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矿渣粉在水泥混凝土路面施工中的应用

2021-07-29 10:47

随着混凝土技术的快速发展,自上世纪80年代出现矿物掺合料以后,大宗应用的混凝土复合化倾向更加突出。今天,人们已经认识到矿物掺合料技术的运用是现代高性能混凝土采用的主要技术。而掺合料及其掺合料技术的发展更使得混凝土作为这种生态复合材料越来越功能化,生态化、可持续发展化。近年来,承德市在县乡道路和通村公路建设中修建了大量的水泥混凝土路面,同时承德辖区范围内有丰富的矿渣和粉煤灰资源,为此,在农村公路的混凝土路面建设中,我们有针对性的使用了矿粉和粉煤灰作为掺合材料,取得了很好的社会效益和经济效益。
 
矿渣粉是水淬粒化高炉矿渣经粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。是近年来新兴的混凝土矿物掺合料。矿渣粉作为钢铁企业的副产品在承德有着得天独厚的优势。2005年起,我们开始了矿粉的特点及应用研究。并在工程实际中进行了广泛的应用。
 
1选择符合标准的矿渣材料
 
随着矿渣磨细技术的不断发展,矿渣粉已经实现工厂化生产,并且细度也很容易达到400m2/kg以上,为矿渣粉的大量应用打下了良好基础。水泥混凝土路面使用的矿渣粉技术指标要符合(GB/T18046-2008)标准规定。矿渣粉要达到相当细度且符合相应活性指数方可作为混凝土掺合材料。实际应用的矿渣粉具体指标要符合表1的规定。
 
2严格控制矿粉质量
 
目前,承德境内几家较大规模企业采用立磨工艺生产的矿粉细度能控制在400~500m2/kg的范围内。由于企业重视产品质量,采用的生产工艺比较先进,矿渣粉的细度指标比较稳定,这给水泥混凝土路面配制混凝土时带来了很大方便。而小型企业采用球磨技术生产的矿粉的细度较难达到400m2/kg以上,即使通过延长磨细时间,勉强达到400m2/kg以上,也难以长期稳定,指标起伏较大。一旦其细度大幅度降低,会给混凝土带来诸多问题,如:粘聚性下降出现离析和泌水;凝结时间延长;早期强度降低,甚至28天强度也会不同程度降低等。所以在选用矿粉时,我们采用的都是较大规模企业采用立磨工艺生产的细度指数稳定的矿粉。不允许使用小型企业采用球磨技术生产的细度在400m2/kg以下的矿粉,以保证路面混凝土的质量。施工过程中,加强对进场矿粉的质量检验。
 
3加强施工过程的质量控制
 
施工过程中,混凝土搅拌是一个关键环节,对添加矿渣粉的混凝土拌和时,将矿渣粉与水泥分别储存在各自罐仓中,分别称量,称量误差为±1%,拌和时间较普通混凝土的拌和延长10~30s。对施工温度要进行控制,施工时,添加矿渣粉的混凝土施工气温不应低于10℃,覆盖保湿养生时间不得少于21天,为使混凝土较少早期裂缝及干缩裂缝的发生,避免早期干燥和低温寒潮袭击。虽然硬化后的矿渣混凝土抗侵蚀性能优于不掺矿渣粉混凝土抗侵蚀性能,但在硬化过程中遭受侵蚀也将加速破坏,因此硬化过程中,应避免流动水体或者油污的侵蚀。
 
3.1不可随意提高掺配比例
 
2005年至2007年初期使用矿渣粉和粉煤灰复合掺配时,粉煤灰用量控制在10%以内,矿粉用量控制在20%以内。尽管在试配时,矿粉掺量在70%以内对混凝土强度影响不大,但过大的掺量在实际应用中确存在很多问题。其中两个问题特别值得关注,一是混凝土凝结时间问题。掺量过高时,由于混凝土温度很快与环境温度相同,其混凝土的凝结时间会明显加长,不利于施工。这时由于混凝土长期处于塑性状态,会使混凝土发生较大沉降收缩,常常出现塌陷变形,致使路面平整度达不到标准要求。对于夏季高温季节施工,混凝土的凝结时间则不然。由于气温高及水化热的作用,凝结时间往往比试验要短的多。因此采用大掺量矿粉或矿粉与粉煤灰复配可降低水化热,延缓凝结时间,对高温季节施工的混凝土是比较有利的。另一个是混凝土粘聚性问题。施工时为提高混凝土强度,得到高强的混凝土就要减小水灰比,这样就使得混凝土的粘聚性不断增加,这样配制混凝土就存在着两头难的问题。即要设法增加其粘度,减少混凝土离析泌水的可能,又要设法降低其粘度来保证施工性能,增加混凝土的和易性。由于细度达到400m2/kg以上的矿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,为同时提高混凝土的强度,采用矿粉和粉煤灰共同使用可以取得很好的效果。
 
