脱硫石膏-粉煤灰道路混凝土配制及开裂敏感性研究.pdf

第 3 6卷 ， 第 6期 2 0 1 1年 1 2月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 6，No 6 De c， 2 0 1 1 脱硫石膏一 粉煤灰道路混凝土配制及开裂敏感性研究 王盛铭 ，陈瑜 ( 长 沙理工大学 交通运输工程学院 ， 湖南 长沙4 1 0 1 1 4 ) 摘要 利用脱硫石膏对粉煤灰活性 S i O ： 、 A 1 ： O ， 激发效应 ， 掺 人脱硫石膏一 粉煤灰 2 0 一4 0 ， 其 中脱硫石 膏： 粉煤灰 ：1： 2 ， 制备道路 混凝 土。通过试验研究该混凝土主要技术 性能 ， 结果表 明 ， 该 混凝 土施 工工作性 良好 、 2 8 d抗压强度均达到或大于 c 、 抗折强度优 良， 随着脱硫 石膏一粉煤灰 掺量增 加 ， 混凝 土主要技术 性能呈先增 大 后 减小 的趋势 。改进 的自创平板加速开裂实验结果表明 ， 粉煤灰微骨料支撑作用及脱硫石膏微膨胀性能共 同赋予 混凝土优异 的抗裂性 ， 未 出现 肉眼可见裂纹。综 合试 验结果 ， 推荐脱硫 石膏一粉煤灰掺量 为 2 0 3 0 。 关键词脱硫石膏 ； 粉煤灰 ；道路混凝 土 ； 开裂敏感性 中图分类号U 4 1 4 1 文献标识码 A 【 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 1 4 4 0 5 S t u d y o n Cr a c k i n g s e n s i t i v i t y a n d p r e p a r a t i o n o f h i g h wa y c o n c r e t e wi t h Fl u e Ga s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m a n d Fl y As h W ANG S h e n g mi n g，CHEN Yu ( S c h o o l o f T r a f f i c a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ， C h a n g s h a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，C h a n g s h a ，Hu - n a n 4 1 0 1 1 4， C h i n a ) A b s t r a c t U s i n g o f fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m p r i m i n g e f f e c t t o fl y a s h a c t i v i t y S i O 2 ， A 1 2 O 3 ， h i g hwa y c o n c r e t e wa s p r o d u c e d b y b l e n d i n g flu e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y ps u m a n d fly a s h， flu e g a s d e s u ff u- r i z a t i o n g y ps u m fly a s h r e p l a c i n g 2 04 0e q u i v a l e n t c e me n t 。 flu e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y ps u m ：fly a s h =1：2 Th e c o n c r e t e ma i n t e c h n i c a l p e r f o r ma n c e s we r e t e s t e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e d t ha t t h i s c o n c r e t e wa s e x c e l l e n t i n wo r ka b i l i t y a n d r u p t u r e s t r e n g t h， 28 d c o mpr e s s i v e s t r e n g t h wa s r e a c hi n g o r g r e a t e r t h a n C3 5 Th e fla t p l a t e t e s t d e s i g n e d a n d i mp r o v e d b y a u t h o r s i n d i c a t e d t h a t c o n c r e t e e a r l y c r a c ki n g r e s