泥混凝土路面（精选7篇）
泥混凝土路面 篇1
路面用混凝土中集料大约占了整个混凝土体积的60%～75%, 对其性能、配比及经济性有着重要的影响[1]。通常将集料中粒径大于5mm、并且绝大部分颗粒在9.5～37.5mm之间的集料称作粗集料, 传统认为粗集料在混凝土结构中是一种惰性材料, 只是通过黏结和嵌挤作用与水泥浆、细集料等组成一个整体, 然而近些年来的研究表明, 粗集料并不完全是惰性材料, 其物理和化学性质都会对混凝土的性能产生影响。国内外相关的研究显示, 混凝土的标号越高, 集料对其性能的影响就越大[2], 在路面对混凝土强度要求不断提高的今天, 很有必要就粗集料的不同特性对混凝土性能的影响进行研究。
1 原材料的选取
(1) 水泥。
选取甘肃祁连山水泥集团股份有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥, 比表面积3850cm2/g, 密度为3.1g/cm2。
(2) 粗集料。
选取兰州西固区永丰碎石场的碎石, 规格为5～10mm、10～20mm、16～31.5mm档的连续级配碎石。
(3) 细集料。
选取安宁堡型砂厂的砂子, 为河砂, 其细度模数为2.56。
(4) 减水剂。
科达KD-2聚羧酸缓凝高效减水剂, 减水率为29%, 掺量1.8%。
2 试验过程及结果分析
2.1 粗集料用量对路面用水泥混凝土强度的影响
在规定的级配范围内一定量地增加粗集料的用量, 能够降低路面混凝土的成本、减小混凝土的徐变收缩并能增强其抗腐蚀能力, 从而提高水泥混凝土路面的耐久性。本试验配制混凝土强度为C50, 选取水灰比0.32, 调节粗集料体积率30%、45%、60%, 根据表1分别配制3组混凝土, 每组制作6个试块, 标准养护28d后进行试验。
其强度走势如图1、图2。
从上图可以看出, 当混凝土中的粗集料体积率由30%向45%增大时, 无论是抗折强度还是抗压强度都在增加;当体积率继续增大时, 其抗折、抗压强度都有减小的趋势。这主要是由于在通常情况下粗集料自身的强度比砂浆高, 在一定的范围内能提高混凝土的强度, 但当粗集料含量过高时会使得混凝土浆体与粗集料的界面黏结质量降低, 整体上降低了混凝土的性能, 尤其在高强混凝土中, 集料体积效应非常明显[3]。研究认为粗集料的含量对混凝土强度的影响遵循如下数学模型:
Fc-Fm=C· (a+b·Fm) ·[Vg+C· (Dmax-5) d] (1)
式中:Fc为混凝土强度;Fm为砂浆强度;Dmax为集料的最大粒径;C为粗集料对抗压强度与粗集料最大粒径对抗压强度影响的比值;Vg为集料体积含量;a, b是粗集料与砂浆物性相关的参数, 通常a<0;d为粗集料的物性参数。
在混凝土中当集料与水泥石粘结较好时, 其集料颗粒之间的距离越近, 相应的水泥石就越薄, 试验时所受的力就越大, 水泥石的横向应变就越小, 越不容易出现局部的破损。
2.2 粗集料的强度对路面用水泥混凝土强度的影响
通常在配制混凝土时要求粗集料的抗压强度要在混凝土设计强度的1.5倍以上, 一般认为当混凝土胶凝材料的作用发挥完全时混凝土强度的继续增长主要靠集料的力学强度。为了验证道路用水泥混凝土强度与集料强度性质的关系, 分别选取强风化石灰岩碎石、石灰岩碎石、花岗岩碎石及钢渣配制C50水泥混凝土, 选取水灰比0.32, 根据不同的粗集料种类分别制作混凝土试件, 每组试件制作6个试块, 标准养护28d后进行抗折、抗压强度试验。结果如表2。
从试验的结果来看除了强风化石灰岩外, 其余几种材料制作的混凝土强度差别不是很大, 差别都在1MPa范围内, 这说明粗集料的力学强度对路面用混凝土强度的影响不大。这种现象可以解释为在路面用混凝土的强度范围之内, 整个混凝土中强度最薄弱的环节是硬化的水泥浆和粗集料之间的填充区, 并不是粗集料自身。在压力作用下, 这些薄弱区首先承受不了压力而产生滑动, 接着就反映在了整个混凝土试块的破坏。粗集料对混凝土强度的影响可能反映在更高标号的混凝土中。
2.3 粗集料的粒径对路面用水泥混凝土强度的影响
粗集料的最大粒径控制是配制不同标号水泥混凝土时考虑的一个重要因素。在非均质的混凝土中混合物的相互作用除了各种材料间的粘结作用外, 粗集料间的机械咬合作用也是其强度形成的一个重要因素。为了更好地进行分析, 选取4.75～9.5mm、4.75～16mm、4.75～26.5mm、4.75～31.5mm的集料进行试验, 试验方式与前面的相同, 结果如表3。
从表3可以看出, 当粗集料粒径由4.75～9.5mm向4.75～16mm逐渐增加时, 对应的混凝土的抗折抗压强度也相应的增加, 在最大粒径16mm左右强度达到最大值, 之后随着粒径的增加强度呈逐渐下降趋势。
通常认为粗集料对混凝土在受力时裂缝的扩展有一定的阻碍作用, 在一定范围内随着粗集料粒径的增加, 混凝土的断裂韧度逐渐提高, 相应的强度也在逐渐增加;但当粒径增加到一定程度再增加时, 集料与混凝土基体界面的初始裂缝也随之增加, 这样集料与混凝土基体的粘结力会下降, 集料间的机械咬合作用也会下降, 从而使得混凝土的整体强度下降[4]。通常将粗集料与混凝土基体间的粘结作用用与最大粒径有关的比表面积来表示:
式中:A—粗集料的比表面积;
D—粗集料的最大粒径。
由此可见随着粗集料最大粒径的增大, 粗集料与混凝土基体界面间的粘结强度必然会受到很大的影响, 从而影响到混凝土抗压强度与抗弯拉强度。因此, 在路面用水泥混凝土中选择适宜粒径大小的粗集料, 尽量最大限度地增加粗集料与基体间的粘结咬合作用对提高混凝土的强度很是重要。
2.4 粗集料级配对路面用水泥混凝土强度的影响
粗集料不同级配对路用混凝土的弹性模量和密实度有显著的影响, 级配良好的粗集料其孔隙率相对较小, 能够节约水泥及细料的用量, 从而降低了成本, 并且有助于提高混凝土的密实程度及各项性能指标。一项相关的研究表明当粗集料体积占总集料体积的70%时, 集料的堆积密度最大, 孔隙率最低, 混凝土强度最高。鉴于前人在集料级配方面做了大量的试验研究可以借鉴, 本试验就选取规范对C50混凝土级配要求的上限、中值、下限值进行试验研究, 除级配不同外试验方式与上面相同, 结果如表4。
从表4可以看出当集料的级配在规范要求范围的中值时, 混凝土的强度最大。这说明对路用C50混凝土而言, 当集料级配在规范的中值时, 粗集料有最大的堆积密度和密实度。事实上级配良好的集料不仅能够提高混凝土的强度, 更重要的是体现在其路用性能中的抗冲击和抗疲劳能力, 抗裂缝产生的能力。
2.5 粗集料的形貌对路面用水泥混凝土强度的影响
粗集料的表面特征及几何形状对路用混凝土的力学性能有较大的影响, 理想的路用粗集料应该是形状接近正多面体或球体的[5]。集料中针片状粒料含量越多, 集料整体的孔隙率及比表面积就越大, 集料表面的吸水率增加, 相应的摩阻力加大, 混凝土的和易性降低。且在混凝土成型受力时针状及片状颗粒很容易断裂, 造成混凝土强度的降低。试验中分别选取集料中含30%针状、30%片状、正常情况下来分别研究, 结果如表5。
从表5可以看出, 无论含30%针状还是含30%片状其强度相对于正常集料来说都有大幅度的下降, 30%针状含量的集料其强度较正常情况下其抗折、抗压强度分别下降了16.3%、17.8%, 30%片状下降了12.4%、13.1%。由此可知针片状含量对混凝土强度有显著的影响, 在路用混凝土的配制过程中严格控制针片状的含量, 根据实际工程经验及研究选择配制路用混凝土时针片状的含量不超过4%。根据大量的研究, 针片状只是粗集料颗粒外貌形态的尖锐反应, 用粗集料的表面特征系数反应形貌与强度的关系则更为确切, 表面特征系数是与集料石质相关的系数C、集料的细度模数Mx、集料的比表面积Sg有关的参数, 即有PD=f (C, Mx, Sg) 。
3 结论
通过上面的试验及研究分析可以得出如下结论:
(1) 粗集料用量对路用混凝土强度的影响体现在, 当粗集料用量在一定范围内增加时, 混凝土强度随着粗集料用量的增加而加大;当继续增加粗集料用量时, 混凝土强度反而会下降, 粗集料用量用单位体积率来表示。
(2) 除过强风化的石灰岩外, 通常的路用混凝土集料对混凝土强度的影响较小, 集料强度不是影响路用混凝土强度的主要因素。
(3) 路用混凝土集料的粒径在最大粒径控制在16mm筛时混凝土强度最高, 从4.75mm向上增加粒径时混凝土强度增加, 从16mm继续上升时强度降低。
(4) 集料的级配在规范推荐的中间值时, 路用混凝土的强度为最大, 级配曲线偏上或偏下都会使得混凝土的强度降低。
(5) 粗集料的形貌 (主要指针片状) 对路用混凝土的强度有很重要的影响, 针片状含量增加时混凝土的强度会降低, 且幅度较大, 路用混凝土的针片状含量宜控制在4%范围内。
参考文献
[1]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
[2]刘国华, 陈斌, 曹学有.粗骨料对混凝土性能的影响与定量评价[J].浙江水利科技, 2003 (6) .
