利用粉煤灰修筑高等級(jí)混凝土路面技術(shù)

1、<p>　　利用粉煤灰修筑高等級(jí)混凝土路面技術(shù) </p><p>　　摘要：采用摻入粉煤灰超量取代水泥，可提高混凝土的和易性、減少離析、用水量、發(fā)熱和滲透，抑制堿集料反應(yīng)和提高抗硫酸鹽腐蝕的能力，在高等級(jí)水泥混凝土路面應(yīng)用中具有一定前景。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：粉煤灰；混凝土路面；性能 </p><p>　　在高等級(jí)路面混凝土路面內(nèi)加入粉煤灰，因粉

2、煤灰效應(yīng)在混凝土中的影響，一方面可改善混凝土的施工性能，減少收縮，防止裂縫，提高均勻密實(shí)性、抗折強(qiáng)度和中、后期強(qiáng)度，并有利于提高路面耐磨性；另一方面既可防止混凝土出現(xiàn)堿-骨料反應(yīng)和硫酸鹽破壞作用，又可阻止許多可能引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞的潛在物質(zhì)的滲透。本文對(duì)摻粉煤灰高等級(jí)混凝土路面技術(shù)進(jìn)行了粗淺的探討。 </p><p>　　1、粉煤灰在混凝土中的效應(yīng)和作用 </p><p>　　粉煤灰是火電

3、廠燃燒鍋爐排出的煙道灰，通常粉煤灰的細(xì)度比水泥還細(xì)，主要成分為玻璃質(zhì)狀的圓顆粒、赤鐵礦和磁鐵礦礦渣、碳和一些冷卻時(shí)形成的結(jié)晶體。在美國(guó)，混凝土中使用粉煤灰始于30年代初期，1937年，加利福尼亞州大學(xué)戴維斯首次全面地研究了在混凝土中使用粉煤灰的問(wèn)題。1948年，在混凝土中使用粉煤灰的主要突破性標(biāo)志是使用了120000t粉煤灰建造的匈牙利赫爾斯大壩。美國(guó)再生材料利用局關(guān)于混凝土中使用粉煤灰的決定為粉煤灰在混凝土施工中的應(yīng)用鋪平了道路。 &

4、lt;/p><p>　　1.1粉煤灰的化學(xué)成分與技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　粉煤灰的化學(xué)成分與煤的品種和燃燒條件有關(guān)，一級(jí)燃燒煙煤和無(wú)煙煤鍋爐排除的粉煤灰，其SiO2含量為45%～60%、AL2O3含量為20%～35%、Fe2O3含量為5%～10%、CaO含量約為5%左右、燒失量約為5%～30%，但多數(shù)不大于15%，化學(xué)成分中硅、鋁和鐵的氧化物的含量是評(píng)定粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的主要指標(biāo)，通

5、常三者之和可達(dá)75%以上。 </p><p>　　根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB164-90）規(guī)定，拌制混凝土作為摻合料的粉煤灰，按細(xì)度、需水量比、燒失量、SO3含量四項(xiàng)指標(biāo)可分為三個(gè)等級(jí)，如表1所示。對(duì)于鋼筋混凝土和設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于C30及以上的無(wú)筋混凝土，宜采用Ⅰ、Ⅱ類(lèi)粉煤灰。 </p><p><b>　　1.2粉煤灰效應(yīng) </b></p&

6、gt;<p>　　灰摻入混凝土后，會(huì)對(duì)混凝土的一些性能和特點(diǎn)發(fā)生影響，這就是粉煤灰效應(yīng)。一般粉煤灰效應(yīng)包括形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)三個(gè)基本方面。 </p><p>　　1.2.1形態(tài)效應(yīng) </p><p>　　所謂形態(tài)效應(yīng)，泛指各種應(yīng)用于混凝土中的礦物質(zhì)粉料，由其顆粒的外觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、顆粒級(jí)配等物理性狀態(tài)所產(chǎn)生的效應(yīng)。由于粉煤灰中大量微粒的作用，不僅降低混

7、凝土的需水量，改善混凝土的初始結(jié)構(gòu)，還能促使或幫助混凝土中水泥顆粒均勻分散，擴(kuò)大了水泥的水化空間和水化產(chǎn)物的生成場(chǎng)所，從而促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)。 </p><p>　　1.2.2活性效應(yīng) </p><p>　　粉煤灰火山灰活性是指粉煤灰所含硅酸鹽或硅鋁質(zhì)玻璃體的微細(xì)顆粒在常溫和有水條件下與Ca（OH）2發(fā)生活性反應(yīng)并生成具有膠凝性水化物的能力。其活性效應(yīng)就是指的這種粉煤灰活性成分所產(chǎn)生的效應(yīng)

