水泥混凝土路面掺用粉煤灰用量的技术研究

水泥混凝土路面依然在我国公路路面中占据很大比例，在水泥混凝土路面施工中通过掺加粉煤灰替代同量水泥可以在保证强度等基本性能的基础上，极大的减少水泥水化放热，进而实现减少或避免开裂的目标。而要想使粉煤灰的掺加发挥出应有功效，需要做好粉煤灰掺量确定与控制。

1 粉煤灰概述与用于水泥混凝土路面的基本要求

粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉后回收的粉末，分为干灰和湿排灰。粉煤灰在混凝土中具有活性效应，如火山灰反应以及自硬胶凝性质等。钙元素含量较低的粉煤灰和氢氧化钙由于发生二次反应会生成凝胶，而钙元素含量较高的粉煤灰含有大量水硬性矿物组成以及富钙硅酸盐玻璃体，具有自硬性。粉煤灰具有的活性效应直接受水泥水化因素的影响，由于粉煤灰中存在玻璃微珠以及微细粉尘，所以可起到改善和提高混凝土拌和物工作性的作用。优质粉煤灰通过专门设备磨细后，可发挥减水、增浆、调凝和密实作用，对水泥浆体结构和水化热有正面影响，可保证拌和物体积安定性以及质量均匀性，节约水泥。此外，粉煤灰也可当做矿物填充料使用，实现对拌和物技术性能的有效改善。粉煤灰品质要求与煤种和燃烧条件相关，氧化硅、氧化铝和三氧化二铁含量总和应大于 70%，同时三氧化硫含量不能超过 3%，否则会对拌和物体积稳定性造成不利影响。

2 水泥混凝土路面施工中粉煤灰掺量确定与控制

粉煤灰水泥与水混合后，初期水化反应剧烈，放热速率高，尤其是氧化钙与氧化镁含量相对较高的粉煤灰，水化放热速率更高。水泥表1​​不同等级和不同掺入质量系数的粉煤灰的Pm 和Cm 值水化反应持续一段时间后减缓，持续 2h 左右后暂时停止，随后重新开始，约 10h 达到最大放热值，持续约 40h。第一次放热高峰由 C2S 与水反应生成 Ca（OH）2 和硫铝酸钙，第二次以 C3S 水化为主，产物为硅酸钙凝胶。氧化钙含量相对较高的粉煤灰，其水泥水化反应过程中的反而速率往往更大，低 CaO 含量则促进 Ca（OH）2 晶粒形成，加速 C2S 水化。根据烧失量可判断出粉煤灰水泥当中存在多少化学结合水，化学结合水多表示水化充分，产物多，胶结作用强。待掺加一定量的粉煤灰之后，烧失量因为粉煤灰掺量的增加而减小，但相较于纯水泥，若烧失量变大，则说明粉煤灰的掺加能起到改善水化程度的作用。

2.2 粉煤灰水泥混凝土势能化

混凝土成长分为新拌、硬化以及使用三个主要阶段，不同阶段中粉煤灰有不同作用，包括塑化、固化和免疫抗侵作用。其作用本质上是粉煤灰潜在能量的转换，以提升混凝土性能。塑化势能主要取决于流体的塑性，固化势能以力学强度衡量，而免疫势能则通过耐久性指标体现。粉煤灰的三种势能变化值反映了其潜能交换效应。根据我国规范，粉煤灰在水泥混凝土中的技术指标包括塑化势、固化势和免疫势，分别用Pm、Sm 和Dm 表示。Pm 与粉煤灰质量和掺量相关， 和 Dm 分别在特 量砂浆抗压强度和耐久性指标。Cm 是粉煤灰势能的协同特征分量，反映了 Pm 和 Sm 的综合效应。粉煤灰质量等级的势能化显示， 不同等级粉煤灰的掺量范围不同 I 级粉煤灰掺量过多或过少均可能降低势能，不同等级和不同掺入质量系数的粉煤灰的 Pm 和 Cm 值如表 1 所示。 根据掺入不同剂量的粉煤灰和减水剂时水泥砂浆的Pm 和Cm 值（表2），随着减水剂的加入，粉煤灰水泥混凝土的Cm 势能有增加趋势，但需相应增加减水剂剂量以达到预期效果。

表1 不同等级和不同掺入质量系数的粉煤灰的Pm 和Cm 值

表2​​掺入不同剂量的粉煤灰和减水剂时水泥砂浆的Pm 和Cm 值

2.3 水泥混凝土路面使用粉煤灰掺量控制原则

按照现行相关技术规范提出的要求，在技术等级较高的公路工程中，水泥混凝土路面粉煤灰极限掺量依水泥种类而定：当采用P·O 型普通水泥时，粉煤灰极限掺量不能超过15% ；当采用P·I 型硅酸盐水泥时，粉煤灰极限掺量不能超过25% ；当采用P·II 型硅酸盐水泥时，粉煤灰极限掺量不能超过 30%。掺量限制旨在确保水泥和粉煤灰完全水化，满足路面施工完成后抗冲刷性能、耐磨性能以及耐疲劳性能等各项基本要求。以II 级粉煤灰为例，其掺量和混凝土抗压强度之间的关系如图1 所示。