[3]张树禄.粗骨料对混凝土性能影响的概述[J].山西建筑, 2004 (13) .
[4]Beshr etal, Effect of coarse aggregate quality on the mechanicalproperties of high strength concrete, construction Building Material, 2003 (17) .
[5]徐飞.粗骨料颗粒形状评定方法研究[J].扬州大学学报 (自然版) , 2002 (5) .
泥结石路面施工工艺及质量控制 篇2
泥结石路面属于半刚性路面, 具有就地取材便利、造价低廉、施工工艺简单、维护成本低等特点, 因此在土地整理和河堤等道路工程中具有非常广泛的应用。一般情况下, 泥结石路面适合在新筑路堤顶、高填方路段等工程中进行应用。通常被用来修建乡村道路和施工便道, 具有较好的经济效益。本工程为某路面施工项目, 该公路总长度为4.5km。考虑到工程的具体情况, 本工程决定采用泥结石路面。以下将对泥结石路面的施工工艺进行阐述。
2. 施工准备及工艺流程
2.1 施工准备
(1) 材料。泥结石路面的施工, 主要采用的材料可以为质地坚硬、耐磨、轧碎的花岗岩或者石灰石。随时应满足具有棱角的要求。进行泥浆的拌制时, 其水土的体积比应控制在0.8:1~1:1之间。
(2) 机具。在泥结石路面的施工过程中, 主要采用的机械设备包括翻斗车、汽车、推土车、洒水车、压路机以及其他运输车辆。各种机械设备应满足数量的要求。在使用之前, 应对这些机械设备进行调试, 确保满足施工的要求。
(3) 作业条件。在泥结石路面施工之前, 应先进行路床的施工, 在路床全部验收合格之后, 即可进行泥结石路面的施工准备。施工现场应确保各种机械的调转正常, 并且各种测桩应齐备和牢固。
2.2 施工工艺流程
在本工程中进行泥结石路面的施工, 其具体的施工工艺流程为:测量放线→堆料及摊铺→稳压→泥浆灌注→碾压施工→铺设封层。
3. 路面施工及质量控制
3.1 测量放线
在正式施工之前应先根据设计图纸的要求进行测量放线, 一般情况下测量控制桩的间距应控制在10m。在控制桩测设完成之后, 需要在施工段的一端打入直径25mm的钢筋桩, 并将拉力器的一端固定在钢筋桩上, 另一端则固定好钢丝绳, 然后进行钢丝绳的设置。一般情况下, 钢丝绳的长度应扣工资在每施工段100m~130m左右。当钢丝绳固定完成之后, 需要将钢丝绳放入到测桩顶部的凹槽内, 并用白线将其系好。钢丝绳应确保有足够的紧度, 如果钢丝绳下垂过大, 则需要在间隔两个测桩的中间部位设置一个支撑, 这样可以有效的避免钢丝绳过长而出现下沉的问题。
3.2 堆料及摊铺
(1) 作业段划分。在摊铺施工过程中, 应根据工程具体清空进行流水段的划分, 一般情况下, 每40~50m划分为一个流水段。根据摊铺用料石量计算出卸料车的数量。在施工段内应按照梅花形进行材料的布置, 现场应安排在专人进行施工指挥。在卸料之后, 即可安排推土机进行材料的整平。一般情况下, 碎石层的虚铺厚度应综合考虑设计厚度的要求、压实系数进行确定。如表1所示为压实系数的确定。每天的施工长度应根据机械设备的具体配置情况进行确定。一般情况下应根据施工进度要求以8~10h为一班连续摊铺。
(2) 摊铺。当碎石料卸料完成之后, 应及时进行推平处理。首先应最大限度采用推土机进行初平处理。如果道路的宽度无法满足推土机正常操作的需要, 则应采用人工进行摊铺处理。在施工现场应采用白灰标记出放线标高、虚铺厚度, 这样可以有利于推土机按照高度和横坡的要求进行作业。
(3) 人工配合机械施工。在施工过程中, 应安专人进行卸料的指挥。卸料应确保均匀。如果布料过多或者过少, 则会影响推土机的工作量。为了有效的确保摊铺的质量, 应在路床表面上适当的喷洒一定量的水。施工中路床不得干燥, 洒水不得过多, 避免出现路床表面积水或者泥泞的问题。在具体的施工过程中, 应根据天气的具体情况确定洒水量, 一般情况下应以最佳含水量为标准调整现场的洒水量。在施工过程中, 应安排熟足够的人员进行平整和修边处理, 对于机械无法达到的位置, 应安排工人进行修补。施工中应不定时的对施工质量进行检测, 其中包括摊铺层的宽度、标高、坡度以及平整度等。
3.3 稳压
稳压施工应采用小型的压路机。在稳压施工中应采用慢速稳压的方式按照从路的两侧向中间的顺序进行两边的稳压处理。通过稳压处理, 应确保路面的碎石料穿插紧密, 从而初步形成平面。当稳压施工完成两遍之后即可在其表面喷洒适量的水。用水量一般应控制在2~2.5kg/m2之间。之后应根据稳压施工进行适当的洒水处理, 用量则控制在1kg/m2左右, 在稳压施工过程中, 石料应保持湿润的状态, 从而减少摩阻力。
3.4 泥浆灌注
当碎石层进行稳压处理, 应随时进行泥浆的灌注施工。泥浆的灌注应确保均匀, 并且碎石间的孔隙内应灌满泥浆。泥浆的表面应确保与碎石保持齐平的状态。碎石的棱角应露出泥浆之上。一般情况下, 灌浆施工完成1~2h之后, 泥浆会下沉, 孔隙中的空气会溢出, 此时需要在未干的碎石层表莫上撒布石料的石屑以对缝隙进行嵌补作用。
3.5 碾压
当灌浆施工完成之后, 需要待路面上的泥浆达到半湿状态时进行碾压施工。在碾压施工中应安排压路机在路基全宽内进行压实处理。压实施工应按照从路两侧向路中心的顺序进行。先在路的两侧进行2~3遍的碾压施工之后将其移动至路中心位置。从稳压到碾压施工的全过程中, 应适当进行洒水处理, 这样可以有效的确保碾压的施工效果。碾压施工应确保表面平整, 不存在明显的轮迹。如果碾压施工中, 发现局部出现弹软的问题时, 应立即停止碾压施工, 并将石料进行翻松晾干处理, 之后在进行碾压施工。如果出现推移的问题, 则应在其表面上喷洒适量的水, 之后进行整平压实处理。
3.6 铺设封层
当碾压施工完成之后, 路表上经常会出现骨料外露而周围缺少细料的麻面现象, 为了有效的解决这一缺陷问题, 应在其上铺筑一层封面。封层铺筑的具体施工方法是在面层上浇筑一层粘土浆, 然后采用扫把将其扫匀, 以对石屑起到覆盖的作用。当粘土浆扫匀之后即可采用轻型的压路机对其进行3~4遍的碾压处理。之后即可正式开放交通。
3.7 养护注意实现
在日常的养护过程中, 应经常对路面保养和维修, 从而确保路面保持平整完好。路面应确保整洁, 横坡适度。定期对路面进行检查, 对于发现的问题应及时进行分析和修补。由于这种路面的渗透力较低, 降雨容易在路面上出现径流的问题, 冲刷的泥沙会对路边的排水沟造成堵塞的影响, 严重的话会严重影响路面的使用寿命, 因此需要保持路面的排水通畅。
4. 结语
对河堤路面通过采取泥结石材料, 可以实现取材便利、工程成本低等优势。文章通过结合某河堤道路施工项目, 对其采取泥结石路面工艺施工方案。从本工程实施效果表明, 采取本工程施工工艺措施后, 路面强度满足设计要求, 表明该施工方案的可行性, 可在土地整理和河堤等道路工程中推广应用。
参考文献
[1]邱学东;李建军.泗河下游防汛道路泥结石路面施工[J].山东水利, 2011, (09) :52-56.