i s t a n c e， b e s t o we d b y t h e fly a s h mi c r o a g g r e g a t e s u p p o r t f u nc t i o n a n d f l ue g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m mi c r o e x p a n s i o n p e rfo r ma n c e，wa s be t t e r t h a n o r d i n a r y c o n c r e t e， c r a c ks we r e no t b e f o u n dCo n s i d e r i n g t he a b o v e r e s u l t s ，flu e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y ps um a n d fly a s h r e p l a c i n g 2 03 0c e me n t i s r e c o mme n de d Ke y wo r d s fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m； fl y a s h ； h i g h w a y c o n c r e t e ； c r a c k i n g s e n s i t i v i t y 1 概 述 脱硫石膏( fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m， F G D) 和粉煤灰( fl y a s h ， F A) 是燃煤电厂两大工业 固体废 渣 ， 工业 固体废 渣 的排 放 和 堆 存 ， 占用 大 量 土地 ， 并 对地下水及水源造成严重污染 。粉煤灰呈玻璃 微珠形态， 具有密实填充和减水效应 ， 是一种水硬性 活性矿物掺合料， 在混凝土 中掺人一定量粉煤灰配 制粉煤灰混凝土 ， 能够取代部分水泥、 改善混凝土拌 合物工作性、 减缓水化放热、 提高混凝土后期强度、 抗渗性和耐久性 。另外 ， 电厂为 了控制二氧化 硫排放而产生大量脱硫石膏， 预计 2 0 1 1年末 ， 全 国 年脱硫石膏排放量将达六千万吨， 成为继粉煤灰后 燃 煤 电厂排 放的 又一 工 业 废渣 ， 目前 在 国 内脱 硫 石 膏利用效率低 ， 将其用于混凝土制备研究甚少 ， 寻求 解决之道迫在眉睫。 硫酸盐能较好激发粉煤灰活性 。 ， 激发机理 主要是 S O j 一与夹杂在粉煤灰表面的凝胶及溶解于 液相中的 A l O ；及 C a ( O H) 反应生成水化硫铝酸 钙 A F t ， 体积膨胀导致被 C s H包裹 的粉煤灰重新 露出表面继续反应生成钙矾石， 更好的激发了粉煤 灰活性 。利用脱硫 石膏对粉煤灰 活性 S i O ： 、 A 1 O 硫酸盐激发效应 “ ， 脱硫石膏 ， 粉煤灰共 同用于 道路混凝土的制备 ， 更好的改善了混凝土脆性 、 抗裂 收稿 日期2 0 1 1 0 4 2 5 作者简介王盛铭( 1 9 8 8 一) ， 男 ， 福建 三明人 ， 硕士研究生， 主要研究方向为工业固体废料再生循环利用 、 道路新材料研究 与开发 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 王盛铭 ， 等 ： 脱硫 石膏一 粉煤灰道路 混凝 土配制及 开裂 敏感性研究 1 4 7 试件 首次开裂时间 h 平 均开裂 面积 m m 单位 面积开裂条数 ( 条 11 1 ) 单位面积总开裂面积 ( h i m n 1 ) 开裂等级 F A能有效抑制混凝 土开裂 ， 开裂敏感性大幅降低 ， 完全满足道路混凝土抗裂性要求。本研究发现掺人 F G D F A能降低混凝 土早期开裂敏感性 ， 主要有 以 下 几个 原 因 ： a 一定量 F A取代水 泥， 有效 降低水泥水化过 程中的放热 ， 减少温度差引起的体积变形 ， 形成的微 骨架能有效锁住水分 ， 降低结构表面水分蒸发速率。 b F A具有微骨料支 撑作 用 ， F G D有一定 的体 积微膨胀性能， 抑制和弥补 了混凝土早期体积收缩， 共同赋予混凝土优异的抗裂性。水泥基混凝土早期 干收缩及 自收缩较大 ， 易导致早期开裂 ， 影响后期强 度及 耐久 性 。 c F G D - F A的掺人 ， 增大了水化早期有效水灰 比， 参与水化的水分减小 ， 在与外界无物质交换条件 下 ， 自由水分相对增多 ， 缓解表面毛细管压力 ， 混凝 土 自干燥减弱， 自收缩变形降低 ， 减小塑性收缩应力 引发 的表 面 开裂 。 3 0 。 改进的 自创平板加速开裂试验结果表明， F A 微骨料支撑作用及 F G D微膨胀性 能共 同赋予混凝 土优异的抗裂性。