近年來，我國現(xiàn)代化高速公路建設(shè)快速發(fā)展，高速公路路面結(jié)構(gòu)中，基層是直接位于面層下的結(jié)構(gòu)層次，主要起承重以及擴散荷載應(yīng)力的作用，路面基層材料的優(yōu)劣直接影響路面的質(zhì)量和使用性能。普通硅酸鹽水泥收縮大，用于道路基層時極易發(fā)生收縮，進而使路面產(chǎn)生反射裂縫，導(dǎo)致路面被破壞；同時由于普通水泥凝結(jié)時間過快，水泥適應(yīng)性變差，混凝土坍損大，很快失去流動性，給施工造成困難，并且過早凝結(jié)使基層在碾壓成型時造成強度損失。

為了滿足道路基層施工時延遲成型以及補償干縮產(chǎn)生的裂縫的要求，道路基層用緩凝水泥須具有較長的凝結(jié)時間和微膨脹性能。公司積極部署研究，從影響水泥凝結(jié)時間的關(guān)鍵因素入手，調(diào)整生料配料，在源頭處控制熟料礦物組成，優(yōu)選成分穩(wěn)定的調(diào)凝劑，成功組織生產(chǎn)了道路基層用緩凝水泥。

細度：45 μm方孔篩篩余量不小于5.0%，不大于12.0%。

凝結(jié)時間：初凝時間不小于5 h，終凝時間不小于6 h，不大于12 h。

強度：3 d抗折強度不小于3.0 MPa，抗壓強度不小于20.0 MPa；28 d抗折強度不小于6.0 MPa，抗壓強度不小于35.0 MPa。

化學(xué)成分、安定性和線膨脹率等其他技術(shù)指標(biāo)符合GB/T 35162—2017要求。

2.1　原材料

試驗和生產(chǎn)用原材料主要化學(xué)成分見表1。

2.2　配料方案設(shè)計

道路基層施工對水泥凝結(jié)時間有要求，熟料中C3A礦物相水化反應(yīng)快、放熱量高，對凝結(jié)時間有重要影響。通過對公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)C3A含量低于7.5%時對熟料凝結(jié)時間影響較小；高于7.5%時，凝結(jié)時間隨C3A含量增加呈縮短趨勢。因此在生產(chǎn)中控制C3A含量在7.5%左右，不宜超過8.0%。

在明晰C3A這項關(guān)鍵指標(biāo)的控制值后，結(jié)合礦山資源實際及周邊原材料的儲備情況進行生料配料，生料、熟料的控制指標(biāo)見表2，配料方案見表3，所得熟料的化學(xué)分析和物理性能分別見表4和表5。

表2　生料、熟料控制指標(biāo)

表3　配料方案%

表4　熟料化學(xué)分析

表5　熟料物理性能

2.3　小磨試驗

為研究石膏對道路基層用緩凝水泥凝結(jié)時間的影響，將熟料、石灰石粉末、干粉煤灰、濕粉煤灰、燃煤爐渣、天然石膏、磷石膏在標(biāo)準(zhǔn)小磨中粉磨至比表面積350 m2/kg±10 m2/kg，按一定比例混合制備成試驗小樣。各樣品的配比見表6，測試水泥的凝結(jié)時間和強度。

從小磨試驗結(jié)果看，同一配比方案時，使用6%天然石膏或4%天然石膏+2%磷石膏作緩凝劑，初凝和終凝時間均偏短，不滿足目標(biāo)值要求。用6%磷石膏全替代天然石膏或2%天然石膏+4%磷石膏搭配作緩凝劑，初凝時間延長至300 min以上，終凝時間延長至380 min以上，且強度基本不受影響，滿足道路基層用緩凝水泥要求。考慮到天然石膏價格遠高于磷石膏，故選用編號2的配比方案，用磷石膏單獨作緩凝劑生產(chǎn)道路基層用緩凝水泥。

3.1　磷石膏作緩凝劑對凝結(jié)時間的影響

根據(jù)上述確定的配比，在水泥磨進行工業(yè)試生產(chǎn)，并記錄一段時間內(nèi)水泥凝結(jié)時間和強度等性能的波動，如表7所示。水泥抗折、抗壓強度均滿足目標(biāo)值要求，抗壓強度3 d基本在20~22 MPa之間，28 d在35~36 MPa之間，較為穩(wěn)定。水泥細度和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也滿足要求。