[2]王广全;于殿军;朱步刚.沭河治理工程河东段泥结石路面工程施工[J].山东水利, 2010, (09) :227-229.
硼泥陶粒轻骨料混凝土 篇3
轻骨料混凝土具有自重轻、强度高、保温、隔热、耐火性和抗震性能好等优点, 用于建造业与民用建筑和其他构筑物, 可大大减轻结构自重, 减少地基荷载, 节约材料和运输量。同普通混凝土相比, 它具有良好的技术经济指标。利用硼泥作为主要原料, 研制开发了一种新型人造轻骨料———硼泥陶粒[1], “硼泥陶粒及异块的制法及用途”于2000年获国家专利。2001年“人造轻骨料———硼泥陶粒开发应用”被批准为建设部立项, 于2004年结题, 并获得辽宁省科技进步三等奖, 本论文是其子课题硼泥陶粒轻骨料混凝土中的一些内容。利用普通硅酸盐水泥, 掺入自加工的植物纤维, 加入工业废渣 (粉煤灰、硅渣、锰渣) 、硼泥陶粒等为主要原料, 经过称量、配比、混合, 加水机械搅拌均匀后, 施工现场支模, 浇注混凝土, 其利用工业废渣占60%以上。
2 原材料
2.1 普通硅酸盐水泥
采用辽阳市小屯水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥。水泥的检验按照国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》 (GBl75-1999) 和GBl767l-1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》的相关规定执行。
2.2 粉煤灰
硼泥陶粒混凝土研究时所用粉煤灰选自辽阳市第二热电厂, 为Ⅱ级粉煤灰, 其化学成分见表1。试验测得粉煤灰的表观密度为2.2×103kg/m3。
2.3 硼泥陶粒
我们研制的硼泥陶粒由灯塔市昌明墙体材料厂生产, 普通型, 粒径10～16mm。根据国家标准《轻集料及其实验方法》 (GB/T17421.1-2) 和《轻骨料混凝土技术规程》 (JGJ 51-2002) 的要求进行检验。
2.4 普通砂
砂为太子河河砂, 中砂, 级配良好, 按照《建筑用砂》GB/T14688-2001检验。砂的技术指标如表2所示。
2.5 硅锰渣
采用辽阳市铁合金厂生产硅锰钢的废渣———硅锰渣作为细轻骨料掺和料。硅锰渣的化学成分如表3所示。
2.6 UNF-5萘系高效减水剂
采用的减水剂是鞍山市三合外加剂有限公司生产的UNF-5萘系高效减水剂, 外观为棕黄色粉末状, 厂家推荐掺量为胶凝材料质量的0.3～1.5%, 减水率为12～28%;常用掺量为0.75～1.5%。
2.7水
水是自来水, 符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的要求。
2.8 配比及生产工艺
2.8.1 原材料配制中的比例
水泥的掺量根据外墙实际需要的强度调整可以取10～30%;植物纤维自加工 (如稻草、麦草、玉米高粱秸杆、谷壳等, 占5%～10%) ;粉煤灰、硅渣、锰渣等, 占10%～20%;硼泥陶粒占30%～40%。加入水泥重量1～2%的减水剂。
实验室中选用硼泥陶粒混凝土试拌量15L, 各种材料试拌量如表4所示。
2.8.2 试件性能
拌制混凝土和制作试块 (每组各制作6块100mm×100mm×100mm的试块) , 其试验数据见表4。
由表3、表4试验结果及试验过程中表明用硼泥陶粒作粗骨料可以配制出强度等级为CL30的结构轻骨料混凝土。采用综合平衡法进行参数优化选择, 可确定水泥用量为 (480kg/m3) , 定能保证28天抗压强度满足CL30要求;粉煤灰掺量以占胶凝材料的10%为宜;硅锰渣的掺量可为细骨料体积的60%, 这样即环保得废, 又能保证在高强的基础上实现“轻质”。确定基本配合比后, 需按《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002计算具体的每立方米材料用量;水泥用量对硼泥陶粒混凝土7天抗压强度、28天抗压强度的影响特别显著, 对28天干表观密度的影响显著;粉煤灰的掺量对硼泥陶粒混凝土7天抗压强度、28天抗压强度的影响显著, 对28天干表观密度的影响较小;硅锰碴的掺量对硼泥陶粒混凝土28天干表观密度的影响特别显著, 对7天抗压强度的影响显著、对28天抗压强度的影响较小。
2.8.3 生产工艺流程
生产中第一次混合搅拌, 是将各种植物纤维与固体废弃物粉煤灰、珍珠岩、硅渣、锰渣等加入部分水泥, 通过配比称量, 加水拌合, 时间为5分钟左右, 水泥料浆将各种掺料表面形成包裹粘层, 再静停到初凝, 进行再次搅拌, 搅拌中加入水和剩余的水泥, 将预湿后的硼泥陶粒加入搅拌机中再拌合5分钟, 观察料浆至粘稠状, 坍落度在60㎜～80㎜左右, 进行灌模, 浇注中掌握落浆流入速度, 观察陶粒是否顺利流入模中, 如果出现吊斗受堵, 陶粒分布不均应及时调整。轻骨料混凝土拌合物主要是由轻粗骨料、细骨料、胶结材料和水四部分组成。这四种组成部分的比重各不相同, 在混凝土拌和后会产生分层现象, 比重较小的轻骨料、水等上浮, 水泥浆和细骨料却下沉, 造成混凝土整体的不均匀, 形成了混凝土的分层结构。
由于生产过程中采用了拌和物的二次拌和, 第一次拌和凝结后内部形成了由胶凝材料包裹的封闭纤维, 即纤维包裹层, 提高了混凝土的保温隔热效果, 并减轻了自重, 其保温导热系数多次检测结果都在0.3～0.5 W/m2·k, 并可节省水泥15%～30%。轻骨料混凝土在拌制过程中, 轻骨料吸收水分, 故在施工中宜用坍落度值来控制混凝土的用水量, 并控制水灰比, 这样更切合实际且便于掌握。
浇筑应连续施工, 不留或少留施工缝, 浇筑混凝土应分层进行, 对大模板工程, 每层浇筑高度第一层不应超过50cm, 以后每次不超过1m, 若留施工缝应垂直留在内外墙交接处及流水段分界处, 设铅丝网或堵头模板, 继续施工前, 必须将接合处清理干净, 浇水湿润, 然后再浇筑混凝土。
3 结束语
可以减少墙体占用面积, 提高建筑的使用面积, 减轻结构荷载, 提高建筑物抗震性能以及安全性能, 降低综合造价。可减少墙体的收缩、温度等产生的应力。以至减少墙板裂缝的产生。硼泥陶粒混凝土克服了一些板材的使用中出现的开裂、收缩、黏结力差、隔热保温差的不利因素。
轻骨料混凝土具有和普通混凝土具有不同的分层特点。普通密度混凝土中天然石子的密度比砂浆大, 因此石子会沉入拌和物下部;对于轻骨料混凝土, 由于轻骨料比砂浆的密度小, 因而会易于漂浮在拌和物表面, 产生分层离析。混合料中加入纤维有效地控制了分层现象。
摘要：利用废渣生产的硼泥陶粒作为粗骨料, 河砂、硅锰渣为细集料, 以粉煤灰作活性混合材, 掺入一定量的水泥、植物纤维, 生产轻骨料混凝土。
关键词：抗裂,纤维,工业固体废弃物
参考文献
[1]黄丽华, 周大伟。新型承重保温废渣砖的试制。新型建筑材料。2007, (8) 。
[2]黄丽华, 周大伟。掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板。新型建筑材料。2006, (2) :52~53。
泥混凝土路面 篇4
