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利用粉煤灰修筑高等级混凝土路面技术
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内容提示：采用掺入粉煤灰超量取代水泥，可提高混凝土的和易性、减少离析、用水量、发热和渗透，抑制碱集料反应和提高抗硫酸盐腐蚀的能力，在高等级水泥混凝土路面应用中具有一定前景。
摘要：采用掺入粉煤灰超量取代水泥，可提高混凝土的和易性、减少离析、用水量、发热和渗透，抑制碱集料反应和提高抗硫酸盐腐蚀的能力，在高等级水泥混凝土路面应用中具有一定前景。
关键词：粉煤灰；混凝土路面；性能
在高等级路面混凝土路面内加入粉煤灰，因粉煤灰效应在混凝土中的影响，一方面可改善混凝土的施工性能，减少收缩，防止裂缝，提高均匀密实性、抗折强度和中、后期强度，并有利于提高路面耐磨性；另一方面既可防止混凝土出现碱-骨料反应和硫酸盐破坏作用，又可阻止许多可能引起混凝土结构破坏的潜在物质的渗透。本文对掺粉煤灰高等级混凝土路面技术进行了粗浅的探讨。
1、粉煤灰在混凝土中的效应和作用
粉煤灰是火电厂燃烧锅炉排出的烟道灰，通常粉煤灰的细度比水泥还细，主要成分为玻璃质状的圆颗粒、赤铁矿和磁铁矿矿渣、碳和一些冷却时形成的结晶体。在美国，混凝土中使用粉煤灰始于30年代初期，1937年，加利福尼亚州大学戴维斯首次全面地研究了在混凝土中使用粉煤灰的问题。1948年，在混凝土中使用粉煤灰的主要突破性标志是使用了120000t粉煤灰建造的匈牙利赫尔斯大坝。美国再生材料利用局关于混凝土中使用粉煤灰的决定为粉煤灰在混凝土施工中的应用铺平了道路。
1.1粉煤灰的化学成分与技术指标
粉煤灰的化学成分与煤的品种和燃烧条件有关，一级燃烧烟煤和无烟煤锅炉排除的粉煤灰，其SiO2含量为45%～60%、AL2O3含量为20%～35%、Fe2O3含量为5%～10%、CaO含量约为5%左右、烧失量约为5%～30%，但多数不大于15%，化学成分中硅、铝和铁的氧化物的含量是评定粉煤灰在混凝土中应用的主要指标，通常三者之和可达75%以上。
根据我国现行国标《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GB164-90）规定，拌制混凝土作为掺合料的粉煤灰，按细度、需水量比、烧失量、SO3含量四项指标可分为三个等级，如表1所示。对于钢筋混凝土和设计强度大于C30及以上的无筋混凝土，宜采用Ⅰ、Ⅱ类粉煤灰。
1.2粉煤灰效应
灰掺入混凝土后，会对混凝土的一些性能和特点发生影响，这就是粉煤灰效应。一般粉煤灰效应包括形态效应、活性效应和微集料效应三个基本方面。
1.2.1形态效应
所谓形态效应，泛指各种应用于混凝土中的矿物质粉料，由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状态所产生的效应。由于粉煤灰中大量微粒的作用，不仅降低混凝土的需水量，改善混凝土的初始结构，还能促使或帮助混凝土中水泥颗粒均匀分散，扩大了水泥的水化空间和水化产物的生成场所，从而促进水泥的水化反应。
1.2.2活性效应
粉煤灰火山灰活性是指粉煤灰所含硅酸盐或硅铝质玻璃体的微细颗粒在常温和有水条件下与Ca（OH）2发生活性反应并生成具有胶凝性水化物的能力。其活性效应就是指的这种粉煤灰活性成分所产生的效应。在粉煤灰玻璃体微粒表层生成的火山灰反应产物，与水泥水化物类似，这种水化产物交叉连接，对促进混凝土强度增长（尤其是抗拉强度的增长）起了主要的作用。
1.2.3微集料效应
粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料一样。对粉煤灰颗粒和水泥净浆间及水泥紧密处的显微研究证明，随着水化反应的进展，粉煤灰和水泥浆体的界面接触越趋紧密。在界面上形成的粉煤灰水化凝胶。粉煤灰微
粒在水泥浆体中分散状态良好，有助于新拌混凝土的硬化和均匀性的改善，也有助于混凝土中孔隙和毛细孔的填充，对混凝土的耐久性也十分有利。粉煤灰上述三种基本效应是互相联系和互相影响的，粉煤灰效应则是在一定条件下三种基本基本效应共同作用的总和。
1.3粉煤灰对混凝土性能的影响
首先选定混凝土的原材料：水泥采用525号普通硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石为15～25mm、25～30mm；粉煤灰采用磨细粉煤灰，为II级灰。混凝土中掺入粉煤灰的配合比设计方法，按国标（GB146-90）规定，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。
