礦渣粉在水泥混凝土路面施工中的應(yīng)用
2021-07-29
隨著混凝土技術(shù)的快速發(fā)展，自上世紀(jì)80年代出現(xiàn)礦物摻合料以后，大宗應(yīng)用的混凝土復(fù)合化傾向更加突出。今天，人們已經(jīng)認(rèn)識到礦物摻合料技術(shù)的運用是現(xiàn)代高性能混凝土采用的主要技術(shù)。而摻合料及其摻合料技術(shù)的發(fā)展更使得混凝土作為這種生態(tài)復(fù)合材料越來越功能化，生態(tài)化、可持續(xù)發(fā)展化。近年來，承德市在縣鄉(xiāng)道路和通村公路建設(shè)中修建了大量的水泥混凝土路面，同時承德轄區(qū)范圍內(nèi)有豐富的礦渣和粉煤灰資源，為此，在農(nóng)村公路的混凝土路面建設(shè)中，我們有針對性的使用了礦粉和粉煤灰作為摻合材料，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。
礦渣粉是水淬?；郀t礦渣經(jīng)粉磨后達到規(guī)定細(xì)度的一種粉體材料。是近年來新興的混凝土礦物摻合料。礦渣粉作為鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)品在承德有著得天獨厚的優(yōu)勢。2005年起，我們開始了礦粉的特點及應(yīng)用研究。并在工程實際中進行了廣泛的應(yīng)用。
1選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的礦渣材料
隨著礦渣磨細(xì)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦渣粉已經(jīng)實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，并且細(xì)度也很容易達到400m2/kg以上，為礦渣粉的大量應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。水泥混凝土路面使用的礦渣粉技術(shù)指標(biāo)要符合(GB/T18046-2008)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。礦渣粉要達到相當(dāng)細(xì)度且符合相應(yīng)活性指數(shù)方可作為混凝土摻合材料。實際應(yīng)用的礦渣粉具體指標(biāo)要符合表1的規(guī)定。
2嚴(yán)格控制礦粉質(zhì)量
目前，承德境內(nèi)幾家較大規(guī)模企業(yè)采用立磨工藝生產(chǎn)的礦粉細(xì)度能控制在400～500m2/kg的范圍內(nèi)。由于企業(yè)重視產(chǎn)品質(zhì)量，采用的生產(chǎn)工藝比較先進，礦渣粉的細(xì)度指標(biāo)比較穩(wěn)定，這給水泥混凝土路面配制混凝土?xí)r帶來了很大方便。而小型企業(yè)采用球磨技術(shù)生產(chǎn)的礦粉的細(xì)度較難達到400m2/kg以上，即使通過延長磨細(xì)時間，勉強達到400m2/kg以上，也難以長期穩(wěn)定，指標(biāo)起伏較大。一旦其細(xì)度大幅度降低，會給混凝土帶來諸多問題，如：粘聚性下降出現(xiàn)離析和泌水；凝結(jié)時間延長；早期強度降低，甚至28天強度也會不同程度降低等。所以在選用礦粉時，我們采用的都是較大規(guī)模企業(yè)采用立磨工藝生產(chǎn)的細(xì)度指數(shù)穩(wěn)定的礦粉。不允許使用小型企業(yè)采用球磨技術(shù)生產(chǎn)的細(xì)度在400m2/kg以下的礦粉，以保證路面混凝土的質(zhì)量。施工過程中，加強對進場礦粉的質(zhì)量檢驗。
3加強施工過程的質(zhì)量控制