超高性能混凝土 (UHPC) 通常用波特兰水泥和硅灰生产。Dyckerhoff水泥厂开发出一种超细水泥———Nanodur, 粒径在6~16μm之间, 用它可生产超高性能混凝土而不用硅灰。超细水泥颗粒可使水泥基体紧密堆积并比硅灰反应更快, 且硬化水泥浆体更均匀。超细水泥Nanodur完全符合水泥标准的要求, 水泥用量较少且活性较高, 意味着超高性能混凝土生产可简化。在符合标准的硬化条件下, 用较少的水泥, 实验室的砂浆很容易达到>150MPa的抗压強度和>20MPa的抗折強度。Nanodur水泥被德国预制混凝土构件工业协会授予2008年度发明奖。
月球用水泥及混凝土的探索和设计 篇5
关键词：月球水泥,月球混凝土,干拌蒸压养护法,硅质材料,碱性激发材料
0前言
月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源,是对地球资源的重要补充和储备,将对人类社会的可持续发展产生深远的影响。建立月球基地,为科学探索与研究者长期在基地生活创造条件。只有研制出低成本的建设施工方法,月球基地的建设才有可能实现。对月球环境下的水泥及混凝土的研究表明[1,2,3],混凝土是一种有可能适应月球环境的材料。预计若干年以后,在月球上正式建设建筑工程时离不开混凝土。因此,现在的研究,对将来的应用一定会起到承前启后的作用。本文在总结现有研究的基础上,探索和设计在月球环境下制造水泥及其混凝土。
1 国内外研究现状及发展动态分析
1.1 月球环境的概况
地貌[3](或月貌):月球的地形可分为平原、高地和山脉。在月球上,平原约占月球的55%,大部分面向地球,适于建造居住设施。基地适宜建在南极地区。地层:月球的地层由表层、地壳、地幔、地核组成,表层覆盖着厚度达几米到几十米的细沙(砂)(本文作者认为这些细砂具有火山灰活性的可能性很大)。地质:岩石部分大多数为玄武岩、橄榄石、斜长石及钛铁矿等,其强度和地球上的同类岩石相同。月震:月球上每年发生“地震”约300次,14 d为1个周期。一般“地震”为2～3级,最大“地震”也只有4级左右,释放的能量较小,对月球建筑结构设计没有影响。重力:月球上的重力加速度是地球上的1/6,构筑物的自重或荷载因而也为1/6。真空:月球上没有空气,处于超真空状态,需要在住宅内加压后才适于人类居住。此外,因为是真空状态,液体会很快挥发。温度:白昼14 d,黑夜也是14 d,由于没有空气,昼夜温差非常大(-190～137℃),但距地表1 m以下的温度很稳定,在-30℃左右。如果在地下建设建筑物,可以解决低温问题。放射线:月球上的宇宙线、太阳风等放射线很多,为了防御辐射,必须将构筑物盖上2 m厚的土。陨石:月球上没有空气,大小各异的陨石没有燃尽就会落下来,其坠落速度为20～40 m/s。如果构筑物盖上2 m厚的土,可以防御小块陨石,但大块陨石仍可能损坏构筑物。
1.2 月球表面物质的化学成分
从1969年到1972年,美国共进行了多次“阿波罗”飞行,对月球表面进行广泛考察,搜集了大量月球岩石、土壤标本,其中从月球上带回地球的岩石样品就达440 kg。对许多月球土壤样品进行化学分析,主要成分为SiO2、Al2O3和CaO等(见表1[3])。月球表层土[4]主要为矿物碎屑、早期原始岩石碎屑、角砾岩碎屑、非晶态火山灰和月球独有的凝聚体颗粒,部分表层土比表面积达300～500 m2/kg。
由于缺少真实的月球表面土,许多研究者只能利用由美国航空和航天局所属的约翰逊航天中心生产的月球表土模拟土,即JSC-1土[5]。利用它可以进行当今的系列研究,如利用JSC-1土制成玻璃,并用于稳定核废料,还可制成陶瓷等材料。
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1.3 美国的月球水泥
1986年,华裔美国科学家林博士(TD Lin)在北京中国建筑材料研究院作了有关“到月球去生产水泥”的学术报告,报告称,根据月球地表物质的化学成分,在月球能制造出相当于现在用的铝酸盐水泥,而且他为此已做了长达15年的研究。
从月球岩石中分离出水泥主要成分的方法有许多种。林博士的建议方法为,将含有水泥成分的月球岩石,加热到离水泥成分熔融温度低200℃左右,使水泥成分以外的成分先熔融,再将这些成分分离并加热到1727℃以上,就可以得到近似于市场上销售的铝酸盐水泥。除此以外,还有将月球岩石加热到3000℃熔融后提取水泥成分的方法或反复熔融的方法。
1.4 干拌蒸压养护砂浆和混凝土的制作
20世纪90年代,针对月球上可能没有水,美国进行了干拌蒸压养护硅酸盐水泥砂浆和混凝土制作的研究[2]。其工艺为先干拌适当比例的水泥和砂石,再放入蒸汽定型锅内,以高温高压蒸汽(105～200℃的饱和蒸汽)养护、不到1 d即可水化和固化,其混凝土强度可达到50～70 MPa,比传统混凝土提高1倍左右,而所需的水泥量只有传统混凝土的1/2。尽管干拌蒸压养护法最初是被设计用于月球混凝土的合成,但是它在减少水泥用量,缩短硬化时间和增强混凝土强度方面都具有优势。
我国的台湾学者Nan Su和Yawnan Peng[6]与TD Lin等合作进行了月球水泥的研制和月球混凝土制作工艺的研究,并对采用硅酸盐水泥制作的干拌蒸压养护砂浆和混凝土的水化机理、蒸压时间和工程性能进行了比较全面的研究。
1.5 月球混凝土的系列研究
美国混凝土协会议题为“月球混凝土”的125次会议内容涉及水泥生产、混凝土拌合、混凝土浇注、结构设计及月球的环境[7]。但将这些设想付诸实施还需进行一系列的基础研究。例如,TD Lin的报告《月球土壤作为混凝土细集料的研究》是实施过程的第1步,内容包括一些数据提供的科学依据,证明月球土壤能用于生产合格的混凝土。
美国Alabama大学的研究者[7]已开始了月球混凝土的基础研究,以解决微小重力下硅酸盐水泥水化的有关问题。微小重力或无重力环境下普通混凝土的搅拌及养护确实存在问题。初步将这个研究项目分为4个阶段。第1阶段是确定微小重力下搅拌砂浆或混凝土的可能性,包括选择做实验的运载工具。第2阶段是研究设计微小重力下砂浆和混凝土的搅拌室。第3阶段是在航空航天局的运载工具上做混凝土试验。第4阶段是测量微小重力下混凝土养护的特性,以便确定将来的研究方向。
1.6 在失重和真空环境下混凝土的力学性能研究
日本学者[3]对混凝土和重力的关系进行了长时间的研究。该试验用灰浆代替混凝土,在1/6重力加速度的环境中,灰浆的抗压强度相当于地球上灰浆强度的90%。据此推测,重力对月球混凝土的影响不大。对暴露于真空中的混凝土所做的基础性试验结果表明,灰浆强度并未降低,如果充分养护,其强度还可提高。但是,在真空环境下干燥收缩量特别大,出现干燥裂纹的可能性很大。为了防止出现干燥裂纹,采用预应力混凝土大概可行。
2 月球用水泥和混凝土的设计
在月球上欲建类似“两磨一烧”的水泥厂极不容易,从近期的研究论文可以推断,在初次建基地时,美国还是将使用从地球上带去的硅酸盐水泥。
从地球带硅酸盐水泥到月球,运费相当昂贵,1 t水泥大概能制得3 m3混凝土。建设1个3 m×3 m×3 m的立方体建筑,在壁厚为0.25 m时,需要约11.5 m3混凝土,大约需要4 t水泥。只有研制出低成本的建设施工方法,月球基地的建设才有可能实现。通过采用月球自然环境下材料制造符合要求的水泥及其混凝土是降低费用的有效方法。
2.1 采用干拌蒸压养护法生产掺石英质掺和料的