观测 期 内并未 出现 肉眼可见裂 纹 ， 开裂敏感性很低 ， 满足道路混凝土抗裂性要求 ； 同时 F G D- F A混凝土在现场试验路段运用发现， 拆 模后路面混凝土表面平整 ， 无 肉眼可见裂纹及短板 。 F G D F A混凝土在 常德桃花源至花岩溪旅 游公路改建工程试验路段施工现场制备及铺筑。施 工过程中当地气温突降， 温差 幅度超过 l 5， 因此 对混凝土早期抗裂性 能要求更高， 在施工过程 中发 现 ， 混凝土拌合物未 出现分层 、 泌水现象 ， 工作性能 良好。铺设完成 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d分别对试验路段质 量 回访 ， 未发现肉眼可见病害， 表面耐磨抗滑性能优 异 ， 技术、 经济及环保效益显著。 4结语 F G D- F A掺量为 2 0 一 4 0 时， 混凝土拌合L 2 J 物坍落度在 2 5 5 0 mm之间， 随着 F G D F A掺量提 高 ， 混凝土流动性有提高趋势 ， 工作性能 良好 ， 未出 一 现泌 水 ， 离析 现象 ； r 4 1 随着 F G D F A掺人量增 加， 7 d抗折抗 压强 度都有不同程度降低 ， 脱硫石膏“ 析 晶” 作用及粉煤 5 灰形态效应 ， 共 同增强了混凝土早期强度 ， F G D F A 掺量 2 0 3 0 试件组抗 折抗压大于 同龄期基 准 o J 混凝土强度 ； 2 8 d标准养护 ， F G D F A掺合料的二次 水化反应 ， 后期强 度增大 明显， 强度 均达到或超 过 C ， ， ； 掺入 F G D F A， 混凝土折压 比稍有增：大， 抗拉弯 性能得到提高 ， 脆性降低 水胶 比及 F G D F A掺入 比例相同， 水泥用量越大 ， 各龄期力学性能也越好。 该混凝土各力学性能 随 F G D F A掺量增大呈先增 大后减小趋 势， 推荐 F G D F A最 佳掺 量为 2 0 一 8 参考文献 王方群 ， 原永涛 ， 齐立强脱硫 石膏性能及其综合利 用 J 粉 煤灰综合利用 ， 2 0 0 4， ( 1 ) ： 4 1 4 4 杨南如 水泥工业应用工业废渣价值观的演变 J 水泥技术 ， 2 0 0 5， ( 2 ) 2 1 2 2 高英力超细粉煤灰高性 能公路 路面水泥混 凝土早期收缩 变 形 及抗裂性研究 D 长沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 5 冯 乃谦 高性 能混凝 土 M 北京 ： 中 国建 筑工业 出版 社 ， 1 9 9 6 汪冬冬 ， 周士琼 ， 李俊 ， 等 粉煤灰高性能混凝土力 学性 能影 响 因素试验研究 J 商品混凝土 ， 2 0 0 5 ， ( 6 ) P o o n C S ， Q i a o x C， L i n Z S E f f e c t s o f fl u e g a s d e s u l p h u r i z a t i o n s l u d g e o n t h e p o z z o l a n i c r e a c t i o n o f r e j e c t - fl y - a s h b l e n d e d c e me n t p a s t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 4， 3 4 ， ( 1 0) ： 1 9 0 71 9 1 8 P o o n C S ， Q i a o x c ， C h e s s m a n C R F e a s i b i l i t y o f u s i n g r e j e c t fl y a s h i n c e me n t b a s e d s t a b i l i z a t i 0 n s o l i d i 6 c a t i 0 n p r o c e s s e s J E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g S c i e n c e ， 2 0 0 6 ， 2 3， ( 1 ) ： 1 4 2 3 Q i a o X C， P o o n C S ， C h e s s m a n C R U s e o f fl u e g a s d e s u 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 公路工程 3 6 卷 ( 上接第 1 3 7页) 下混合料的疲劳破坏过程 ， 疲劳次数指标是材料抗 疲劳性与抗裂性的综合反映。 4 结论 沥青混合料的应变能密度临界值指标是临 界弯拉强度和弯拉应变这 2个指标 的综合， 相对于 单独以强度或应变为指标更加科学 。 预切 口小梁疲劳试验综合评价 了 I型和 I +复合型受荷模式下裂纹的发展 ， 两种模式的试 验均证明不同沥青混合料 的疲劳次数差异显著 ， 因 此疲劳次数可作为沥青混 合料抗裂性能 的评 价指 标 。 