3 粉煤灰水泥混凝土路面施工注意事项

3.1 施工准备

水泥混凝土路面施工方式多样，主要采用机械施工，辅以人工，通过引入特殊工艺可提高混凝土平整度。粉煤灰水泥混凝土路面施工前需做好技术、设备、材料和工作面准备。技术准备包括熟悉工程设计文件并进行施组编制、校对控制桩、校验测量仪器、配置试验检测设备、对原材料进行调查和试验分析。设备准备包括配备必需施工机具设备、检修设备、检查模板及支架。材料准备包括集料分级堆放、不同标号水泥分别堆放。工作面准备包括对下承层进行检查验收、放样并立模板等。

3.2 混凝土拌和

使用强制式混凝土拌和机进行混凝土拌和，采用电子计量。拌和机械现场配置以工程量与施工进度等要求为依据确定，并配备备用设备。生产前需进行调试，确认满足要求后才可以进行拌和。拌和应遵循干硬性混凝土规范，根据试验室提供的配合比调整进行生产。配料误差：水 ±1.0%，粗细集料 ±3.0%，水泥粉煤灰 ±2.0%。上料按照先砂、再水泥、后粉煤灰与最后碎石的顺序进行，边搅拌边加水。拌和时间不少于 90s 且不超过 120s，使拌和后的混凝土颜色保持均匀，并有良好和易性。拌制完成的混凝土借助自卸车或专门的运输车进行运输，自卸车运输距离不宜超过5km，运输道路需平坦，必要时车辆应覆盖。

3.3 粉煤灰水泥混凝土摊铺和振捣

摊铺应先独立仓后填档。若面层厚度达到 25cm 以上，则需分两层摊铺，下层占总厚度 3/5。在分层摊铺过程中，上、下两层应错开至少 5m，便于振捣及粘结。摊铺后迅速振捣，使用 2.2kW平板式和 1.5kW插入式振捣器。先用插入式振捣器振捣边缘及角隅，控制15s＼～20s，直至不再下沉。平板振捣器移动间距不超过作用半径 1.5 倍，至模板边缘不超过 0.5 倍，避免碰撞模板、钢筋和传力杆。平板振捣器纵横振捣时重叠 10cm＼～20cm。插入式振捣器拔出要缓慢，避免气泡。平板振捣器不得拖振。振捣对混凝土性能有重要作用，必须重视振捣质量控制，关键在于控制振捣时间。

3.4 粉煤灰水泥混凝土路面整平、提浆、

振捣后，用特制工具整平、提浆和揉浆。整平通过双排钢管行夯震动混凝土表面实现。钢管行夯由两根无缝钢管和中部震动器组成，超出混凝土板宽度60cm。钢管行夯作业时，用镀锌铁皮保护已完工路面。行夯振动找平后，补料检查平整度，满足要求后提浆。提浆使用条夯工具，确保表面乳浆厚度 5mm。揉浆用滚杠，由无缝钢管制成，两端安装轴承和把手。两人协作提拉滚杠在混凝土表面揉搓，提高乳浆均匀性和和易性，同时完成整平。揉浆后用滚杠刮平混凝土表面，达到最佳平整度。

3.5 粉煤灰水泥混凝土路面做面与拉毛

采用木抹和铁抹工艺，揉压混凝土表面，消除施工痕迹，最终达到光滑效果。拉毛使用毛刷工具，由木板和尼龙棒组成，根据混凝土硬度调整拉毛时间，确保纹理清晰。毛刷顺着铝合金尺运动，形成宏观和微观纹理，既排除积水又提供摩擦力，保证行车安全。这种成本低廉、效果理想的方法已在混凝土路面施工中广泛应用。

3.6 粉煤灰水泥混凝土路面纵横缝

纵缝形式为平缝与拉杆相结合，设孔立模后浇筑下层混凝土，随即设置拉杆，然后浇筑上层，在振捣的同时对拉杆位置进行适当调整。完成后立即涂刷热沥青，减少水份散失，避免粘结。缩缝用锯缝方式，待混凝土强度不低于 10MPa 时借助金刚石锯片进行切割，缝深按板厚 1/3＼～1/4 控制，缝宽一般为 3mm。切缝时机过早或过迟都会影响质量，可用红砖块刻划判断时机。胀缝设于结构物和弯道起终点，采用2cm 宽平缝，横向布设，下部设置胀缝板，上部用填料灌入。施工后用 7mm 厚金刚石锯片扩缝，深度 3cm，以形成规则分布的板块。填缝材料以橡胶沥青密封防水胶为宜，灌缝时混凝土需干燥，无杂物，28d 后进行，深度3cm，料略低于混凝土表面2mm＼～3mm。

3.7 粉煤灰水泥混凝土路面养生

养生是确保混凝土在规定期限内保持适当湿度和温度，以达到理想性能的过程。混凝土的强度、耐久性等关键特性在浇筑后的初期尤为重要，尤其是前 24h。因此，必须合理安排养生工作。养生过程中的湿度控制通常通过洒水、喷洒养生剂或蒸汽养生实现，其中洒水是最常用的方法。为了减少水分蒸发，通常会覆盖麻袋或人造毛皮进行保湿，后者因其可重复使用和良好的保湿效果正逐渐取代麻袋。

综上所述，粉煤灰的掺加对保证水泥混凝土强度和减少水化放热进而防止裂缝的产生有重要作用，做好粉煤灰掺量的确定与控制是保证粉煤灰掺加发挥出预期作用效果的关键，因此必须引起相关人员的高度重视，此外还需掌握粉煤灰水泥混凝土路面施工要点及注意事项，以此从根本上保证粉煤灰水泥混凝土路面施工质量。

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