施工過程中，混凝土攪拌是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對添加礦渣粉的混凝土拌和時，將礦渣粉與水泥分別儲存在各自罐倉中，分別稱量，稱量誤差為±1%，拌和時間較普通混凝土的拌和延長10～30s。對施工溫度要進行控制，施工時，添加礦渣粉的混凝土施工氣溫不應(yīng)低于10℃，覆蓋保濕養(yǎng)生時間不得少于21天，為使混凝土較少早期裂縫及干縮裂縫的發(fā)生，避免早期干燥和低溫寒潮襲擊。雖然硬化后的礦渣混凝土抗侵蝕性能優(yōu)于不摻礦渣粉混凝土抗侵蝕性能，但在硬化過程中遭受侵蝕也將加速破壞，因此硬化過程中，應(yīng)避免流動水體或者油污的侵蝕。
3.1不可隨意提高摻配比例
2005年至2007年初期使用礦渣粉和粉煤灰復(fù)合摻配時，粉煤灰用量控制在10%以內(nèi)，礦粉用量控制在20%以內(nèi)。盡管在試配時，礦粉摻量在70%以內(nèi)對混凝土強度影響不大，但過大的摻量在實際應(yīng)用中確存在很多問題。其中兩個問題特別值得關(guān)注，一是混凝土凝結(jié)時間問題。摻量過高時，由于混凝土溫度很快與環(huán)境溫度相同，其混凝土的凝結(jié)時間會明顯加長，不利于施工。這時由于混凝土長期處于塑性狀態(tài)，會使混凝土發(fā)生較大沉降收縮，常常出現(xiàn)塌陷變形，致使路面平整度達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。對于夏季高溫季節(jié)施工，混凝土的凝結(jié)時間則不然。由于氣溫高及水化熱的作用，凝結(jié)時間往往比試驗要短的多。因此采用大摻量礦粉或礦粉與粉煤灰復(fù)配可降低水化熱，延緩凝結(jié)時間，對高溫季節(jié)施工的混凝土是比較有利的。另一個是混凝土粘聚性問題。施工時為提高混凝土強度，得到高強的混凝土就要減小水灰比，這樣就使得混凝土的粘聚性不斷增加，這樣配制混凝土就存在著兩頭難的問題。即要設(shè)法增加其粘度，減少混凝土離析泌水的可能，又要設(shè)法降低其粘度來保證施工性能，增加混凝土的和易性。由于細(xì)度達到400m2/kg以上的礦粉可增加混凝土粘度，因此它有利于提高混凝土的和易性能，為同時提高混凝土的強度，采用礦粉和粉煤灰共同使用可以取得很好的效果。
2008年以后，經(jīng)過實踐積累和更多的實驗數(shù)據(jù)支撐，單獨采用礦渣粉的摻配比例控制在40%～50%范圍內(nèi)，采用復(fù)合摻配時，對于一級粉煤灰控制在12%以內(nèi)，二級粉煤灰控制在8%以內(nèi)，礦粉控制在40%以內(nèi)。
3.2實際應(yīng)用中復(fù)合摻配情況
礦渣粉混凝土應(yīng)用中，常與粉煤灰復(fù)合使用。這樣有以下優(yōu)點，第一，粉煤灰比礦粉更為廉價，單摻礦粉對混凝土成本不利。雖然單摻粉煤灰可以大幅度降低成本，但摻量受到較大限制；第二，充分利用二者的優(yōu)勢互補，改善水泥混凝土路面的使用性能。
由于采用的粉煤灰來源不同，粉煤灰質(zhì)量等級存在差異，當(dāng)選用承鋼二化粉煤灰時，由于粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，在與礦渣粉摻和使用時，粉煤灰的取代量置換率采用15%，礦渣粉置換率采用30%。雖然Ⅱ級粉煤灰相對廠區(qū)周邊一定距離道路混凝土路面來說具有很高的經(jīng)濟優(yōu)勢，但粉煤灰的質(zhì)量穩(wěn)定性較差，質(zhì)量控制難度大。因此施工過程中加大監(jiān)測頻率，嚴(yán)格控制用量，同時有意識的增加礦渣粉用量，降低Ⅱ級粉煤灰質(zhì)量波動給混凝土帶來的不利影響。也就是說，質(zhì)量差或質(zhì)量穩(wěn)定性差的原材料不得不用時，應(yīng)在充分試驗的基礎(chǔ)上，在條件允許的前提下盡可能少用。
