氧化鋁含量對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(shí)，粉煤灰中氧化鋁含量對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，分析比較了不同氧化鋁含量不同齡期的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。結(jié)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(wěn)定碎石材料在相同齡期下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)正增長(zhǎng)：隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著粉煤灰中氧化鋁含量的提高呈現(xiàn)正增長(zhǎng);通過(guò)深度分析，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期都存在相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：氧化鋁;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度;水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石

1 緒論

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)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(dòng)最大，含量從10%至50%以上都存在。因此，研究氧化鋁含量對(duì)粉煤灰的影響，可以更充分地了解粉煤灰的性質(zhì)，對(duì)今后粉煤灰在道路基層中的使用提出參考價(jià)值。也對(duì)環(huán)保方面的問(wèn)題以及氧化鋁提純工藝提供幫助。粉煤灰蘊(yùn)藏量豐富，成本低廉，外摻粉煤灰可以提高水泥穩(wěn)定類材料的路用性能，摻入后使得材料具有后期強(qiáng)度高、整體性能好的特點(diǎn)。但是實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，粉煤灰在相同的摻量下會(huì)產(chǎn)生不同的效果，為了探究在應(yīng)用過(guò)程中存在的差異，現(xiàn)從粉煤灰中氧化鋁的含量為研究出發(fā)點(diǎn)，探究粉煤灰中氧化鋁的含量對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石路用性能的影響規(guī)律[4-10]。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原材料

2.1.1 水泥

本課題采用42.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，產(chǎn)自內(nèi)蒙古冀東水泥有限責(zé)任公司冀東水泥廠，滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）[1]相關(guān)要求，安定性合格。

2.1.2 粉煤灰

試驗(yàn)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(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）[1]相關(guān)要求，檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表1。

本課題試驗(yàn)開(kāi)始前根據(jù)粉煤用量的比例在取樣粉煤灰（氧化鋁含量34.72%）逐級(jí)增加氧化鋁配制，試驗(yàn)中粉煤灰氧化鋁含量分別為34.72%、37.25%、39.75%、42.25%、4475%（質(zhì)量比）。

2.1.3 集料

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

2.2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)，確定水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料最大干密度為2.320g/cm3，所對(duì)應(yīng)的最佳含水量為5.5%。

2.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

2.3.1 試驗(yàn)方法

本節(jié)進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)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(duì)（7d、28d、60d）對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度影響。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件采用φ150×h150圓柱形試件。水泥粉煤灰穩(wěn)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(wàn)能壓力機(jī)上進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，當(dāng)試件遭到破壞時(shí)記錄破壞荷載P（KN）。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

為了研究水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期、粉煤灰中氧化鋁含量之間的關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)深度分析，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期都存在一定的相關(guān)性，本文將氧化鋁的含量與水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行擬合分析，從而得到水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與氧化鋁的含量二者的擬合方程得到函數(shù)關(guān)系。通過(guò)Origin軟件進(jìn)行擬合曲線方程，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(guān)系數(shù)R2大于0.97，故水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與氧化鋁的含量具有很好的相關(guān)性，擬合曲線見(jiàn)表3。

為了直觀地反映出齡期與氧化鋁的含量對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的共同影響，利用Origin軟件繪制抗壓強(qiáng)度三維曲面圖，如圖。利用POLY2D建模，從而得到水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、齡期、粉煤灰中氧化鋁含量三者之間的函數(shù)關(guān)系。

3 結(jié)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(zhǎng)，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)正增長(zhǎng)。

（2）水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與粉煤灰中氧化鋁的含量以及齡期存在相關(guān)性，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(shí)：y=22.83814x2+8.59223x+1.34838;28d齡期時(shí)：y=27.4425x2+1.32656x+5.33335;60d齡期時(shí)：y=55.59762x2-16.58104x+13.71153。

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

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

通過(guò)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(qiáng)度。該公式適用于本實(shí)驗(yàn)的原材料及配合比。

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