史建方

(河北省青銀高速公路管理處)

1 概 述

在工程施工中,構(gòu)造物的基坑和臺(tái)背部位由于位置特殊,成為機(jī)械壓實(shí)的薄弱環(huán)節(jié),一直是造成橋頭跳車(chē)這一質(zhì)量通病的主因。采用流態(tài)水泥粉煤灰混合料澆筑基坑和臺(tái)背最早在河北省石黃高速公路應(yīng)用,之后在衡(水)德(州)、衡(水)小(榆林)、河北青銀高速進(jìn)行應(yīng)用,其后很多省份高等級(jí)公路進(jìn)行了廣泛采用。采用流態(tài)水泥粉煤灰混合料進(jìn)行澆筑施工,施工工藝簡(jiǎn)單易行,無(wú)須碾壓和振搗,依靠混合料的流動(dòng)性達(dá)到密實(shí)效果,依靠其強(qiáng)度形成很高的承載能力,同時(shí)具有自重輕、減少工后地基壓縮沉降的特點(diǎn);在縮短工期、降低造價(jià)、保證質(zhì)量等諸多方面效果顯著。

2 原材料要求

2.1 粉煤灰材料和強(qiáng)度形成機(jī)理分析

粉煤灰具有一定的活性。粉煤灰活性是指粉煤灰具有一定的火山灰質(zhì)材料的活性,即在調(diào)水后本身并不能硬化,但是在與堿性物質(zhì)混合后,加水拌和,不但能在空氣中硬化還能在水中繼續(xù)硬化的性質(zhì)。其活性的本質(zhì)是基于硅鋁質(zhì)玻璃體在堿性介質(zhì)中,OH-離子打破了Al-O、Si-O鍵的網(wǎng)絡(luò),使聚合度降低成為活性狀態(tài),并與Ca(OH)2反應(yīng)生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣,從而生成強(qiáng)度。

粉煤灰在與水泥反應(yīng),從力學(xué)觀點(diǎn)上能產(chǎn)生形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)多種效應(yīng),早期以形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)的物理作用為主,后期以化學(xué)活性效應(yīng)為主。

影響活性的因素主要是玻璃體含量、化學(xué)組成、顆粒組成、比表面積和比重。一般而言,玻璃體含量越高,尤其是低鐵玻璃體含量越高,活性越好,而石英、莫來(lái)石、赤鐵礦含量越少越好。顆粒組成越細(xì)越好,比表面積越大越好,比重越大形成強(qiáng)度越高。

(1)化學(xué)成分。

粉煤灰主要成分為Si02、Al2O3、Fe2O3及少量的CaO、MgO組成。

(2)物理性質(zhì)。

粉煤灰的密度為1.8～2.3g/cm3容重為0.8～1.0g/cm3,其需水量比和細(xì)度是影響混合料早期強(qiáng)度因素之一,一般認(rèn)為細(xì)度在 45um下時(shí)具有較好的活性。

需水量比指按規(guī)定方法測(cè)試出來(lái)的粉煤灰膠砂需水量與水泥膠砂需水量之比值。

(3)流態(tài)水泥粉煤灰反應(yīng)機(jī)理。

粉煤灰活性激發(fā)的方法及機(jī)理主要有加鈣處理、堿激發(fā)(石灰、水玻璃)、硫酸鹽激發(fā)、磨細(xì)、摻早強(qiáng)劑等。

粉煤灰顆粒在電子顯微鏡下有四種顆粒單相或多項(xiàng)組合而成。

①球形顆粒:這種顆粒表面光滑,呈球形,顆粒直徑從0.2～80um不等,其中 20um下居多,在粉煤灰中屬惰性物質(zhì),活性差,吸附能力差;

②多孔塊狀物:顆粒直徑100um,表面多孔隙,這類顆粒比表面積大,活性好具有較強(qiáng)吸附能力;

③不規(guī)則塊狀顆粒,無(wú)固定形式,表面凸凹不平,大小不一,活性好,吸附能力強(qiáng);

④超微顆粒,一般直徑1um左右,含量較少。

粉煤灰主要成分為酸性氧化物,在堿性條件下可反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣;粉煤灰浸出液pH值一般在 6左右,呈弱酸性,在堿性條件下,玻璃體可轉(zhuǎn)化為活性 SiO2和Al2O3,在玻璃體表面溶出,這個(gè)過(guò)程進(jìn)行緩慢,致使混合料早期強(qiáng)度偏低。

