氧化鋁含量對水泥粉煤灰穩定碎石無側限抗壓強度的影響

摘 要：本論文主要研究粉煤灰中氧化鋁含量在34.72%至44.75%之間時，粉煤灰中氧化鋁含量對水泥粉煤灰穩定碎石無側限抗壓強度的影響。通過無側限抗壓強度試驗，分析比較了不同氧化鋁含量不同齡期的水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度。結果表明：粉煤灰中氧化鋁含量在34.72%至44.75%之間，隨著粉煤灰中氧化鋁含量的提高，水泥粉煤灰穩定碎石材料在相同齡期下無側限抗壓強度呈現正增長：隨著齡期的增長，水泥粉煤灰穩定碎石基層材料無側限抗壓強度會隨著粉煤灰中氧化鋁含量的提高呈現正增長;通過深度分析，水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期都存在相關性。

關鍵詞：氧化鋁;無側限抗壓強度;水泥粉煤灰穩定碎石

1 緒論

據統計，中國火電廠粉煤灰成分中，氧化硅平均含量為50.6%，氧化鋁平均含量為27.1%，氧化鐵平均含量為7.1%，氧化鈣平均含量3.5%。在粉煤灰中，其氧化鋁的含量上下浮動最大，含量從10%至50%以上都存在。因此，研究氧化鋁含量對粉煤灰的影響，可以更充分地了解粉煤灰的性質，對今后粉煤灰在道路基層中的使用提出參考價值。也對環保方面的問題以及氧化鋁提純工藝提供幫助。粉煤灰蘊藏量豐富，成本低廉，外摻粉煤灰可以提高水泥穩定類材料的路用性能，摻入后使得材料具有后期強度高、整體性能好的特點。但是實際應用中，根據以往的經驗，粉煤灰在相同的摻量下會產生不同的效果，為了探究在應用過程中存在的差異，現從粉煤灰中氧化鋁的含量為研究出發點，探究粉煤灰中氧化鋁的含量對水泥粉煤灰穩定碎石路用性能的影響規律[4-10]。

2 試驗

2.1 試驗原材料

2.1.1 水泥

本課題采用42.5級復合硅酸鹽水泥，產自內蒙古冀東水泥有限責任公司冀東水泥廠，滿足《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）[1]相關要求，安定性合格。

2.1.2 粉煤灰

試驗所用粉煤灰燒失量、比表面積與主要氧化物含量滿足《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）[1]相關要求，檢測報告見表1。

本課題試驗開始前根據粉煤用量的比例在取樣粉煤灰（氧化鋁含量34.72%）逐級增加氧化鋁配制，試驗中粉煤灰氧化鋁含量分別為34.72%、37.25%、39.75%、42.25%、4475%（質量比）。

2.1.3 集料

集料均滿足規范要求。本文采用3檔集料，每檔集料的規格及比例如下：0-5mm∶5-10mm∶10-30mm=35∶25∶40[3]。

2.2 擊實試驗結果

經過擊實試驗，確定水泥粉煤灰穩定碎石材料最大干密度為2.320g/cm3，所對應的最佳含水量為5.5%。

2.3 無側限抗壓強度

2.3.1 試驗方法

本節進行無側限抗壓強度試驗分析不同氧化鋁含量（A1：34.72%、A2：37.30%、A3：39.75%、A4：42.25%、A5：44.75%）及不同齡期對（7d、28d、60d）對水泥粉煤灰穩定碎石材料的抗壓強度影響。無側限抗壓強度試驗試件采用φ150×h150圓柱形試件。水泥粉煤灰穩定碎石基層材料中配合比為水泥∶粉煤灰∶集料=5∶15∶80。將試件放入到萬能壓力機上進行無側限抗壓強度試驗，當試件遭到破壞時記錄破壞荷載P（KN）。

2.3.2 試驗結果分析

為了研究水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度與齡期、粉煤灰中氧化鋁含量之間的關系，對數據深度分析，水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期都存在一定的相關性，本文將氧化鋁的含量與水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度進行擬合分析，從而得到水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度與氧化鋁的含量二者的擬合方程得到函數關系。通過Origin軟件進行擬合曲線方程，水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度（y）與粉煤灰中氧化鋁的含量（x）滿足二次曲線方程y=Ax2+Bx+C形式，擬合方程的相關系數R2大于0.97，故水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度與氧化鋁的含量具有很好的相關性，擬合曲線見表3。

為了直觀地反映出齡期與氧化鋁的含量對水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度的共同影響，利用Origin軟件繪制抗壓強度三維曲面圖，如圖。利用POLY2D建模，從而得到水泥粉煤灰穩定碎石材料無側限抗壓強度、齡期、粉煤灰中氧化鋁含量三者之間的函數關系。

3 結論

（1）粉煤灰中氧化鋁含量在34.72%至44.75%之間，隨著粉煤灰中氧化鋁含量的提高與齡期增長，水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度呈現正增長。

（2）水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期存在相關性，水泥粉煤灰穩定碎石材料的無側限抗壓強度（y）與粉煤灰中氧化鋁的含量（x）二者之間在7d、28d、60d滿足二次曲線方程，7d齡期時：y=22.83814x2+8.59223x+1.34838;28d齡期時：y=27.4425x2+1.32656x+5.33335;60d齡期時：y=55.59762x2-16.58104x+13.71153。

（3）利用Origin軟件繪制抗壓強度三維曲面圖，POLY2D建模，得出強度與齡期及粉煤灰中氧化鋁的經驗公式：

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

通過該公式可以確定出粉煤灰中氧化鋁含量在34.72%至44.75%之間、0-60d齡期的試件強度。該公式適用于本實驗的原材料及配合比。

參考文獻：

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作者簡介：張宇（1994—），男，漢族，內蒙古呼和浩特人，碩士，研究方向：道路建筑材料。