氧化铝含量对水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度的影响

    

    

    

    摘 要：本论文主要研究粉煤灰中氧化铝含量在34.72%至44.75%之间时，粉煤灰中氧化铝含量对水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度的影响。通过无侧限抗压强度试验，分析比较了不同氧化铝含量不同龄期的水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度。结果表明：粉煤灰中氧化铝含量在34.72%至44.75%之间，随着粉煤灰中氧化铝含量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石材料在相同龄期下无侧限抗压强度呈现正增长：随着龄期的增长，水泥粉煤灰稳定碎石基层材料无侧限抗压强度会随着粉煤灰中氧化铝含量的提高呈现正增长;通过深度分析，水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度与粉煤灰中氧化铝的含量以及龄期都存在相关性。

    关键词：氧化铝;无侧限抗压强度;水泥粉煤灰稳定碎石

    1 绪论

    据统计，中国火电厂粉煤灰成分中，氧化硅平均含量为50.6%，氧化铝平均含量为27.1%，氧化铁平均含量为7.1%，氧化钙平均含量3.5%。在粉煤灰中，其氧化铝的含量上下浮动最大，含量从10%至50%以上都存在。因此，研究氧化铝含量对粉煤灰的影响，可以更充分地了解粉煤灰的性质，对今后粉煤灰在道路基层中的使用提出参考价值。也对环保方面的问题以及氧化铝提纯工艺提供帮助。粉煤灰蕴藏量丰富，成本低廉，外掺粉煤灰可以提高水泥稳定类材料的路用性能，掺入后使得材料具有后期强度高、整体性能好的特点。但是实际应用中，根據以往的经验，粉煤灰在相同的掺量下会产生不同的效果，为了探究在应用过程中存在的差异，现从粉煤灰中氧化铝的含量为研究出发点，探究粉煤灰中氧化铝的含量对水泥粉煤灰稳定碎石路用性能的影响规律[4-10]。

    2 试验

    2.1 试验原材料

    2.1.1 水泥

    本课题采用42.5级复合硅酸盐水泥，产自内蒙古冀东水泥有限责任公司冀东水泥厂，满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）[1]相关要求，安定性合格。

    2.1.2 粉煤灰

    试验所用粉煤灰烧失量、比表面积与主要氧化物含量满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）[1]相关要求，检测报告见表1。

    本课题试验开始前根据粉煤用量的比例在取样粉煤灰（氧化铝含量34.72%）逐级增加氧化铝配制，试验中粉煤灰氧化铝含量分别为34.72%、37.25%、39.75%、42.25%、4475%（质量比）。

    2.1.3 集料

    集料均满足规范要求。本文采用3档集料，每档集料的规格及比例如下：0-5mm∶5-10mm∶10-30mm=35∶25∶40[3]。

    2.2 击实试验结果

    经过击实试验，确定水泥粉煤灰稳定碎石材料最大干密度为2.320g/cm3，所对应的最佳含水量为5.5%。

    2.3 无侧限抗压强度

    2.3.1 试验方法

    本节进行无侧限抗压强度试验分析不同氧化铝含量（A1：34.72%、A2：37.30%、A3：39.75%、A4：42.25%、A5：44.75%）及不同龄期对（7d、28d、60d）对水泥粉煤灰稳定碎石材料的抗压强度影响。无侧限抗压强度试验试件采用φ150×h150圆柱形试件。水泥粉煤灰稳定碎石基层材料中配合比为水泥∶粉煤灰∶集料=5∶15∶80。将试件放入到万能压力机上进行无侧限抗压强度试验，当试件遭到破坏时记录破坏荷载P（KN）。

    2.3.2 试验结果分析

    为了研究水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度与龄期、粉煤灰中氧化铝含量之间的关系，对数据深度分析，水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度与粉煤灰中氧化铝的含量以及龄期都存在一定的相关性，本文将氧化铝的含量与水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度进行拟合分析，从而得到水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度与氧化铝的含量二者的拟合方程得到函数关系。通过Origin软件进行拟合曲线方程，水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度（y）与粉煤灰中氧化铝的含量（x）满足二次曲线方程y=Ax2+Bx+C形式，拟合方程的相关系数R2大于0.97，故水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度与氧化铝的含量具有很好的相关性，拟合曲线见表3。

    为了直观地反映出龄期与氧化铝的含量对水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度的共同影响，利用Origin软件绘制抗压强度三维曲面图，如图。利用POLY2D建模，从而得到水泥粉煤灰稳定碎石材料无侧限抗压强度、龄期、粉煤灰中氧化铝含量三者之间的函数关系。

    3 结论

    （1）粉煤灰中氧化铝含量在34.72%至44.75%之间，随着粉煤灰中氧化铝含量的提高与龄期增长，水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度呈现正增长。

    （2）水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度与粉煤灰中氧化铝的含量以及龄期存在相关性，水泥粉煤灰稳定碎石材料的无侧限抗压强度（y）与粉煤灰中氧化铝的含量（x）二者之间在7d、28d、60d满足二次曲线方程，7d龄期时：y=22.83814x2+8.59223x+1.34838;28d龄期时：y=27.4425x2+1.32656x+5.33335;60d龄期时：y=55.59762x2-16.58104x+13.71153。

    （3）利用Origin软件绘制抗压强度三维曲面图，POLY2D建模，得出强度与龄期及粉煤灰中氧化铝的经验公式：

    z=3.72733-3.05765x+0.01565y+35.29276x2+000174y2+0.02643xy（2）

    通过该公式可以确定出粉煤灰中氧化铝含量在34.72%至44.75%之间、0-60d龄期的试件强度。该公式适用于本实验的原材料及配合比。

    参考文献：

    [1]JTG/T F20-2015，《公路路面基层施工技术细则》[S].北京：人民交通出版社，2015.

    [2]《工程集料试验规程》（JTG E42—2005）[S].北京：人民交通出版社，2011.

    [3]JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2009.

    [4]姚利杰.公路基层施工中水泥粉煤灰稳定碎石的应用[J].交通世界，2017（31）.

    [5]张宗保，张和远，刘志强，朱卫东.水泥粉煤灰综合稳定钢渣碎石基层性能研究[J].

    [6]刘阳.水泥粉煤灰稳定碎石在公路基层施工中的运用[J].交通世界，2016（18）：38-39.

    [7]谢洋.公路基层施工中水泥粉煤灰稳定碎石的应用[J].工程建设与设计，2018（13）.

    [8]张金阳.水泥粉煤灰稳定碎石基层应用技术[J].民营科技，2016（03）：151.

    [9]葛晓涛.公路基层施工中水泥粉煤灰稳定碎石的应用[J].交通世界，2016（Z1）：22-23.

    [10]向仕飞.水泥粉煤灰稳定碎石基层在施工中的应用与分析[J].黑龙江交通科技，2015，38（10）：46.

    作者简介：张宇（1994—），男，汉族，内蒙古呼和浩特人，硕士，研究方向：道路建筑材料。