1.3.1新拌混凝土的和易性
与不含粉煤灰的混凝土相比，使用粉煤灰可提高胶结材料（水泥 粉煤灰）的绝对体积，从而增加了水泥浆体积，造成寂寥颗粒之间的摩擦力的降低和混凝土和易性的提高。选用525号普通硅酸盐水泥拌制混凝土，水灰比为0.28，测定混凝土的塌落度值变化情况，从表2中可以看出：1号未掺粉煤灰的基准混凝土，仅掺高效减水剂，用水量175kg/m3.塌落度能达到22.5cm。2、3、4号混凝土在掺加高效减水剂的同时，又分别掺加了10%、15%及20%的粉煤灰等量取代水泥，此时混凝土的用水量减为155kg/m3，混凝土的塌落度分别为20.1cm、22.2cm及22.8cm.塌落度均在20cm以上，可见，粉煤灰可以有效地改善混凝土的和易性。
1.3.2减水作用
在加气的和未加气的混凝土混合料中加入粉煤灰，通常可减少混凝土的需水量，原因是在于细料体积增大，特定和易性所需汗水量降低。虽然细料增加通常会提高用水的需求，但是粉煤灰圆形颗粒吸附于水泥颗粒表面，能起滚珠轴承的作用，降低了颗粒之间的摩擦，减弱了用水的需求。在同等塌落度条件下，粉煤灰含量相对较高的混凝土比不含粉煤灰的混凝土所需的用水量小。
1.3.3凝结时间
混凝土具备正常的凝结时间是很重要的，本次用525号普通硅酸盐水泥拌制混凝土，灰砂比为1：1.02，水灰比为0.24。
1.3.4硬化混凝土的强度和强度增加速率在粉煤灰超量取代法中，水泥取代率βc与σc超量系数是两个不定的因素，水泥取代率βc，决定粉煤灰取代水泥的量，超量系数σc决定粉煤灰掺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标号水泥，替代部分水泥后，强度的下降值由超量粉煤灰替代部分惰性的砂从而使强度增值相平衡。
1.3.5硬化混凝土冻融耐久性
当大部分水泥用粉煤灰替换时，会影响混凝土空隙体系的形成，对混凝土的耐冻性具有不良影响。要提高混凝土的抵抗冻融循环和化雪防冻侵蚀的能力，在粉煤灰混凝土中要保证有足够的小型气泡均匀地散布在水泥中，通常需要增加加气剂的用量，以保持含气量不变。加气剂用量大小取决于粉煤灰中碳的含量、烧失量、细度和有机物含量，其中碳的含量起决定性因素
1.3.6硬化混凝土碱-硅反应
在公路施工中，推广应用粉煤灰的一个重要原因是为了抑制碱-硅反应造成的膨胀。据研究发现：
①水泥中释放的碱首先与粉煤灰中的硅产生化学反应，而不是与集料中的硅发生反应；
②碱处在非膨胀钙-碱-硅凝胶中。因而，溶液中剩余的氢氧根离子不足以与活性集料中较大颗粒的内部材料发生反应，无法产生分裂的渗透力。
1.3.7粉煤灰混凝土的耐磨性
粉煤灰混凝土的耐磨性给人们的印象不佳，其实从许多试验资料粉煤灰混凝土耐磨性均大于基准混凝土，其原因是一方面掺入粉煤灰有利于胶凝物质对集料粘结性的提高；另一方面，粉煤灰玻璃微珠本身强度很高，即使在碾磨时，都碾不碎，很难磨细，替代了部分砂石后，反而提高了混凝土成品的整体耐磨性。
2、应用效果
2.1路面性能
有资料显示，在英国，某机场铺筑两条对比试验段路面，经4年飞机与车辆运行后，掺粉煤灰的一条车道，表面抗滑构造完好如初，而另一条却斑斑点点。
2.2经济效益与社会效益
（1）如以平均路宽9m、板厚24cm、每立方米混凝土取代50kg水泥用量、推广里程100km计算，约节约水泥10800吨，按市价水泥每立方米300元、粉煤灰每立方米40元，创造经济效益250多万元。
（2）以15%粉煤灰取代水泥计，江苏省每年可节约水泥约10万吨。
（3）利用粉煤灰修筑高等级混凝土路面，对综合利用火电厂废料、保护环境和带动地方经济具有重要意义。
3、公路施工中粉煤灰混凝土应用中的几点注意事项
（1）采取特殊措施保证粉煤灰混凝土中要有合理的加气量，以维持混凝土的耐久性；
（2）有些粉煤灰火山灰反应不足，会影响混凝土的质量；
（3）施工工地附近，不一定有合适的粉煤灰，运输费用或许会超过任何价格上的优势；
（4）改变粉煤灰的含量时，便要修改配合比。
由于水泥粉煤灰反应时要受到水泥性质的影响，不仅要测试和验证每种粉煤灰的资源，而且也要调查每个工程中采取的具体粉煤灰水泥混合料的性能。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200807/11710.htm
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