I型和 I+复合型受荷模式下的沥青混合料 力学行为的差异还需进一步的研究。 虽然 中点切 口与偏分点切 口模拟的为不 同 受荷模式 ， 然而最终 的破坏形式均为 I 型裂纹扩展 模式 ， 证明了 I 型模式是导致路面开裂的主要形式。 参考文献 1 沈金安 沥青 与沥青混合 料路用性 能 M 北京 ： 人 民交通 出 版 设 ， 2 0 0 6 2 詹 海玲 半 刚性 基层沥青路 面反射裂缝综 合防治 J 公路工 程 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 1 ) ： 1 2 21 2 3 3 刘 熠宇， 廖卫 东 S T R A T A应 力吸收层系统性 能验证研 究及其 应用 J 中南公路工程 ， 2 0 0 7 ， 3 2( 3 ) ： 1 8 01 8 8 4 曹 丽萍 ， 袁 峻 ， 孙立 军， 等 福塔 纤维沥青 混凝土性 能研 究 J 中南公路工程 ， 2 0 0 6 ， 3 1 ( 4 ) ： 3 3 3 6 5 吴志 勇 缓裂沥青混合料设计 研究 D 长沙 ： 长沙理工 大学 ， 2 0 0 8 6 Ho l e wi n s k i ， J M ， S S o o n， A Dr e s c h e r ， a n d H S t o l a r s k i I n v e s t i g a t i on o f F a c t o r s Re l a t e d t o Su r f a c e I n i t i a t e d Cr a c k s i n F l e x i bl e P av e men t s Re p o MNRC 一20 03 0 7， Mn D0T 2 0 0 3 7 沈成康 断裂力学 M 上海 ： 同济大学 出版社 ， 1 9 9 6 8 郑健龙 ， 周志刚， 张起森 沥青路面抗裂设计理论 与方法 M 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 3 9 罗辉 ， 朱 宏平 ， 陈传 尧 预切 口混 合料 小梁 疲 劳试 验研 究 J 华 中科技大学学报 ： 城市科学 版， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 1 ) ： 4 75 0 1 0 葛折圣， 黄晓明， 徐 国光 用弯曲应变能方法评 价沥青混合料 的低温抗裂性 能 J 东南大学学报 ： 自然科版 ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 4 ) ： 6 5 36 5 5 ( 上 接 第 1 4 3页 ) 4 结语 试验室对 A C 一 2 0 H MA热拌沥青混合料 、 S B S改 性沥青混合料与 S E A M WMA 3种沥青混合料 进行 了车辙试验 、 弯曲试验和冻融劈裂试验 ， 分别评价混 合料的高温稳定性、 低温抗裂性 能和水稳定性。试 验结 果显 示 ： S E A M WM A高温稳定 性明提高显著 ， 低温 性能与普通热拌沥青混合料接近 ， 水稳定性能有所 降低 ， 但掺加抗 剥落剂可 以改善 S E A M WM A的水 稳定性能。总体上 S E A M WMA使用性能基本介 于 普通热拌沥青混合料和改性沥青混合料之间。 S E A M WMA适宜用在沥青 路面的 中、 下 面 层， 相对热拌沥青t 昆 合料 ， 沥青用量减少 2 0 ， 拌 和 与压实温度降低， 能耗与 C O 等气体及粉尘排放量 减少， 经济效益和社会效益显著。 参考文献 左锋 ， 叶奋 国外温拌沥青混合料技术与性能评价 J 中 外公路 ， 2 0 0 7 ， 2 7 ， ( 6 ) ：1 6 41 6 8 夏漾 ， 曾梦澜， 朱沅峰 ， 等 掺 S a s o b i t 温拌沥青混合 料路 用性 能试验研究 J 公路工程 ， 2 0 0 9， 3 4 ， ( 2 ) ： 2 2 2 5 王春明 ， 郑志超， 李平 S E A M沥青混合料与普通沥青混 合料 使用性 能分析 J 北 京建筑工程学 院学报 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ， ( 4) ： 1 8 2 3 鲁正兰 ， 孙立军 ， 周朝 晖 高性 能 S E A M 改性 沥 青混合料 设计 及其性能石油学 报( 石油加工) ， 2 0 0 5 ， 2 1 ， ( 5 ) ： 7 37 8 J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范 S J T J 0 5 2 2 0 0 0 ， 公路工程沥青及沥青混合科试验规程 S j ； l 2 3 4 5 6 二J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m