磷渣粉在路面混凝土工程中的應用探討

周麗霞

（貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550003）

磷渣粉在路面混凝土工程中的應用探討

周麗霞

（貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550003）

本文通過磷渣微細粉在路面工程中的應用，能較好改善混凝土的性能，驗證摻用磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應用中的可靠性和可施性。

磷渣粉；混凝土性能；摻合料

磷渣粉就是磷渣用電爐法從磷礦石提取黃磷后排除的一種工業廢渣，它是利用先進粉磨設備將磷渣磨細加工成微細粉體，通過改性后生產出一種高性能混凝土礦物摻合料。根據磷渣粉在混凝土應用中的研究成果，特別是混凝土摻入磷渣粉后對混凝土抗彎拉強度提高的結論，我校實驗中心受某磷業有限公司委托，在某二級公路改造工程中，在當地交通局及施工方的大力支持下，以該工程項目為依托工程，施工樁號為K2+900～K2+960的路段作為磷渣粉混凝土路面試驗段。試驗段磷渣粉混凝土由某混凝土工程公司拌制,為了獲得更具說服力的數據，我校實驗中心于2014年1月17日對試驗路段采用鉆取芯樣法，檢測混凝土彎拉強度以及相應的混凝土抗壓強度，取得實測混凝土相關強度指標數據，來驗證磷渣粉混凝土在公路水泥混凝土路面應用中的可靠性和可施性。

一、試驗路段磷渣微細粉混凝土所用原材料及配合比

（一）試驗路段所用原材料

1.水泥——選用普通硅酸鹽水泥（P.O42.5）；

2.礦物摻合料——選用某磷業有限公司生產的磷渣粉；

3.機制砂——選用試驗路段當地料場機制山砂；

4.碎石——選用試驗路段當地料場碎石，最大粒徑37.5mm；連續級配，表觀密度2700 kg/m3,堆積密度1470 kg/m3，空隙率46%，含泥量0.8%，針片狀總含量3.3%，壓碎值11.5%；

5.外加劑——選用某有限公司生產的RST-A高效泵送劑；

6.拌和水——采用自來水。

（二）設計混凝土配合比

1.試驗路段混凝土配合比參數

所確定的磷渣粉混凝土配合比參數主要范圍如下：

表1 磷渣粉混凝土配合比

膠凝材料用量：255～500kg/m3；磷渣粉摻量：20%～40%；水膠比：0.3～0.48；砂率：35%～55%；高效泵送劑摻量：2%～2.5%；混凝土容重：2400～2500 kg/m3；碎石最大粒徑及級配要求：Dman=37.5mm、連續級配。

2.試驗路段混凝土配合比

根據所確定的原材料，確定磷渣粉混凝土配合比（見表1）根據表1提供的混凝土配合比,混凝土性能，坍落度達到180～230mm,混凝土28天抗壓強度達到45Mpa,彎拉強度達到5.5Mpa.

二、混凝土性能檢測方法

（一）方法

1.采用國家標準，普通混凝土拌和物性能試驗方法《GB/T50080-2002》測定拌和物的坍落度；

2.采用國家標準，普通混凝土力學性能試驗方法《GB/T50081-2002》測定水泥混凝土試塊的立方體抗壓強度、水泥混凝土抗彎拉強度。

（二）拌和物的材料用量

表2 30升混凝土拌和物各材料用量

表3 配合后混凝土拌和物性能統計

表4 試驗路段現場澆注混凝土拌和物的各項性能

由表3可以看出，配合后混凝土拌和物的各項性能指標7天、28天抗壓強度和抗彎拉強度指標均達到并超過配合比設計對其指標的要求。

三、依托工程

該工程項目公路技術等級為二級以下公路，水泥混凝土路面的設計強度等級C35，抗彎拉設計強度fc=4.5。

從依托工程試驗段現場澆注取樣試驗結果來看，摻磷渣粉混凝土的各項性能指標均達到或超過設計要求。

四、依托工程試驗段現場鉆芯檢測方法

（一）檢測依據

主要包括：《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）；《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30-2003）；《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005）；《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03:88）；《鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土強度技術規程》（DB22/42-2004）等。

五、檢測內容

（一）外觀檢查1.鉆取芯樣，選取圓柱體劈裂強度折算的彎拉強度進行綜合評定；

2.鉆取小芯樣法檢測山砂混凝土抗壓強度；

（二）檢測情況簡述

芯樣的鉆取、加工及技術要求嚴格按上述規范進行。芯樣試件與被檢測的構件混凝土濕度基本一致的條件下進行芯樣的抗壓強度試驗。

1.路面鉆芯取樣圓柱體劈裂強度計算式：fsp=2F/ πdm×Lm

在試驗路段上取6個芯樣，折算的混凝土彎拉強度按下列條件計算(二級及二級以下路面彎拉強度計算式)

