粉煤灰在混凝土路面的应用分析

游汉宇

摘 要：粉煤灰作为水泥的替代材料，具有降低水化热，减少胶凝材料成本等特点。掺有粉煤灰的混凝土可否用于路面工程，耐磨性能和耐久性如何，本文根据实际东南亚国家工程实践活动，通过对比试验进行分析，为路面混凝土工程使用粉煤灰的规格和掺量提供依据。

关键词：粉煤灰 东南亚国家路面混凝土 耐磨性能

1.引言

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。根据细度由小到大，粉煤灰分为I级，II级和III级，用于混凝土的一般是I级粉煤灰和II级粉煤灰。同强度混凝土，掺有粉煤灰的高性能混凝土具有水化热低，混凝土和易性好和节约成本等特点。但是也存在耐磨性能差的缺点，在路面混凝土工程应用当中，需要控制粉煤灰掺量。本文以同等条件下调整路面混凝土配合比中粉煤灰的掺量的方式进行试验，通过实践论证和分析同一强度不同粉煤灰掺量的混凝土路面耐磨性能差异，选取既能满足使用要求，又能降低成本的粉煤灰混凝土路面配合比。

2.掺粉煤灰混凝土配合比的选择

2.1 粉煤灰的选择

结合工程需要（本工程在印度尼西亚爪洼岛），可选择由厂家PT. HENGDA METAL INDONESIA提供的质量较为稳定的F类粉煤灰，包括I级和II级两种，其性能指标如表1所示。

两种粉煤灰的样品如图1、2所示。

两种规格的粉煤灰均能满足本工程要求（也能满足一般路面工程要求），但是I级粉煤灰价格较高，所以本次试验选择II级F类粉煤灰作为掺合料。

2.2 路面混凝土配合比的要求

根据印尼国家公路工程技术规格书要求，路面混凝土等级为P级，其设计要求如表2所示。

根据印尼规范要求，普通硅酸盐水泥I型（OPC-I）可使用最大为25%胶凝材料重量的粉煤灰，其他水泥，如硅酸盐复合水泥、火山灰硅酸盐水泥等不可掺用粉煤灰。中国标准有类似条款规定，使用道路硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，可掺入适当的粉煤灰，使用其他水泥时，不应掺入粉煤灰。据此，本次试验用胶凝材料选用普通硅酸盐水泥（OPC-I）和II级F类粉煤灰。

2.3 试验配合比选择及比较

试验计划按照胶凝材料总量一致，粉煤灰按照不同比例掺量掺合确定试验配合比。实际试拌过程中，受混凝土和易性、混凝土强度、水胶比、砂率等多方面因素相互制约影响需要进行调整。最终以28天立方体抗压强度均为30MPa设计出了5个试验配合比（其中5#配合比为不掺粉煤灰的对比试验），如表3所示。

上述试验配合比与印尼国家公路规范P级混凝土要求有所出入，但是整体强度满足设计要求，通过与监理单位沟通，可以作为现场实施配合比，具有可操作性。按照原材料单价及用量计算上述5个配合比的成本如下：

1#配合比：材料总价为585884印尼盾，约合人民币266.31元；

2#配合比：材料总价为592121印尼盾，约合人民币269.15元；

3#配合比：材料总价为577294印尼盾，约合人民币262.41元；

4#配合比：材料总价为562422印尼盾，约合人民币255.65元；

5#配合比（对比试验配合比）：材料总价为638626印尼盾，约合人民币290.28元。由此可见，掺入粉煤灰的配合比原材料造价较不掺粉煤灰的配合比原材造价下降了7.2%-11.9%。

3.同条件不同配合比试验方案

3.1 试验方案

选择新建地方道路作为试验路段，该道路设计宽度为10m，双向2车道，基底碾压后回填30cm碎石垫层，面层为混凝土路面，路面混凝土设计厚度15cm。不同车道设置纵缝，纵断坡度≤3.0%。同一车道每4.5m设置横向缩缝，每36m设置横向涨缝。

根据这一情况，选择同一侧车道连续设置5个试验区，每个试验区长度为9m。试验区如图3所示。

选择一侧车道和相邻位置设置试验段，具有过车条件相同和自然环境类似的特点，有利于分析比较。

按照上文所述的1#-5#试验配合比，对应同一天浇筑1#-5#试验段，并设置同条件养护试块，进行强度验证。

3.2 养护措施

采用苫盖土工布，并用水车洒水的方法进行路面混凝土养护，养护周期为7天。

3.3 试块留置措施

每个试验段（每个实验配合比）留置3组同条件试块，分别与第3天、第7天、第28天试压，用于强度分析。路面耐磨损性能通过计量通过车辆和观察法，比较不同试验段的磨损情况。

3.4 试验结果

3.4.1强度情况

试验时间为2018年5月5日，按照试验规范要求，对3d、7d、28d同条件强度试块试压，结果如表4。

3.4.2耐久性測试情况

通过实测计算，2018年6月-10月期间，平均每月的车流通过量类似，约为8000车次/月，主要通行车辆分为小型车（全重约2吨-3吨）和大型车（全重25吨-35吨），未考虑摩托车通行数量。

每月末的路面检查结果如表5。

通过观测，2#配合比（粉煤灰掺量20%）和3#配合比（粉煤灰掺量30%）均表现出较好的耐磨性能，与5#配合比（对比试验）基本一致，1#配合比（粉煤灰掺量20%）出现裂缝，4#配合比（粉煤灰掺量40%）较早的出现了起皮磨损情况。

4.结语

通过试验，胶凝材料中使用F类II级粉煤灰占胶凝材料质量比达到20%-30%的情况下，强度能够满足公路工程混凝土路面设计规范要求。同时在5个月的连续观测中，没有发现该粉煤灰掺量的路面混凝土有明显的耐久性损失和磨损。掺有粉煤灰的试验配合比较同等强度的纯水泥配合比价格下降了10%左右。

参考文献：

[1]印尼公路工程部，GENERAL SPECIFICATIONS TOLL ROAD PROJECT 2017版.

[2]JTG B01-2014.公路工程技术标准.

[3]JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土试验规程.

[4]JTG F30-2014.公路水泥混凝土路面施工技术细则.

[5]JTG F80/1-2004 公路工程质量检验评定标准.第一册（土建工程）.

[6]JTJ 073.1-2001.公路水泥混凝土路面养护技术规范.