8、。在粉煤灰玻璃體微粒表層生成的火山灰反應(yīng)產(chǎn)物，與水泥水化物類(lèi)似，這種水化產(chǎn)物交叉連接，對(duì)促進(jìn)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)（尤其是抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)）起了主要的作用。 </p><p>　　1.2.3微集料效應(yīng) </p><p>　　粉煤灰的微集料效應(yīng)是指粉煤灰顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中，就像微細(xì)的集料一樣。對(duì)粉煤灰顆粒和水泥凈漿間及水泥緊密處的顯微研究證明，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)展，粉煤灰和水泥漿體的界面接

9、觸越趨緊密。在界面上形成的粉煤灰水化凝膠。粉煤灰微 </p><p>　　粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好，有助于新拌混凝土的硬化和均勻性的改善，也有助于混凝土中孔隙和毛細(xì)孔的填充，對(duì)混凝土的耐久性也十分有利。粉煤灰上述三種基本效應(yīng)是互相聯(lián)系和互相影響的，粉煤灰效應(yīng)則是在一定條件下三種基本基本效應(yīng)共同作用的總和。 </p><p>　　1.3粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響 </p>&l

10、t;p>　　首先選定混凝土的原材料：水泥采用525號(hào)普通硅酸鹽水泥；砂為中砂；碎石為15～25mm、25～30mm；粉煤灰采用磨細(xì)粉煤灰，為II級(jí)灰?；炷林袚饺敕勖夯业呐浜媳仍O(shè)計(jì)方法，按國(guó)標(biāo)（GB146-90）規(guī)定，可以采用：等量取代法、超量取代法及外加法等。但是目前多采用超量取代法。 </p><p>　　1.3.1新拌混凝土的和易性 </p><p>　　與不含粉煤灰的混凝土相

11、比，使用粉煤灰可提高膠結(jié)材料（水泥+粉煤灰）的絕對(duì)體積，從而增加了水泥漿體積，造成寂寥顆粒之間的摩擦力的降低和混凝土和易性的提高。選用525號(hào)普通硅酸鹽水泥拌制混凝土，水灰比為0.28，測(cè)定混凝土的塌落度值變化情況，從表2中可以看出：1號(hào)未摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土，僅摻高效減水劑，用水量175kg/m3.塌落度能達(dá)到22.5cm。2、3、4號(hào)混凝土在摻加高效減水劑的同時(shí)，又分別摻加了10%、15%及20%的粉煤灰等量取代水泥，此時(shí)混凝土的用

12、水量減為155kg/m3，混凝土的塌落度分別為20.1cm、22.2cm及22.8cm.塌落度均在20cm以上，可見(jiàn)，粉煤灰可以有效地改善混凝土的和易性。 </p><p>　　1.3.2減水作用 </p><p>　　在加氣的和未加氣的混凝土混合料中加入粉煤灰，通?？蓽p少混凝土的需水量，原因是在于細(xì)料體積增大，特定和易性所需汗水量降低。雖然細(xì)料增加通常會(huì)提高用水的需求，但是粉煤灰圓形顆粒

13、吸附于水泥顆粒表面，能起滾珠軸承的作用，降低了顆粒之間的摩擦，減弱了用水的需求。在同等塌落度條件下，粉煤灰含量相對(duì)較高的混凝土比不含粉煤灰的混凝土所需的用水量小。 </p><p>　　1.3.3凝結(jié)時(shí)間 </p><p>　　混凝土具備正常的凝結(jié)時(shí)間是很重要的，本次用525號(hào)普通硅酸鹽水泥拌制混凝土，灰砂比為1：1.02，水灰比為0.24。 </p><p>　　

14、1.3.4硬化混凝土的強(qiáng)度和強(qiáng)度增加速率在粉煤灰超量取代法中，水泥取代率βc與σc超量系數(shù)是兩個(gè)不定的因素，水泥取代率βc，決定粉煤灰取代水泥的量，超量系數(shù)σc決定粉煤灰摻入量的多少以及替代部分用砂量的多少，其原理就是把粉煤灰看成是低標(biāo)號(hào)水泥，替代部分水泥后，強(qiáng)度的下降值由超量粉煤灰替代部分惰性的砂從而使強(qiáng)度增值相平衡。 </p><p>　　1.3.5硬化混凝土凍融耐久性 </p><p&g

15、t;　　當(dāng)大部分水泥用粉煤灰替換時(shí)，會(huì)影響混凝土空隙體系的形成，對(duì)混凝土的耐凍性具有不良影響。要提高混凝土的抵抗凍融循環(huán)和化雪防凍侵蝕的能力，在粉煤灰混凝土中要保證有足夠的小型氣泡均勻地散布在水泥中，通常需要增加加氣劑的用量，以保持含氣量不變。加氣劑用量大小取決于粉煤灰中碳的含量、燒失量、細(xì)度和有機(jī)物含量，其中碳的含量起決定性因素 </p><p>　　1.3.6硬化混凝土堿-硅反應(yīng) </p>&l