硅酸盐水泥混凝土
由CaO-SiO2-H2O相图[8,9]可知,由于硅酸盐水泥的CaO/SiO2(摩尔比)一般为2～3,它在100℃以下会水化形成C-S-H凝胶。当蒸压养护温度在100～200℃时,会形成水化产物C2SH(A),由于它的晶粒粗大对强度贡献小。若能将原始物料的CaO/SiO2减小到1,最终就不会形成C2SH(A),而形成托勃莫来石(C5S6H5)或硬硅钙石(C6S6H)等,从而有较高的强度。如在硅酸盐水泥中掺加30%～40%的磨细石英砂,会有很好的效果。这在C80混凝土管桩蒸压养护的生产中得到证实。同理,非晶态的火山灰物质也会有较好的效果。在加水湿拌的条件下,蒸压养护生产大掺量掺和料的硅酸盐水泥混凝土制品的工艺是成熟的工艺,能生产出高强度等级的混凝土。
在上述理论和实践的基础上,若能在月球上找到含大量石英的岩石(如地球上可找到的中酸性岩、酸性岩、超酸性岩,典型的如白岗岩、石英斑岩、流纹岩、石英霏细岩等),并进行粉磨,再与带上去的硅酸盐水泥混合,采用干混蒸压养护法就可生产掺石英质掺和料的硅酸盐水泥混凝土。
据另外的研究成果[9],钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2)在中性环境中是不水化的,但掺入20%石灰并在203℃下蒸压养护8h,试件抗压强度可达50 MPa。钠长石(Na2O·Al2O3·6SiO2)在中性环境中也是不水化的,但掺入40%石灰并在203℃下蒸压养护8 h,能生成如C2SH(A)的水化硅酸钙和水石榴石,随着蒸压养护时间的延长,石灰可全部结合,并产生如CSH(B)的低碱性水化硅酸钙。还有许多岩石如硅灰石(β-CaO·SiO2)、假硅灰石(α-CaO·SiO2)、硅钙石(3CaO·2SiO2)、蔷薇辉石(例如3CaO·MgO·2SiO2)、橄榄石(例如CaO·MgO·SiO2)、钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)等本身不具有水硬性,但在掺入石灰并在203℃蒸压养护条件下均会生成水化硅酸钙,产生一定强度。
由此可知,不仅限于含石英质的岩石,可放宽到一些含硅酸盐矿物的岩石,在掺入石灰并在蒸压养护条件下会生成水化硅酸钙,具有一定的胶凝性。而且这类含硅质的岩石在月球上更易找到。
由于此方法可以节约水泥,也可用于(地球)沙漠中生产混凝土。
2.2 采用干拌蒸压养护法生产掺火山灰质掺和料的
硅酸盐水泥混凝土
据现有研究成果[4],月球表层土主要为矿物碎屑、非晶态火山灰和月球独有的凝聚体颗粒等,部分表层土的比表面积达到300～500 m2/kg,月球上有非晶态火山土存在。因此,只要在月球上找到非晶态火山土,并与从地球带上去的硅酸盐水泥混合,采用干拌蒸压养护法就可生产掺30%～50%火山灰质掺和料的硅酸盐水泥混凝土。与上述掺石英质掺和料的混凝土相比,此方法较为简便可靠。
2.3 采用湿拌蒸压养护法生产掺石英质或
火山灰质掺和料的硅酸盐水泥混凝土
在上述干拌蒸压养护法的基础上,也可采用湿拌蒸压养护法生产掺石英质或掺火山灰质掺和料的硅酸盐水泥混凝土。采用此法主要需要克服在真空条件和微小重力条件下混凝土的拌合、浇注和捣实问题。养护还是需要蒸压养护或蒸汽养护。
2.4 采用干拌蒸压养护法生产石灰和硅质材料
混凝土
硅质材料,即含SiO2的材料,包括含石英矿物多的岩石、火山灰质材料和含硅酸盐矿物多的岩石(如含钙长石等)。如上述2.1、2.2中所述,在月球上有可能找到。硅质材料的磨细粉与石灰粉,在地球上可以通过蒸压养护工艺制备硅酸盐混凝土或灰砂混凝土。当磨细石灰砂胶结材(比表面积为300～400 m2/kg)中CaO的含量为23%时,通过蒸压养护制得的灰砂混凝土抗压强度可达50～70 MPa,在实验室条件下已经制得抗压强度可达150～270 MPa的灰砂混凝土[9]。
在CaO/SiO2(摩尔比)为0.20～0.25、蒸压养护温度为175～203℃的条件下,硅质材料的磨细粉与石灰粉首先形成高碱度的水化硅酸钙,然后分多次转化为低碱度的水化硅酸钙,这种转化的顺序[9]为:
C2SH(A)→CSH(B)→C5S6H5(托勃莫来石)→C6S6H(硬硅钙石)→C2S3H(白钙沸石)
因此,在月球上可以通过干拌蒸压养护法制备石灰和硅质材料混凝土。石灰原料宜采用氢氧化钙粉末,不宜采用氧化钙。主要因为氧化钙遇水放热量大并产生体积膨胀,且需要水。氢氧化钙粉末和石英质材料或火山灰质材料反应后,体积变化小,需水量也少。即使在真空条件下氢氧化钙中的结构水易保存。使用氢氧化钙粉末适宜于干拌蒸压养护法工艺。
2.5 采用干拌蒸压或蒸汽养护法生产
土聚水泥和混凝土
土聚水泥[10,11,12,13]源于土(含有活性SiO2和Al2O3等物质,如火山灰和偏高岭土)和碱性激发剂的聚合反应,现扩展到工业废渣和碱性激发剂的聚合反应。其硬化浆体为沸石型凝胶,具有早强、高强、耐酸、耐高温性能。在水胶比为0.3、碱性激发剂掺量以钠计为2%～10%、养护温度75℃或95℃时,Bakharev T[14]对粉煤灰中分别掺入NaOH溶液和水玻璃液的浆体进行了研究,得到30 d抗压强度可达50 MPa以上,强度随Na掺量的增加而增大,使用NaOH激发剂优于水玻璃。
在月球上能找到含活性SiO2和Al2O3等的物质,如火山灰(岩)。因此,借助土聚水泥制作工艺,只要由地球上带去占土聚水泥量10%～15%的碱性激发剂(Na2O粉末或速溶水玻璃固体粉末),采用干拌蒸汽或蒸压养护法,就能制作土聚水泥及其砂浆和混凝土。
2.6 采用月球表土熔化物浇筑成型混凝土
有研究者[5]利用JSC-1土制成玻璃,并用于稳定核废料,还可制成陶瓷等材料。
在月球表面有平原土砂、非晶态火山灰等,它们的化学成分中含有CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等,低共熔点低于1250℃。只要设法利用太阳能聚焦熔炉或太阳能-电能-微波熔炉,或加入Na2O粉末以降低熔点,就能把月球表土熔化,可用于现浇路面;预制建筑构件;或者预制成玻璃板(铸石板),再用胶粘剂制成夹层玻璃;或直接现场浇筑建筑物。但需要有较低的温度变形,以免产生开裂,现有能耐1250～1400℃高温的纤维织物可作配筋使用。
3 结语
由于月球上为真空,故采用干拌成型工艺为好。由于真空又无水,为缩短养护时间,故采用蒸压或蒸气养护法制备混凝土为好。
由于月球上能找到硅质材料(含石英的岩石、含硅酸盐的岩石和火山灰质材料),故可以带上去高强度等级的硅酸盐水泥,采用干拌蒸压养护法生产掺硅质材料掺和料的硅酸盐水泥混凝土;也可带上去石灰,生产石灰和硅质材料的硅酸盐混凝土;也可带上去碱性激发剂,制作土聚水泥混凝土。
干拌蒸压养护法可能只能生产预制混凝土构件。采用湿拌蒸压养护法也可以生产预制混凝土构件。采用湿拌现浇混凝土,在真空和微小重力下现浇和养护会成问题。
路用水泥对混凝土强度的影响分析 篇6
1 路用水泥概述
路用水泥是指道路工程建设所用的水泥, 与普通建筑用水泥相比, 路用水泥的强度高、要求高、造价高。常用的路用水泥一般有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及道路硅酸盐水泥。
