流态粉煤灰稠度的影响因素分析

流态粉煤灰稠度的影响因素分析

    我国早期高速公路许多已不能满足交通量日益增长的需要了，需要拓宽改建以适应交通量不断增长的需要。对于高速公路拓宽工程而言，由于旧路路基及其地基已经经过的多年的压缩沉降，而拓宽部分的新建路基及其地基必然不如原因部分稳定，如何控制和减小高速公路拓宽工程中新旧路基的沉降差异是保证路基稳定和高速公路质量的前提和基础。由于旧路部分基本上已经稳定，如何减小拓宽部分的沉降变形是控制新旧路基沉降差异的根本，尤其是在软土地基上修建的高速公路。一般而言，采用轻质材料填筑高速公路加宽部分路基，可以有效降低新建部分地基的附加应力，减小地基沉降，进而降低新旧路基之间的沉降差异。同时，高速公路拓宽过程中，会遇到许多加宽宽度较小而加宽高度较大，或者高速公路外侧有不宜受到侵扰的结构物，使得加宽部分路基的压实无法采用大型机械作业、难以保证压实质量的问题。

    流态粉煤灰是一种由水泥、粉煤灰、水和外加剂混合而成的免压实、自成型浇筑型轻质材料，这种材料特别适用于施工作业面受限、大型机械无法操作的施工困难和桥头路段，近年来，得到了比较广泛的应用。张领先等人通过正交试验，分析了不同配合比对流态粉煤灰材料抗压强度的影响。重庆交通大学的刘强通过试验，研究了高流态粉煤灰回填路基三背关键技术。杨春风等人通过有限元分析，计算分析了流态粉煤灰填筑桥头路堤的受力与变形机理，以及其预防桥头跳车现象的作用。对于流态粉煤灰而言，其典型的技术特征是自成型、免压实，因此，在保证及基础性能满足规范要求的前提下，如何合理确定其施工和易性需要特别深入的研究，文中将详细探讨适用高速公路拓宽工程的流态粉煤灰最佳稠度，以及稠度的影响因素与作用规律。

   （1）粉煤灰。本次试验采用天津军粮城热电厂的粉煤灰作为实验原料，粉煤灰的比表面积为2950cm2/g，其主要成分试验结果如表1所示。试验用粉煤灰的性质完全满足相关规范的要求。

表1  粗集料的主要力学性质

   （2）水泥。采用P.O.32.5普硅水泥，初凝时间为2.1h，终凝时间为4.3h，安定性与强度均满足要求。

   （3）采用高效羧酸减水剂，水为自来水。

   （1）试验方法。流态粉煤灰施工和易性主要用稠度表示，文中采用水泥砂浆稠度仪对流态粉煤灰的稠度进行测量，即：在既定配合比情况下，通过改变含水量、外加剂数量等因素来考察流态粉煤灰稠度的影响因素及其规律。同时，本为中采用的所有配合比情况下的流态粉煤灰材料强度均满足高速公路拓宽工程中路基材料的强度设计要求。

   （2）含水量对流态粉煤灰稠度的影响。显而易见，对于流态粉煤灰材料而言，其施工和易性的最主要影响因素是含水量，稠度值会随含水量的增大而增加，但过大的含水量会引起流态粉煤灰材料收缩系数过大，易产生成型后的干缩开裂，因此，需科学的确定流态粉煤灰含水量范围，以确保材料的特性。在前期试验基础上，选定流态粉煤灰材料配合比为水泥：粉煤灰=8：92，减水剂掺量为水泥含量的1%，不同含水量情况下流态粉煤灰的稠度试验结果如表2所示。

根据表2中的数据，绘出流态粉煤灰稠度随含水量的变化曲线如图2所示。

    从表2和图1可以看出，流态粉煤灰的稠度值随含水量的增大而增加，两者近似具有线性关系。根据工地施工校验，当稠度值小于11时，施工和易性较差，流动性不足；而当稠度14时，干缩试验表明其干缩系数较大，后期流态粉煤灰路基的干缩裂缝较为严重，因此，流态粉煤灰的稠度应控制在11～14之间，相应的含水量应控制在37%～47%。

表2  流态粉煤灰稠度随含水量的变化

    （3）减水剂掺量对流态粉煤灰稠度的影响。减水剂是一种在不增加含水量的情况下增加流态粉煤灰施工和易性的一种外加剂，不同减水剂掺量时，流态粉煤灰稠度的变化曲线如图2 所示。

从图3的试验结果可以看出，外加剂的作用可以在相同含水量的情况下明显提高混合料的流动性。在减水剂从0%～1.5%时，流态粉煤灰的稠度增加迅速，而减水剂超过1.5%之后，稠度依然增加，但是提高的速率有所下降，其它配合比的流态粉煤灰材料的稠度与外加剂掺入量具有类似的规律。因此，在流态粉煤灰混合料的配合比设计中，减水剂的掺入量不宜大于1.5%，以取1.0%为宜。

   （4）水泥含量对流态粉煤灰稠度的影响。水泥含量对与流态粉煤灰材料的强度形成具有巨大影响，水泥掺量过低会使混合料强度不足，而水泥掺量过大会影响到工程的经济性，类似水泥含量对流态粉煤灰强度影响的研究较多，而对于水泥含量对流态粉煤灰稠度的影响研究很少。不同水泥含量对流态粉煤灰稠度的影响如图3所示（含水量均取40%）。

    从图3的试验结果可知，流态粉煤灰的稠度随着水泥含量的提高而增大，当不掺加减水剂的时候，稠度随着水泥含量的增加变化很小，水泥含量从4%提高到12%，稠度值仅提高了0.5cm，这主要是由于粉煤灰是一种中空球形结构，在拌合初期，水泥的水化反应尚未开展，粉煤灰比水泥更能储水的缘故。而掺入减水剂之后，由于减水剂的掺量是根据水泥质量的1%确定的，减水剂对稠度的影响巨大，水泥产量提高时，混合料中的减水剂成分增加，稠度值相应提高。掺入1%的减水剂后，水泥含量从4%提高到12%，稠度值提高了14.8%。因此，为提高流态粉煤灰强度而增加水泥含量时，流态粉煤灰的施工和易性不受影响。

图1  稠度随含水量的变化曲线

图2  稠度随减水剂的变化曲线

图3  水泥含量对稠度的影响

   （1）含水量对稠度具有显著的影响，流态粉煤灰的稠度随着含水量的增加而增大。

   （2）综合考虑到施工和易性和干缩特性等多方面的因素，流态粉煤灰的稠度应控制在11～14之间，相应的含水量应控制在37%～47%。

   （3）在减水剂从0.0%～1.5%时，流态粉煤灰的稠度增加迅速，而减水剂超过1.5%之后，稠度依然增加，但是提高的速率有所下降，减水剂的掺入量不宜大于1.5%，以取1.0%为宜。

   （4）流态粉煤灰稠度随水泥含量提高而增大，尤其是在掺加减水剂情况下；掺入1%的减水剂后，水泥含量从4%提高到12%，稠度值提高了14.8%。

来源：闫利峰、路旭。《流态粉煤灰稠度的影响因素分析》