在采用礦渣粉和粉煤灰復(fù)合摻配時，我們就近優(yōu)選了性能指標(biāo)好的灤河電廠的一級粉煤灰與承鋼集團生產(chǎn)的礦渣粉進行摻配。粉煤灰的取代量置換率采用20%，礦渣粉置換率采用40%。它們之間的比例可以根據(jù)不同強度等級、不同技術(shù)要求進行調(diào)整。從強度方面說，粉煤灰等量取代水泥時，28天強度基本都比空白混凝土強度低，而礦粉在合適的摻量下會使混凝土的28天強度稍有提高，這樣二者有較好的強度互補效應(yīng)。同時，二者復(fù)合使用兼顧混凝土早期強度與后期強度，早期發(fā)揮礦粉的火山灰效應(yīng)，改善漿體和集料的界面結(jié)構(gòu)，彌補由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)滯后于水泥熟料水化，從而使得火山灰反應(yīng)生成物和水泥水化生成的凝膠數(shù)量不足導(dǎo)致與未反應(yīng)的粉煤灰之間界面粘結(jié)不牢引起的早期強度損失；后期發(fā)揮Ⅰ級粉煤灰的火山灰效應(yīng)所帶來的孔徑細(xì)化作用以及未反應(yīng)的粉煤灰顆粒的內(nèi)核作用，使混凝土后期強度持續(xù)得到提高。從混凝土粘聚性方面說，礦粉有增加混凝土粘聚性和泌水的趨勢，Ⅰ級粉煤灰卻能明顯降低混凝土的粘聚性和減少混凝土泌水的趨勢，二者的互補優(yōu)勢更為明顯，適合于配制不同使用條件下的各種路面混凝土。因此，當(dāng)經(jīng)濟條件允許的情況下，實際應(yīng)用中，盡可能采用礦粉和Ⅰ級粉煤灰復(fù)配配制混凝土，以充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢互補效應(yīng)，配制性能更為優(yōu)異同時成本更為經(jīng)濟的混凝土。
4加強對建成路面的養(yǎng)護
礦渣粉或礦粉和粉煤灰復(fù)摻后的混凝土路面對養(yǎng)護條件要求更為苛刻。因此路面鋪筑以后的養(yǎng)護要高度重視，確?；炷恋酿B(yǎng)護條件滿足質(zhì)量需要。
農(nóng)村公路的混凝土路面施工，由于受資金、設(shè)備、技術(shù)、養(yǎng)護手段和人員素質(zhì)等方面因素的影響，混凝土路面的初期養(yǎng)護往往重視不夠。特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于不便養(yǎng)護，一些單位常常是涂刷養(yǎng)護劑或者只是施工完成后一次性覆蓋薄膜了事，而養(yǎng)護劑的效果很難在初期發(fā)揮效用，塑料薄膜容易破損，使混凝土的養(yǎng)護出現(xiàn)不少問題。在礦渣粉或礦渣粉和粉煤灰復(fù)合摻加的情況下，更需要加強養(yǎng)護，只有充分養(yǎng)護才能發(fā)揮摻合料的作用。在施工中要采用有效、適用的養(yǎng)護方法，如覆蓋薄膜后，上面加蓋草簾或者雜草，定期灑水濕潤，其實方法很簡單，實際效果確實很好，即保濕又防曬保溫，避免由于采用的養(yǎng)護方式不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)強度降低或者裂縫出現(xiàn)。對路面邊緣部分要定期由專人負(fù)責(zé)用噴霧器濕潤，這樣既能長期保持混凝土表面的濕度，又節(jié)約用水，還減少了因養(yǎng)護用水四處流淌影響施工。
5結(jié)語
綜上所述，采用礦渣粉作為摻合料用于混凝土路面施工，使大量細(xì)度在400m2/kg的礦粉得到廣泛應(yīng)用。礦粉的大量應(yīng)用，改變以往僅以粉煤灰為主要摻合料的局面。礦粉的使用給配制混凝土帶來了很大的方便，隨著礦粉研究和應(yīng)用的不斷深入，混凝土質(zhì)量會逐步改善。同時，礦粉的應(yīng)用，可以克服僅摻粉煤灰時取代水泥量有限的弱點，可以進一步降低水泥用量，不僅可以改善混凝土耐久性，同時降低混凝土成本，節(jié)約能源，改善環(huán)境。
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