(4)針對(duì)以上特性特提出如下要求。

①粉煤灰中SiO2,Al2O3和Fe2O3的總含量應(yīng)大于70%,燒失量不應(yīng)超過(guò) 20%。

②粉煤灰的比表面積宜大于2500cm2/g。

③干粉煤灰和濕粉煤灰都可以用。干粉煤灰如堆放于空地上,應(yīng)防止飛揚(yáng)造成污染;濕粉煤灰含水量不宜超過(guò)35%,并在澆筑前測(cè)定含水量。

④應(yīng)將凝結(jié)的粉煤灰塊打碎,同時(shí)清除有害雜物。

2.2 水泥

宜采用 32.5水泥,水泥堆放應(yīng)注意防潮。

2.3 水

凡人或牲畜的飲用水均可用于施工。

2.4 外加劑

可自配或選用成品高效減水劑。其性能應(yīng)能激發(fā)粉煤灰早期活性,并具有早強(qiáng)、增稠和減水的作用。

(1)細(xì)度:比表面積不得小于300m2/kg,篩余量(0.08mm)均不得超過(guò)8%。

(2)抗壓強(qiáng)度:應(yīng)符合表1。

表1 外加劑抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

(3)初凝時(shí)間不得大于30min。

3 施工配合比

根據(jù)工程使用部位不同,強(qiáng)度要求不同,視具體要求調(diào)整施工配合比。常用配合比范圍 m水泥∶m粉煤灰∶m水為 4%～10%∶96%～90%∶65%～75%(外摻)。

外加劑為水泥用量的2%～3%。

施工配合比確定的主要指標(biāo)為強(qiáng)度和流動(dòng)度;強(qiáng)度根據(jù)施工要求確定,一般處治臺(tái)背和基坑的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要滿足7d達(dá)到0.4MPa,28d達(dá)到0.6MPa。流動(dòng)度應(yīng)該達(dá)到12cm以上或能保證漿體流動(dòng)的最低流動(dòng)度。

4 施工工藝

(1)基底應(yīng)清除虛渣、浮土、積水,基坑清理到原狀土層,臺(tái)背臺(tái)階開(kāi)到硬茬。

(2)施工前應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料按批進(jìn)行抽檢,以保證材料質(zhì)量。

(3)流態(tài)水泥粉煤灰混合料的拌制。

①拌制混合料時(shí),各種衡器應(yīng)保證準(zhǔn)確;對(duì)材料(粉煤灰)的含水率,應(yīng)經(jīng)常地行檢測(cè),據(jù)以調(diào)整水泥和水的用量,配料數(shù)量允許偏差見(jiàn)表2。

表2 配料數(shù)量允許偏差(質(zhì)量計(jì))

②外加劑應(yīng)先調(diào)成適當(dāng)濃度的溶液再摻入拌和。

③混合料應(yīng)使用機(jī)械攪拌,可采用滾筒攪拌機(jī)或強(qiáng)制式攪拌機(jī),攪拌時(shí)間應(yīng)不少于 3min每盤(pán);也可采用拌和站拌和,混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)。

④混合料應(yīng)按一定厚度、順序和方向分層澆筑,應(yīng)在下層混合料初凝或重塑前澆筑完成上層混合料。斜面上澆筑混合料時(shí),應(yīng)從低處開(kāi)始逐層擴(kuò)展升高,保持水平分層。

⑤混合料澆筑完成后,應(yīng)加蓋草氈并灑水養(yǎng)護(hù)(24h),保證強(qiáng)度增長(zhǎng),期間應(yīng)嚴(yán)禁車(chē)輛行人通行,氣溫在 20～30℃時(shí),一般 3～5d后即可進(jìn)行下道工序施工。

⑥施工過(guò)程中每天至少做 2組試件,監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度,要求28d強(qiáng)度大于0.6MPa。稠度應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)。

5 注意事項(xiàng)

(1)流態(tài)水泥粉煤灰混合料水穩(wěn)性差,因?yàn)榉勖夯冶戎夭淮?且一般不具有自硬性,其粘接力為 0,故極不耐沖刷。因此,應(yīng)對(duì)外露部分進(jìn)行封閉加固。

(2)流態(tài)水泥粉煤灰混合料凍敏感性強(qiáng),毛細(xì)水上升程度高,粉煤灰隔熱性能良好,但結(jié)冰后體積膨脹相當(dāng)嚴(yán)重,這一方面由于自身持水性強(qiáng),另一方面是因?yàn)槊?xì)水上升程度高(一般為 1～1.5m),因此應(yīng)注意將此層次設(shè)置于冰凍深度以下。

(3)當(dāng)氣溫低于 5℃時(shí),應(yīng)停止?jié)仓┕?否則會(huì)影響早期強(qiáng)度的形成。

[1] JTJ053-94,《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[S].

[2] JTJ012-94,《公路工程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].