石灰巖、花崗巖碎石混凝土：標準小梁彎拉強度（Mpa）

fc=1.868fsp0.871 fsp——標準試件劈裂強度（Mpa）合格判定：

平均彎拉強度 fcs＞1.1 frfr設計彎拉強度標準值(Mpa)

最小值 fmin＞0.85 fr

2.路面鉆取小芯樣檢測混凝土立方體抗壓強度。在試驗路段鉆取3個小芯樣按單個構件混凝土抗壓強度推定：

抗壓芯樣試件立方體抗壓強度換算值按下式計算：

（以芯樣試件混凝土立方體抗壓強度換算值中的最小值作為構件混凝土立方體抗壓強度標準值的界定值）

3.在試驗段鉆芯取樣一組試件（三塊）做混凝土芯樣抗壓強度。試驗如下：

2013.4.6澆注砼，設計砼強度等級C35，2014.1.17取芯，2014.1.24試驗，芯樣外觀完整、表面光滑、無離析現象，試件尺寸d×h（mm）分別為：74.2×74.5、74.3×75.2、74.3×75.1，自然狀態養護，293天齡期破壞荷載（kN）分別為：175、185、180；抗壓強度值（MPa）分別為40.5、42.7、41.5；強度換算值f ccor.（MPa）分別為：45.0、47.4、、46.1；最終強度代表值fcu,e為45.0MPa；換算強度平均值為46.2MPa

4.在試驗段鉆芯取樣一組試件（六塊）做混凝土芯樣劈裂抗拉強度。試驗如下：

同樣2014.1.17取芯，設計砼彎拉強度標準值4.5Mpa，2014.1.24試驗，試件尺寸dm×Lm（mm）分別為：150×220、150×201、150×177、150×162、150×138、150×125；自然狀態養護，293天齡期破壞荷載（kN）分別為：240.0、145.7、183.4、148.0、151.0、161.5；劈裂強度（MPa）分別為：4.63、3.10、4.40、3.88、4.65、5.49；標準砼小梁彎拉強度（MPa）分別為7.5、5.0、7.2、6.3、7.6、8.9；彎拉強度平均值fcs為7.1MPa。

六、檢測結果

1.試驗段路面全長60米，單幅。混凝土為商品混凝土公司工廠拌制運輸至現場一次性連續澆注，混凝土施工工作性良好，搗實后混凝土表面含砂豐富，隨搗隨抹平整，一次成型。2013年4月6日混凝土澆注至2014年1月17日現場外觀檢查，路面板塊表面堅固、無脫皮、印痕、裂紋和缺邊掉角等現象，外觀質量評定是合格的。

2.根據《DB22/42-2004》規程評定，磷渣粉混凝土實測抗壓強度最小值（小芯樣混凝土立方體抗壓強度換算強度值中的最小值，即推定值fcu.e）為45.0Mpa，達到設計強度等級的129%，評定是合格的。

3.根據《JTGF30-2003》公路水泥砼路面施工技術規范和《JTG F80/1-2004》公路工程質量檢驗評定標準評定:平均彎拉強度fcs=7.1Mpa＞1.10fr=4.95Mpa；

單塊彎拉強度最小值fmin=5.0Mpa＞0.85fr=3.83Mpa,評定是合格的。

4.抗折/抗壓比值:平均值比值7.1/46.2=15.4%;最小值比值5.0/45.0=11.1%.

七、結語

（一）磷渣粉按比例替代水泥摻入混凝土中，不僅節約成本，變廢為寶，還能達到保護環境，降低能耗的目的。同時，磷渣粉摻入也使混凝土的需水量減少了，特別是對混凝土還有減少泌水量和降低坍落度損失的效應，可獲得良好的施工工作性。

（二）磷渣粉的摻入，可使抗折/抗壓比值得到較大的提高。從芯樣劈裂后劈裂結合面觀察證實，硬化混凝土內砂漿與粗骨料顆粒黏結牢固緊密，粗骨料顆粒均為剪切破裂，使混凝土彎拉強度得到了提高。路面混凝土其他技術指標也得到增強，如抗磨性、抗凍性等。

（三）現行《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTGF30-2003）在粉煤灰及其他摻合料說明中表明。磨細礦渣本身具有自硬化能力、水化反應速度較快的特點。在我國磨細礦渣是很少用于路面的，但經過上述試驗，絕大多數是可以用于路面、橋面混凝土配制的。現行規范（JTGF30-2003）編入硅灰、磨細礦渣的目的也表明硅灰、磨細礦渣和高質量粉煤灰是工程應用中制作高性能混凝土的必備原材料，摻用磷渣微粉后的混凝土具有抗滲性、耐久性好和體積穩定性優良等優點，作為路面和橋面是可以積極使用的。

[1]交通部公路科學研究所.公路工程質量檢驗評定標準（JTG F80/1-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]交通部.公路水泥混凝土路面施工技術規范（JTGF30-2003）[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]交通部.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程（JTGE30-2005）[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部.公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應用技術指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

TU

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1673-0046（2016）9-0188-02