2008年以后,经过实践积累和更多的实验数据支撑,单独采用矿渣粉的掺配比例控制在40%~50%范围内,采用复合掺配时,对于一级粉煤灰控制在12%以内,二级粉煤灰控制在8%以内,矿粉控制在40%以内。
 
3.2实际应用中复合掺配情况
 
矿渣粉混凝土应用中,常与粉煤灰复合使用。这样有以下优点,第一,粉煤灰比矿粉更为廉价,单掺矿粉对混凝土成本不利。虽然单掺粉煤灰可以大幅度降低成本,但掺量受到较大限制;第二,充分利用二者的优势互补,改善水泥混凝土路面的使用性能。
 
由于采用的粉煤灰来源不同,粉煤灰质量等级存在差异,当选用承钢二化粉煤灰时,由于粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰,在与矿渣粉掺和使用时,粉煤灰的取代量置换率采用15%,矿渣粉置换率采用30%。虽然Ⅱ级粉煤灰相对厂区周边一定距离道路混凝土路面来说具有很高的经济优势,但粉煤灰的质量稳定性较差,质量控制难度大。因此施工过程中加大监测频率,严格控制用量,同时有意识的增加矿渣粉用量,降低Ⅱ级粉煤灰质量波动给混凝土带来的不利影响。也就是说,质量差或质量稳定性差的原材料不得不用时,应在充分试验的基础上,在条件允许的前提下尽可能少用。
 
在采用矿渣粉和粉煤灰复合掺配时,我们就近优选了性能指标好的滦河电厂的一级粉煤灰与承钢集团生产的矿渣粉进行掺配。粉煤灰的取代量置换率采用20%,矿渣粉置换率采用40%。它们之间的比例可以根据不同强度等级、不同技术要求进行调整。从强度方面说,粉煤灰等量取代水泥时,28天强度基本都比空白混凝土强度低,而矿粉在合适的掺量下会使混凝土的28天强度稍有提高,这样二者有较好的强度互补效应。同时,二者复合使用兼顾混凝土早期强度与后期强度,早期发挥矿粉的火山灰效应,改善浆体和集料的界面结构,弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后于水泥熟料水化,从而使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的凝胶数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢引起的早期强度损失;后期发挥Ⅰ级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的内核作用,使混凝土后期强度持续得到提高。从混凝土粘聚性方面说,矿粉有增加混凝土粘聚性和泌水的趋势,Ⅰ级粉煤灰却能明显降低混凝土的粘聚性和减少混凝土泌水的趋势,二者的互补优势更为明显,适合于配制不同使用条件下的各种路面混凝土。因此,当经济条件允许的情况下,实际应用中,尽可能采用矿粉和Ⅰ级粉煤灰复配配制混凝土,以充分发挥二者的优势互补效应,配制性能更为优异同时成本更为经济的混凝土。
 
4加强对建成路面的养护
 
矿渣粉或矿粉和粉煤灰复掺后的混凝土路面对养护条件要求更为苛刻。因此路面铺筑以后的养护要高度重视,确保混凝土的养护条件满足质量需要。
 
农村公路的混凝土路面施工,由于受资金、设备、技术、养护手段和人员素质等方面因素的影响,混凝土路面的初期养护往往重视不够。特别是偏远地区,由于不便养护,一些单位常常是涂刷养护剂或者只是施工完成后一次性覆盖薄膜了事,而养护剂的效果很难在初期发挥效用,塑料薄膜容易破损,使混凝土的养护出现不少问题。在矿渣粉或矿渣粉和粉煤灰复合掺加的情况下,更需要加强养护,只有充分养护才能发挥掺合料的作用。在施工中要采用有效、适用的养护方法,如覆盖薄膜后,上面加盖草帘或者杂草,定期洒水湿润,其实方法很简单,实际效果确实很好,即保湿又防晒保温,避免由于采用的养护方式不当造成结构强度降低或者裂缝出现。对路面边缘部分要定期由专人负责用喷雾器湿润,这样既能长期保持混凝土表面的湿度,又节约用水,还减少了因养护用水四处流淌影响施工。
 
5结语
 
综上所述,采用矿渣粉作为掺合料用于混凝土路面施工,使大量细度在400m2/kg的矿粉得到广泛应用。矿粉的大量应用,改变以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面。矿粉的使用给配制混凝土带来了很大的方便,随着矿粉研究和应用的不断深入,混凝土质量会逐步改善。同时,矿粉的应用,可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点,可以进一步降低水泥用量,不仅可以改善混凝土耐久性,同时降低混凝土成本,节约能源,改善环境。

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