16、t;p>　　在公路施工中，推廣應(yīng)用粉煤灰的一個(gè)重要原因是為了抑制堿-硅反應(yīng)造成的膨脹。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)： </p><p>　　①水泥中釋放的堿首先與粉煤灰中的硅產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而不是與集料中的硅發(fā)生反應(yīng)； </p><p>　　②堿處在非膨脹鈣-堿-硅凝膠中。因而，溶液中剩余的氫氧根離子不足以與活性集料中較大顆粒的內(nèi)部材料發(fā)生反應(yīng)，無(wú)法產(chǎn)生分裂的滲透力。 </p><p

17、>　　1.3.7粉煤灰混凝土的耐磨性 </p><p>　　粉煤灰混凝土的耐磨性給人們的印象不佳，其實(shí)從許多試驗(yàn)資料粉煤灰混凝土耐磨性均大于基準(zhǔn)混凝土，其原因是一方面摻入粉煤灰有利于膠凝物質(zhì)對(duì)集料粘結(jié)性的提高；另一方面，粉煤灰玻璃微珠本身強(qiáng)度很高，即使在碾磨時(shí)，都碾不碎，很難磨細(xì)，替代了部分砂石后，反而提高了混凝土成品的整體耐磨性。 </p><p><b>　　2、應(yīng)用效

18、果 </b></p><p><b>　　2.1路面性能 </b></p><p>　　有資料顯示，在英國(guó)，某機(jī)場(chǎng)鋪筑兩條對(duì)比試驗(yàn)段路面，經(jīng)4年飛機(jī)與車(chē)輛運(yùn)行后，摻粉煤灰的一條車(chē)道，表面抗滑構(gòu)造完好如初，而另一條卻斑斑點(diǎn)點(diǎn)。 </p><p>　　2.2經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益 </p><p>　?。?）如以平均

19、路寬9m、板厚24cm、每立方米混凝土取代50kg水泥用量、推廣里程100km計(jì)算，約節(jié)約水泥10800噸，按市價(jià)水泥每立方米300元、粉煤灰每立方米40元，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益250多萬(wàn)元。 </p><p>　?。?）以15%粉煤灰取代水泥計(jì)，江蘇省每年可節(jié)約水泥約10萬(wàn)噸。 </p><p>　　（3）利用粉煤灰修筑高等級(jí)混凝土路面，對(duì)綜合利用火電廠廢料、保護(hù)環(huán)境和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

20、 </p><p>　　3、公路施工中粉煤灰混凝土應(yīng)用中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng) </p><p>　?。?）采取特殊措施保證粉煤灰混凝土中要有合理的加氣量，以維持混凝土的耐久性； </p><p>　?。?）有些粉煤灰火山灰反應(yīng)不足，會(huì)影響混凝土的質(zhì)量； </p><p>　?。?）施工工地附近，不一定有合適的粉煤灰，運(yùn)輸費(fèi)用或許會(huì)超過(guò)任何價(jià)格上的優(yōu)

21、勢(shì)； </p><p>　?。?）改變粉煤灰的含量時(shí)，便要修改配合比。 </p><p>　　由于水泥粉煤灰反應(yīng)時(shí)要受到水泥性質(zhì)的影響，不僅要測(cè)試和驗(yàn)證每種粉煤灰的資源，而且也要調(diào)查每個(gè)工程中采取的具體粉煤灰水泥混合料的性能。 </p><p><b>　　4、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　利用粉煤灰修筑高等級(jí)混凝

22、土路面，只要粉煤灰摻量適當(dāng)，配合比合理，養(yǎng)護(hù)得當(dāng)，對(duì)混凝土中、后期強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)很大，耐磨性能也有所改善。粉煤灰在混凝土中能與水泥互補(bǔ)短長(zhǎng)，均衡協(xié)作，還可充當(dāng)混凝土的減水劑、釋水劑、增塑劑、密實(shí)劑、抑熱劑、抑脹劑，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的角度上考慮是完全可行的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]王福之，吳正嚴(yán)。粉煤灰利用手冊(cè)

23、[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996. </p><p>　　[2]美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院。水泥混凝土公路技術(shù)—實(shí)踐與展望[M].北京：人民交通出版社，2000. </p><p>　　[3]吳初航等。水泥混凝土路面施工及新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2000. </p><p>　　[4]嚴(yán)家伋，道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1996.</p