我国现行国家标准规定路用水泥的化学指标主要有氧化镁含量、三氧化硫含量、烧失量、不溶物以及含碱量。规范规定Mg O的含量不能超过5%, SO3含量不得超过3%, 烧失量小于3.5%, 含碱量小于等于0.6%, I型硅酸盐水泥, 不溶物要小于等于1.75%, II型硅酸盐水泥, 不溶物要小于等于1.5%。
我国规范规定的水泥的物理性质包括细度、凝结时间、安定性和强度。规范规定硅酸盐水泥细度比表面积不小于300m2/kg, 在80um方孔筛上的筛余量不大于10%;硅酸盐水泥终凝时间不得迟于390min, 普通硅酸盐水泥终凝时间不得迟于10h;安定性及强度也都要满足相应规范的要求。
2 路用水泥对混凝土强度的影响实验
为了研究路用水泥对混凝土强度的影响, 严格参照《公路工程水泥及水泥混凝土实验规程》做了以下实验:
(1) 用比表面积法测定水泥细度;
(2) 用雷氏法测定了水泥安定性;
(3) 用维卡仪法测定了水泥初凝、终凝时间及标准稠度;
(4) 水泥混凝土立方体抗压强度实验;
(5) 水泥混凝土立方体抗折强度实验。
以上实验所用水泥为青海大通水泥股份有限公司生产的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥, 混合料及试验的试件完全按照规范标准, 检测结果如表1所示。
由表1可得, 该水泥符合我国规范要求, 性能良好。
3 路用水泥对混凝土强度的影响分析
已有研究表明, 水泥强度、水化物强度以及水泥混凝土强度基本上是正相关的关系, 因此, 本研究主要从水泥的微观组成及宏观表现进行研究。
3.1 水泥矿物组成影响
水泥性能的不同主要取决于水泥的矿物组成的不同。水泥的主要矿物组成有硅酸三钙 (C3S) , 硅酸二钙 (C2S) , 铝酸三钙 (C3A) , 铁铝酸四钙 (C4AF) , 少量的游离态氧化钙 (Ca O) 、氧化镁 (Mg O) 、石膏 (Ca SO4·2H2O) 以及含有Na2O和K2O的玻璃体。
水泥的矿物组成及水化产物对混凝土强度的影响主要体现在以下几个方面:
(1) 单矿物强度发展不同
水泥各矿物的水化产物不同, 水化反应速率不同, 形成强度也不相同, 如表2及图1所示。而且不同矿物在水化过程中存在相互作用, 影响强度的发展。
由表2及图1可见, C3A和C4AF抗压强度形成比较早, 后期强度不会有太大变化, 而且其抗压强度值相对较低;C2S抗压强度早期增长速度较快, 后期强度也有所增长, 但增长速度相对初期缓慢, 抗压强度值相对偏低;C3S早强抗压强度较大, 而且整个养生过程随时间的推移强度增长幅度较大, 抗压强度高, 是水泥强度形成的主要因子。
(2) 不同矿物组成孔分布不同
研究表明, 水泥熟料中各单矿物硬化后的空隙率及孔分布如表3及图2所示。
由上可得:C3S总空隙率最小, 而且水化硬化过程中生成孔的孔径较小, 对水泥性能有利。C2S和C4AF总空隙率偏大, 但是凝结硬化过程中生成孔的径孔很小, 可以对水泥的相关性能起到补充作用。C3A总空隙率最大, 而且大孔径孔的数量较多, 严重影响水泥性能和质量。
(3) 不同矿物体积收缩不同
不同矿物水化反应产生的水化物不同, 水化物的体积变化也不同。研究表明, 不同矿物水化产物的收缩值如表4所示。
由表4可得, C3A的水化产物收缩现象最为严重, 对水泥性能的影响也最严重, 因此, 水泥的生产及选择需要严格控制C3A的含量。
3.2 水泥化学成分对混凝土强度的影响
水泥的化学组成对混凝土的影响主要是石膏、游离态Ca O和Mg O、碱含量的影响。
(1) 石膏
石膏的主要成分是Ca SO4, 它与水泥中的C3A与C4AF反应生成钙矾石。随着石膏含量的不同, 其生成物不同, 胶凝材料的强度也不同。如果可溶性石膏的含量充足, 生成的钙矾石比较稳定, 多余的硫酸盐进入C-S-H胶凝结构, 提高水泥强度。石膏含量过多, 即可溶性的硫酸盐过多, 进入C-S-H胶凝结构使其体积膨胀, 降低水泥强度;而且如半水石膏在石膏饱和状态下析出, 可能造成假凝现象, 导致水泥结构的破坏。如果石膏含量太少, 或者在纯水中, 水泥水化生成的是C3AH6。因此, 适当提高石膏含量, f对水泥的强度和耐久性有好处。
(2) 游离的氧化钙和氧化镁
游离的氧化钙和氧化镁存在于水泥熟料中, 同时在高温煅烧的过程中结晶析出, 成固态的颗粒状。游离氧化钙的水化速度很慢, 一般在水泥硬化之后进行, 而这个水化过程伴随着体积的膨胀, 因此会产生一定的膨胀应力, 影响水泥的安定性及抗疲劳性能。同时游离氧化钙含量越多, 水化过程C3S和C2S水化的变异性越大。游离氧化镁的水化速率比游离的氧化钙更慢, 水化过程同样产生膨胀应力, 影响水泥安定性。
(3) 碱含量
K2O和Na2O是影响水泥碱含量的主要因素。水泥的水化一般是在碱环境下进行, 这有助于水化反应加快, 但是同时高碱环境下水泥水化产物的溶解度高, 强度低;另外, 如果碱的硫酸盐不足, 混凝土的坍落度损失明显, 这主要是因为硫酸盐洗水后形成的产物使得水泥结块, 降低了水泥的施工性能和使用性能。碱含量过高, 在潮湿环境下容易和活性集料发生碱集料反应, 产生膨胀物质, 最终导致混凝土的开裂。
3.3 水泥细度的影响
水泥的细度对水化速度、硬化速度、需水量、和易性、放热速率及强度都有影响。研究表明:水泥细度越高, 水化反应面积越大, 水化速度越快, 水化越充分, 水化产物的胶凝性越好。而且水泥颗粒粒径在0~10um, 水化速度最快;3~30um, 活性部分完全水化;大于60um, 水化缓慢;大于90um, 只有表面水化。结合比表面积法测定水泥的细度和雷氏法测定水泥浆的安定性, 实验结果整理如图3所示。
由图3可得:在一定范围内, 随着养生时间的推移, 干缩率近似线性增大;同时细度越小, 比表面积越大, 干缩率越大, 混凝土发生干缩现象的可能性越大;同时细度的提高导致磨耗量的增加, 成本提高。
3.4 水泥含量对混凝土强度的影响
研究水泥含量对混凝土强度的影响, 主要从以下几个方面入手:
(1) 搅拌工艺
搅拌工艺主要考虑的是水泥的加入方式, 先加水后加水泥, 可以使集料充分吸水, 但容易出现混合料内部结块现象, 而且集料吸收部分水后, 将导致水泥水化不够, 造成不同试件结果变异较大, 且强度普遍偏低。而采取先加水泥后加水的搅拌方式, 搅拌工作比较简单, 而且搅拌时间相对较短, 但是搅拌过程中的内部结块现象仍然无法避免。因此, 本研究采用了先加水泥和后加水泥两种方法进行了试验, 通过检测两种搅拌方式成型试件的7d无侧限抗压强度来进行分析研究。
(2) 水泥剂量
水泥用量是指单位立方米水泥用量, 它不是一个独立的指标, 通常是和水灰比、单位立方米用水量综合起来考虑的。在用水量保持不变的条件下, 水泥用量的增加会导致水灰比的降低, 从而混凝土结构致密;而且混凝土的拌和过程一般会加入外加剂, 提高水泥用量可以在降低水灰比的前提下保证混凝土坍落度。水泥用量太多, 不仅经济上不合理, 而且影响混凝土的水化和强度。本研究取5%、4%、3%的水泥剂量, 通过7d的无侧限强度来分析研究。
实验数据如表5、表6所示。
由图4、图5可以得出:
(1) 水泥剂量对抗压强度的影响很大。在一定范围内, 抗压强度随水泥剂量的增加而线性增加。这是因为:水泥剂量是混凝土混合料强度最重要的影响因素之一。在水灰比一定的情况下, 加大水泥用量, 水化后产生的胶结物越多, 与集料的粘结愈加坚固, 粘结力也越大;同时, 混合料集料之间的嵌挤作用随着粘结力的增加而得到更充分的发挥, 摩阻力增大。
(2) 拌和次序对抗压强度也有一定的影响。当水泥剂量小于4%, 后加水泥的抗压强度略高;当水泥剂量大于4%, 先加水泥的抗压强度略高;不同的搅拌次序对抗压强度的影响约为0.5MPa。同时搅拌次序也影响着变异性, 当水泥的剂量为3%~5%时, 后加水泥的变异性明显大于先加水泥。这是因为先加水泥搅拌使集料和水泥混合均匀, 再加水可以保证混合料搅拌更均匀, 从而强度均匀发展, 水化更加充分。而先加水再加水泥, 由于水分布不均匀, 可能导致水泥和集料的粘结不均匀, 甚至出现结块现象, 影响强度的形成, 变异性较大。
(3) 水泥剂量不同, 其变异性不同。对于先加水泥的搅拌方式, 水泥剂量在3%~4%之间, 变异性随水泥剂量的增加而快速线性减小;水泥剂量在4%~5%之间, 变异性随水泥剂量的增加而线性增加。对于后加水泥的搅拌方式, 水泥剂量在3%~4%之间, 变异性随水泥剂量的增加而缓慢线性增加, 水泥剂量在4%~5%之间, 变异性随水泥剂量的增加而减小。
4 结语
通过相关的室内试验与数据分析, 得出了路用水泥矿物组成、水泥细度、水泥化学成分以及水泥含量对混凝土强度的影响规律:
(1) 水泥熟料中不同矿物的水化产物不同, 单矿物强度不同, C3S和C2S的水化速度较快, 强度较高。其次, 不同矿物组成孔分布不同, C3S的总空隙率最小, 孔径分布最合理。再次, 不同矿物组成的体积收缩不同, C3A的体积收缩现象最严重。
(2) 水泥化学成分对混凝土强度的影响。适当提高石膏含量, 对水泥的强度和耐久性有好处;游离的氧化钙和氧化镁在水泥强度形成之后水化, 使得混凝土体积膨胀, 强度受损;碱含量过高, 容易发生碱集料反应, 影响混凝土安定性。
(3) 水泥细度不同, 混凝土强度不同。细度越小, 比表面积越大, 干缩现象越严重, 强度损失越大。
(4) 水泥用量对混凝土强度的影响。在一定范围内, 水泥剂量越大, 混凝土抗压强度越大, 变异性越小。相比于先加水后加水泥的搅拌次序, 先加水泥再加水有利于混凝土强度的提升, 而且有利于变异性的控制。
参考文献
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泥混凝土路面 篇7
工程为一境外新建工厂, 厂区内外行车道路均为水泥混凝土路面板, 宽度为6~12m, 厚度为200mm, 总长度约10km, 共计用混凝土约2万m3。施工要求严格, 施工质量控制和验收均采用美国ACI和ASTM标准。该地区属热带沙漠型气候, 道路施工期又正值高温季节, 中午最高气温时, 环境温度达40℃~50℃, 晚间为20℃~30℃, 施工环境十分恶劣。同时, 当地市场无法提供粉煤灰或矿粉等掺合材料。
2 质量控制
2.1 路基工程
一般情况下, 路基工程可分为挖土石方和填土石方两类施工, 本工程绝大部分为挖土石方工程, 对于需要进行填筑的部分, 采取了以挖作填, 就近调配的原则。按设计图纸, 夯实路基上共分布3层, 最下层为300mm厚的级配砂石基层, 中间层为100mm厚的粗砂找平层, 最上层为200mm厚的C30钢筋混凝土面板。
2.1.1 路基的质量控制
土石方挖至需要标高后, 应用平地机和推土机进行大面积找平, 再采用18吨以上的重型振动压路机压实。压实前路基找平层土需洒水至最佳含水量, 并且路基填土需严格按设计和规范要求的土质取用。
零填及挖方路段顶面以下0~300mm范围内的压实度不小于95%。路基填土高度小于800mm时, 其压实度不小于95%;路基填土高度大于800mm时, 其压实度不小于94%[1]。路基压实完毕后, 按设计图纸要求检查路基的平整度、高度、宽度、纵横坡、边坡等指标。
2.1.2 级配砂石基层的质量控制
应仔细填补及压实夯实路基上的低洼和坑洞;应刮除底层上的搓板和辙槽;松散处应耙松、洒水并重新碾压;碾压时应做好基层的标高测量, 在基层边缘处设指示桩, 并标明设计标高, 直线段每15~20m设一桩, 平曲线段每10~15m设一桩。碾压全过程均应随碾压随洒水, 使其保持最佳含水量, 直到碾压达到要求的密实度。碾压中若局部有“软弹”、“翻浆”现象, 应立即停止碾压, 等翻松晒干或换含水量合适的碎石材料后再行碾压。
2.2 混凝土面板工程
2.2.1 混凝土质量控制
混凝土原材料和混凝土配合比的试验至少应在施工前一个月进行。因道路混凝土把抗折强度作为检测指标之一, 故原材料的选取一定要本着高质、高适用性的原则来进行, 尤其是水泥和外加剂的选取, 对新拌混凝土的适用性和硬化混凝土的耐久性都有极大的影响。混凝土配合比应根据实际试验和使用情况反复进行优化, 确定适用于不同施工时间、不同施工方式的最佳配合比。配制出的混凝土应具有收缩性小、耐磨性好、水灰比和抗压强度以及抗压和抗折强度之间有良好的线性规律等性能。
(1) 水泥
道路混凝土用水泥应尽量选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥, 强度等级不低于42.5级。除核对水泥进场时的产品合格证和化验单外, 还应对其常规的性能进行复测, 尤其是凝结时间和早期强度发展情况。
本工程选用阿曼Raysut公司42.5级普通硅酸盐水泥, 其常规性能试验结果见表1。
(2) 粗骨料
碎石应选用质地坚硬、耐磨性好的岩矿, 最大粒径不大于40mm。其它各项指标应符合生产和验收规范的要求。
本工程碎石试验标准参照美国ASTM C33规范, 根据当地市场供应情况, 选用5~10mm和10~25mm两个粒级的复配粗骨料。根据筛分试验确定复配比例为1:1.5, 复配后粗骨料的表观密度为2631kg/m3, 吸水率0.72%, 含泥量0.8%, 压碎指标21.52%, 针状含量13.6%, 片状含量10.1%。
(3) 细骨料
细骨料应选用坚硬、洁净、符合规定级配、细度模数2.5以上的中粗砂。当无法取得中粗砂时, 应在细砂中掺加一定比例的人工砂进行复配。
本工程采用超细天然砂加人工砂复配, 经筛分试验确定复配比例为2:1。复配后细骨料的细度模数为2.6, 含泥量2.9%, 表观密度2634kg/m3, 吸水率1.1%。
(4) 外加剂
外加剂的选用应根据水泥类型、气候环境、施工环境、施工方式等因素来决定。一般情况下减水剂可起到提高混凝土强度、改善和易性、减少水泥用量等作用。对于特定气温或环境下施工的混凝土, 还可以选用缓凝剂、早强剂、引气剂、泵送剂等其它类型的添加剂。
根据本工程存在气温高、砂石吸水率较大、无掺合料、泵送施工等客观条件, 选用了BASF公司产的LD80缓凝型高效减水剂, 减水率在15%~20%之间, 大大减少了用水量和水泥用量, 节约了成本;初凝和终凝时间均延长了2~3h, 为及时施工创造了条件。
(5) 配合比设计
混凝土配合比应保证新拌混凝土的施工适应性和硬化混凝土的耐磨、耐久及稳定性。根据现场气候环境和施工工艺情况, 确定新拌混凝土的性能目标设计值。确定水灰比与抗压强度、抗压强度与抗折强度之间的线性关系, 并以抗折强度作为检验对象。