不同日期生產(chǎn)道路基層用緩凝水泥凝結(jié)時間不穩(wěn)定，所記錄的水泥初凝時間波動極差為99 min，終凝時間極差94 min，波動趨勢見圖1。經(jīng)分析，確定是磷石膏產(chǎn)地、陳化時間不同導(dǎo)致成分不均，進而造成水泥凝結(jié)時間波動，給生產(chǎn)控制帶來一定困難。

圖1　磷石膏作緩凝劑時凝結(jié)時間的波動

3.2　使用工業(yè)糖蜜穩(wěn)定水泥凝結(jié)時間

為削弱磷石膏成分波動給水泥凝結(jié)時間帶來的影響，確保水泥凝結(jié)時間滿足客戶需求，通過多次試驗，在上述水泥配比方案的基礎(chǔ)上添加0.08%工業(yè)糖蜜稀釋溶液作復(fù)合緩凝劑，穩(wěn)定水泥凝結(jié)時間。所用糖蜜為工業(yè)制糖副產(chǎn)品，外觀為黑褐色、黏稠、半流動狀液體，主要成分為蔗糖，與水按1∶1稀釋后，通過磨尾噴霧裝置噴入水泥磨內(nèi)，保證添加的均勻性。

表8記錄了第二次工業(yè)試驗使用磷石膏-工業(yè)糖蜜復(fù)合緩凝劑的水泥凝結(jié)時間等性能波動情況。經(jīng)過調(diào)整緩凝劑后，水泥初凝時間基本穩(wěn)定在350 min左右，終凝時間在420 min左右，且28 d抗壓強度在36~37 MPa之間，增長了約1 MPa。

表8　第二次工業(yè)試生產(chǎn)道路基層用緩凝水泥檢測結(jié)果

根據(jù)實際情況看，工業(yè)糖蜜稀釋液的均勻添加可以有效穩(wěn)定水泥凝結(jié)時間，便于生產(chǎn)控制，第二次工業(yè)試生產(chǎn)的道路基層用緩凝水泥凝結(jié)時間完全滿足國標(biāo)要求，水泥強度也有所優(yōu)化，達到預(yù)期目標(biāo)。

3.3　道路基層用緩凝水泥收縮膨脹率

道路基層用緩凝水泥在滿足延遲成型的同時，還要求具有一定的微膨脹性，能適當(dāng)補償干縮產(chǎn)生的裂縫，因此根據(jù)JC/T 313—2009《膨脹水泥膨脹率試驗方法》，對生產(chǎn)的專用緩凝水泥進行了膨脹率測試。測試結(jié)果見表9。

表9　不同齡期道路基層用緩凝水泥的線膨脹率%

從試驗結(jié)果可以看到，生產(chǎn)的道路基層用緩凝水泥7 d線膨脹率在0.13%~0.14%之間，28 d線膨脹率在0.23%~0.25%之間，滿足國標(biāo)中7 d線膨脹率≥0.1%，28 d線膨脹率≤0.5%的要求。道路基層用緩凝水泥的膨脹源主要是鈣礬石，磷石膏能為水泥體系液相提供SO42-，為鈣礬石的形成提供S源，從而使水泥具有一定的微膨脹性能，抵消部分水泥水化過程中干燥引起的收縮，防止微裂縫的產(chǎn)生。

經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計研發(fā)、科學(xué)制定工序控制方案、精心組織生產(chǎn)，本課題研究的道路基層用緩凝水泥在實際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用，同時，公司對水泥出廠嚴(yán)格檢驗和控制，客戶對水泥進廠質(zhì)量嚴(yán)格把控，按批次抽檢，各項指標(biāo)均符合要求。目前，道路基層用緩凝水泥已在安陸市通聯(lián)公路工程有限公司工程項目、中鐵二十四局棗潛高速公路、中鐵五局347國道荊門改擴建工程等成功應(yīng)用，滿足了用戶和工程建設(shè)所需。同時磷石膏全替代天然石膏提高了工業(yè)廢渣的資源化利用率，符合綠色環(huán)保、節(jié)能減排的環(huán)保理念。

（1）以磷石膏-工業(yè)糖蜜復(fù)合作緩凝劑生產(chǎn)道路基層用緩凝水泥，緩凝效果明顯，且凝結(jié)時間穩(wěn)定易于生產(chǎn)控制，其他各項指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)及公路工程中道路基層施工要求。

（2）磷石膏替代天然石膏作緩凝劑可大大延緩凝結(jié)時間，滿足道路基層用緩凝水泥生產(chǎn)所需，同時水泥具有微膨脹性，能有效補償干縮裂縫，既符合工程所需，也緩解了磷石膏綜合利用壓力，具有良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。