掺入粉煤灰的碱激发胶凝材料路用性能研究.pdf
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1、-44-掺入粉煤灰的碱激发胶凝材料路用性能研究赵 阳(保定交通建设监理咨询有限公司,河北 保定 071000)摘要:为了提高农村水泥路面修复的效果,提出一种掺入粉煤灰的碱激发胶凝材料用于路面修复。对碱激发胶凝材料的特性进行分析,试验研究碱当量、激发剂、胶凝材料体系的变化对粉煤灰碱激发胶凝材料路用性能的影响。结果表明:碱当量的增加可以加速激发粉煤灰;氢氧化钙硫酸钠复合时激发的效果最优;矿粉活性可以明显改善碱激发胶凝材料的力学性能。说明采用粉煤灰掺量的碱激发胶凝材料具有可替代水泥作为混凝土路面修复材料的理论可行性。关键词:水泥混凝土路面;碱当量;激发剂;粉煤灰;路用性能中图分类号:U415文献标识
2、码:AResearch on road performance of alkali-activated cementitious materials mixed with fly ashZHAO Yang(Baoding Traffic Construction Supervision Consulting Co.,Ltd.,Hebei Baoding 071000 China)Abstract:Inordertoimprovetheeffectofruralcementpavementrepair,analkali-activatedcementitiousmaterialmixedwith
3、flyashisproposedforpavementrepair.Thecharacteristicsofalkali-activatedcementitiousmaterialsareanalyzed,andtheinfluenceofalkaliequivalent,activatorandcementitiousmaterialsystemontheroadperformanceofflyashalkali-activatedcementitiousmaterialsisstudiedexperimentally.Theresultsshowthattheincreaseofalkal
4、iequivalentcanacceleratetheexcitationofflyash.Whencalciumhydroxide+sodiumsulfatecompound,theexcitationeffectisthebest.Theactivityofmineralpowdercanobviouslyimprovethemechanicalpropertiesofalkali-activatedcementitiousmaterials.Itshowsthatthealkali-activatedcementitiousmaterialwithflyashcontentcanrepl
5、acecementasthe theoreticalfeasibilityofconcretepavementrepairmaterial.Key words:cementconcretepavement;alkaliequivalent;excitingagent;flyash;roadperformance0 引言为了保障人民出行安全,各地对农村公路的新建和改建投入了大量费用。农村公路中水泥混凝土路面占有比例近60%。目前,在修复水泥混凝土路面病害时使用的材料大多为水泥修复材料,主要特性为早期强度低、刚性大且在重载条件下容易被破坏,同时水泥的生产会消耗大量天然资源,排放大量CO2,使温室效
6、应加剧,不利于人类的可持续发展1。随着我国工业的快速发展,产生了大量的工业固体废弃物,如粉煤灰、矿渣、煤矸石等,而这些废弃物的堆放对自然环境造成了破坏。因此,充分利用粉煤灰进行碱激发胶凝材料并用于水泥混凝土路面修复中,具有重要意义。1 碱激发胶凝材料的特性碱激发胶凝材料是一种可大量利用工业固体废弃物且免煅烧的材料,是将具有潜在活性的原料(矿渣、粉煤灰、煤矸石、钢渣等)在碱性激发剂作用下生成的具有胶凝特性的绿色材料,使用这些材料可以大幅降低碳排放。大量学者对此展开了研究,张中坤2研究发现碱激发胶凝材料相较于硅酸盐水泥,其在生产过程中CO2排放量减少40%50%,在混凝土病害修复养护中具有可替代传
7、统硅酸盐水泥的潜力。在碱激发胶凝材料的研究过程中发现粉煤灰可以作为主要原料。粉煤灰是煤粉在温度为13001500中燃烧、冷却而形成的球体,表面光滑,并含有一定的活性成分。居辰轩等3研究发现,在碱激发胶凝材料中增加粉煤灰的掺量,材料的力学性能会降低。刘龙等4研究了粉煤灰颗粒在胶凝体系中的反应特性,3d内粉煤灰主要起到填充作用,且掺粉煤灰试样的力学性能在56d内有持续增长趋收稿日期:2022-07-10作者简介:赵阳(1988),男,河北定州人,工程师。2023 年第 4 期山东交通科技-45-势,粉煤灰在胶凝体系中具有缓慢持续反应的特点,这是粉煤灰的活性较低所致。近年来,研究发现将磷石膏引入碱激
8、发粉煤灰中,一方面可以改善材料的力学性能,另一方面磷石膏的资源化利用对解决环境污染、发展循环经济和有效利用资源具有重要的现实意义。何玉鑫5利用矿渣、磷石膏和水泥混合制备磷石膏基胶凝材料,发现当激发剂掺量为3%时,在20(湿度70%)的环境中养护28d试样的抗压强度和抗折强度分别较未掺激发剂时提高了89.6%和73.2%。由此可见,将磷石膏引入碱激发粉煤灰胶凝材料中已成为研究的热点。2 原材料与试样制备2.1 原材料本试验拟采用低活性粉煤灰或高活性粉煤灰,首先对两种粉煤灰的活性进行测试,结果见表1。水玻璃模数为2.5,水玻璃的化学组成见表2。矿粉采用S95矿粉,磷石膏主要成分为半水石膏,试验材料
9、的化学组成见表3。表 1 粉煤灰的活性检测类型28 d 粉煤灰活性指数/%低活性粉煤灰59高活性粉煤灰70表 2 水玻璃的化学组成化学组成水/%氯化钠/%二氧化硅/%模数含量66.069.8924.052.5表 3 试验材料的化学组成化学组成磷石膏/%高活性粉煤灰/%低活性粉煤灰/%SiO26.73050.39038.48Al2O32.90027.49013.29CaO42.6704.47023.35MgO0.1790.9530.99Na2O0.1471.4100.13K2O0.2492.0301.24P2O52.1100.3570.06Fe2O31.1308.47011.00TiO20.20
10、82.9201.25SO343.0401.1609.85F0.203其他0.4340.3500.36低活性粉煤灰主要含有SiO2、CaSO4、CaCO3、水钙沸石、托贝莫来石等晶体。高活性粉煤灰主要含有SiO2、珍珠云母、水钙沸石、水化铝酸钙等晶体,无托贝莫来石和CaCO3晶体。低活性粉煤灰属于高钙粉煤灰,因常年与水分、二氧化碳接触而生成C-S-H、碳酸盐类、水化铝酸盐等水化产物,活性较低6-7。决定采用高活性的粉煤灰进行配置。2.2 试样制备按照 水泥胶砂强度检测方法(ISO 法)(GB/T176712021)制备试样。在常温环境中静置24h后脱模,在90的环境中湿热养护24h,然后采取标准
11、养护,测定试样的抗折和抗压强度9。将水玻璃模数调整至1.5,基准配合比见表4。表 4 基准配合比胶凝材料/%水胶比碱当量/%水玻璃模数1000.4541.53 试验结果3.1 碱当量对碱激发粉煤灰力学性能的影响将碱当量设置为4%、6%、8%、10%;水胶比为0.45,砂胶比为3,胶凝材料选用高活性粉煤灰,碱当量对碱激发高活性粉煤灰性能的影响试验结果见表5。表 5 碱当量对碱激发高活性粉煤灰性能的影响试验结果试验编号碱当量/%硬化状况7 d 强度/MPa28 d 强度/MPa抗折抗压抗折抗压X-141 d 凝结硬化0.8X-261 d 凝结硬化1.78.81.88.7X-381 d 终凝未硬化2
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