分析工程现场实际情况, 总结出以下影响混凝土质量的不利因素: (1) 天然砂为超细砂, 需水量大, 保水性差, 新拌混凝土易离析和泌水, 硬化混凝土表面会出现“翻砂”现象。 (2) 气温高, 阳光直射时间长, 新拌混凝土坍落度损失大, 入模混凝土表面水分蒸发快, 对施工效率要求高, 容易产生早期塑性收缩裂缝。 (3) 无粉煤灰或矿粉等矿物掺合料, 水泥用量高, 发热量大, 混凝土收缩性大。 (4) 施工队伍多, 水平良莠不齐, 对新拌混凝土的施工适应性要求高。
针对以上不利因素, 对原材料的选取、各施工适应性目标值的确定、硬化混凝土的性能等都做了综合的对比和试验, 得出的合适施工配合比, 其混凝土的基本性能为:水灰比0.56, 出机坍落度150mm, 坍落度损失30mm/h, 初凝时间4.5h, 终凝时间7h, 泌水率4%, 含气量1.8%, 3d抗压强度20.5MPa, 7d抗压强度27.6MPa, 28d抗压强度34.8MPa。
2.2.2 现场施工质量控制
(1) 模板和钢筋
道路施工应尽量使用槽钢模板, 其高度与混凝土板厚度应一致, 减少木模的使用量。模板的支立需准确稳固, 严禁倾斜, 模板顶面的标高应符合设计标高要求。模板接头处应紧密、平顺, 不得有前后上下的交错或缝隙。混凝土浇注前应在模板上刷废机油或脱模剂。
钢筋网片的铺设要平整, 不得随易踩踏;弯起或翘起处需处理平直, 砂浆或混凝土垫块应有序放置, 确保钢筋网片处于混凝土板的中间位置。钢筋网片上设横向托筋固定传力杆, 使其与板面路面中心线平行。传力杆不在混凝土中的一端需刷沥青, 并上套管, 允许滑动。
(2) 混凝土浇注
按施工使用的不同摊铺振捣机具, 道路混凝土施工大致可分为以下三类: (1) 人工摊铺, 插入式振捣器振捣。 (2) 振动梁摊铺, 结合插入式振捣器振捣。 (3) 摊铺机摊铺, 结合插入式振捣器振捣。
本工程中因施工队伍多、施工设备不足等特殊情况, 以上三种施工工艺都采用了。从施工质量和效率来看, 后两种施工工艺明显优于第一种施工工艺, 故着重介绍后两种工艺的施工要点。
a.振动梁摊铺施工工艺
因混凝土路面板的厚度一般都大于等于200mm, 为达到充分振捣的效果, 振动梁的电机功率不能小于2.2k W, 主梁要笔直、光滑、易于拉动。混凝土布料要尽量均匀, 混凝土的布料厚度应是松铺厚度, 经验的松铺系数为1.05, 可根据现场实际情况确定。使用插入式振捣器时, 应遵照慢起快落的原则垂直插入混凝土, 严禁拖拉着前进, 振捣时间和振捣半径应符合规范要求。对于振捣完毕后高起或下陷的板面部分, 先用人工铲平或补平, 然后用振动梁振捣拖平, 直至混凝土表面泛出水泥浆, 完全平整为止。如果表面泛浆不足或不够平整, 可再用圆柱形的钢滚筒或大口径的钢管再一次来回表面整平, 以减轻后续的密实饰面工作。
静置0.5h后, 可开始第一遍的密实饰面, 此次操作应采用木抹子和铁抹子结合的方式进行。工人应在横梁 (板) 上完成找平作业, 不得直接踏入混凝土混合料中, 严禁用纯水泥砂浆进行找平填补。初凝时, 用铁抹子进行第二次密实饰面, 这次应基本把面压抹光。终凝前的第三次饰面很重要, 应用力地压实抹平, 对于出现细裂纹的地方, 应先用木抹子拍打, 来回反复压抹, 将混凝土表面拉毛, 最后再用铁抹子压平、抹光。最后一次饰面完成后, 便应立即用压缝滚拉纹, 压缝滚需具有一定的自重, 能在混凝土板面留下1~2mm的防滑纹。拉纹时要注意随时清理滚上残留的混凝土, 以免将路面板拉毛或拉花。
混凝土的养护可视混凝土强度发展情况和气温情况来进行, 尽量防止因高气温出现的塑性收缩裂缝或风裂。一般的养护方法有覆盖洒水养护、塑料薄膜养护和围堰注水养护。湿养需进行2周, 待混凝土板体强度达到25%时, 方可拆除模板;强度达到设计强度后, 才能允许开放交通。
b.摊铺机摊铺施工工艺
采用摊铺机时, 应严格按照摊铺机的操作规程进行, 作业单元长度宜控制在30m左右, 先按“前进振动、后退静滚”方式作业2~3遍后, 再进行“前后静滚”整平作业。不允许用“后退振动”作业, 振动遍数不宜过多, 以免混凝土表面提浆过多, 产生混合料分层现象。振动后应及时整平, 以消除偏心轴振过后形成的浆条。
振动摊平后按前述的密实饰面步骤进行操作。
(3) 接缝施工
按设计图纸, 胀缝间距为30m, 上部浇灌填缝料, 下部设胀缝板;缝与路面中心线垂直, 前后宽度一致, 中间不得连浆。填缝板采用经防腐处理的质软而有弹性的木板或预制沥青混合料板等。
横向缩缝间距不得超过5m, 一般采用切割法施工, 切割的深度为3~5mm。注意切割机的行径应尽量笔直, 切割时间不宜太晚, 当强度达到25%~30%时便可进行[1]。施工缝应尽量和胀缝或缩缝重合。
混凝土养护期满后, 应对胀缝和施工缝及时进行填缝。填缝料应选择粘结、防水、耐温、弹性好的材料。填缝时缝隙内应干燥、干净。高温气候时填缝料的高度应与板面一致, 低温气候时填缝料的高度应比板面稍低。
2.3 工程中出现的问题与解决措施
施工初期, 上午浇筑的混凝土在拉纹后1h左右局部板面上出现了裂纹, 裂纹的发展方向为垂直或平行于防滑纹, 见图1。
由图1可见, 这是一条典型的早期塑性收缩裂缝, 经过对现场情况的考察和分析, 总结了以下可能形成裂缝的原因:
(1) 上午浇筑的混凝土塑化期在10:00~14:00期间, 在这个时区里气温最高, 混凝土表面水分迅速蒸发, 导致混凝土收缩很快, 表面张力很大, 如果此时混凝土的强度发展不足以抵抗表面张力, 便产生了裂缝。
(2) 混凝土因水分蒸发快, 易在表面或上层形成假凝, 这种假凝层易误导施工人员对混凝土强度发展的认识, 从而缩短了密实饰面时间。待拉纹完成后, 混凝土远未达到终凝阶段, 此时混凝土具有的抗拉强度不足以抵抗因快速收缩而产生的表面张力, 而形成裂缝。
(3) 部分路段的振捣不佳, 有拖动振捣和振捣不充分的情况;部分施工人员为图轻松减少了密实饰面的次数。
为解决这一问题, 召开了设计人员、混凝土技术员和施工现场工程师的联合会, 制定了以下措施:
(1) 将上午的施工时间提前, 尽量让混凝土的塑化期避开高温时区。
(2) 适当减少混凝土外加剂掺量, 缩短混凝土凝结时间。
(3) 加强混凝土施工管理, 包括混凝土浇筑前的准备工作、浇筑工作、浇筑后的后续工作等。严格监督混凝土的振捣和密实饰面工作, 混凝土的振捣严禁拖动前进, 严禁漏振和过振;混凝土的密实饰面应根据混凝土强度发展情况和表面水分蒸发情况适时进行, 三次抹面应有序进行。混凝土浇筑前应先将地面浇透但不应有积水, 拉纹完成后的混凝土应马上用麻袋片覆盖, 阻止强光的直射, 减少水分蒸发, 覆盖后3~4h便可洒水养护。
采取这一系列措施后, 混凝土表面局部裂纹的问题得到了有效控制, 整体工程质量良好, 受到了外方业主和监理的一致好评。
3 结束语
因道路混凝土长期受到车辆的挤压和磨蚀作用, 其耐久性显得尤为重要。除了抗压、抗折这类基本的属性外, 硬化混凝土的耐磨性、抗冻融循环性、稳定性、抗渗性等一系列综合性能需得到更进一步的关注。水泥混凝土道路的施工是一个整体性、连续性的工作, 在遵守标准规范和设计要求的同时, 还应根据现场施工的实际情况进行合理的监督和控制。
参考文献