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粉煤灰在工程中的应用

作者: 小薇 来源:未知 2018-04-04 09:07 阅读:

本网摘要:概述 粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是火力发电厂锅炉排出的主要固体废物。随着社会经济的发展,社会上各个行业对粉煤灰进行开发和利用,加上近几年来我国国家建设中市政道路迅猛发展,对粉煤灰的利用率越来越高,不仅仅将粉煤灰这一工

概述 
  粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是火力发电厂锅炉排出的主要固体废物。随着社会经济的发展,社会上各个行业对粉煤灰进行开发和利用,加上近几年来我国国家建设中市政道路迅猛发展,对粉煤灰的利用率越来越高,不仅仅将粉煤灰这一工业废料成功解决掉,而且将它转变成各种有利用价值的工业原料。粉煤灰的合理化应用,不但使工程造价大大降低,而且可以节约土地资源,保护环境。然而在粉煤灰的应用中,土木工程领域占据了很大一部分。目前我国粉煤灰形势虽然依然严峻,治理粉煤灰费耗巨大,但是土木工程领域粉煤灰的合理化应用很大程度上解决了这方面的问题。粉煤灰在土木工程领域的应用不仅仅解决粉煤灰的处理难题,而且促进了土木工程长远的发展。
    我国热电厂粉煤灰年排放量接近一亿吨,而利用率只有25%,大量粉煤灰贮入灰场,部分甚至流入江河。不仅占用土地,耗费资金,而且严重污染环境。鼓励粉煤灰的综合利用是国家的一项长期技术经济政策。
    国外对粉煤灰在工程中的应用研究一直很重视。许多发达国家70年代粉煤灰的利用率已经超过50%,80年代以来在土建工程中大量利用粉煤灰作填料。90年代初,日本开始进行粉煤灰作铁路路基填料的研究。在使用石膏添加剂的粉煤灰填筑路基方面有很大进展[1,2]。
    国内对粉煤灰用于工程的研究起步较晚,80年代初,水电部门开始研究粉煤灰贮灰坝和粉煤灰混凝土[3|,而公路部门进行了粉煤灰筑路的研究[4|,并进行了若干路段的原位试验。而后在上海、天津、西安等地大量使用粉煤灰修筑公路路堤。
  然而,粉煤灰在铁路正线建设中的应用至今还是空白。铁路工程中的土石方调配数量大,占用耕地多,能够为粉煤灰的大规模利用(而非作为建筑材料掺加剂的小数额利用)开辟广阔前景。当粉煤灰运价低时,可以考虑用其代替土方填筑路堤。这样,一方面变废为宝,保护了环境,另一方面,减少了耕地的占用量,降低了铁路造价。
    为此,结合工程进行了粉煤灰工程性质的室内试验、粉煤灰填筑铁路路堤的现场压实试验和载荷试验、粉煤灰中加筋条的室内拉拔试验和加筋粉煤灰铁路挡墙现场试验。本文在总结这些成果的基础上探讨粉煤灰用于铁路正线路基建设的可行性和开发研究设想。
 一、粉煤灰产生的效应
    (一)和易性效应。混凝土和易性主要受浆体的体积、水灰比、配合比设计、骨料的级配、形状、孔隙率等因素影响,其中粉煤灰是影响混凝土和易性的重要因素。由于粉煤灰在混凝土中特性之一是增大浆体的体积(相同质量粉煤灰的体积要比水泥约大30%)。如果我们在混凝土中较好的利用粉煤灰特性,用粉煤灰取代等重量的水泥(根据强度要求按重量比大于1:1用粉煤灰取代水泥时,又称超量取代),多加的粉煤灰增大了细屑含量,因此增大了浆体--骨料比。大量的浆体填充了骨料间的孔隙,包裹并润滑了骨料颗粒,从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料颗粒可以减少浆体--骨料间的界面磨擦,在骨料的接触点起滚珠轴承效果,从而改善了混凝土的和易性。
    (二)泌水效应。粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足,中断砂浆基体中泌水渠道的连续性。同时,粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下,会使混凝土的用水量有不同程度的降低。因而,掺用粉煤灰对防止混凝土的泌水是有利的。
    (三)拌和物引气作用效应。混凝土的空气含量一般在3%以内,与水泥的细度、骨料形状、级配以及震捣密实的程度等有关。当混凝土中掺入粉煤灰时,由于细屑组分的影响会使混凝土的空气含量减少1%左右。对烧失量超过6%的粉煤灰,由于碳颗粒在冷却过程中变成了封闭的玻璃态,因而防止了对引气剂的吸附,保持了混凝土拌和物的原有含气量。
    (四)凝结时间效应。掺粉煤灰的混凝土虽然初凝、终凝一般都能满足规范要求,但由于受其掺量、细度、化学成分等因素影响,混凝土会出现凝结时间延长,导致出现缓凝现象。然而,与水泥性能、用水量、环境温度、湿度等因素相比,粉煤灰对混凝土凝结时间的影响是极小的。
    (五)抗压强度效应。混凝土的抗压强度主要取决于水灰比,对掺与不掺粉煤灰的混凝土,如果二者的早期强度相同,则粉煤灰混凝土的后期强度将高于不掺的,粉煤灰对混凝土有三重影响:减少用水量、增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。
    当原材料和环境条件一定时,掺粉煤灰混凝土的强度增长主要决定于粉煤灰的火山灰效应,即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与混凝土的水泥浆体中的Ca(OH)2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙。一些研究认为:粉煤灰在混凝土中,当Ca(OH)2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时,就开始发生火山灰效应。但由于在Ca(OH)2薄膜与粉煤灰颗粒之间存在着水解层,钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性成分反应,反应产物在层内逐渐聚集,水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时,不会使强度有较大增长。随着水解层被反应产物充满,粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系,从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长,这就是掺粉煤灰的混凝土早龄期强度较低,后龄期强度增长较多的主要原因。
    (六)水化热效应。混凝土中水泥的水化反应是放热反应。在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热,原因是减少了水泥的用量。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量。
    由于近年来大型、超大型混凝土结构的建造,构件断面尺寸相应增大;混凝土设计强度等级提高,使所用水泥等级提高,单位用量增大;又由于实行水泥新标准后,使早强矿物硅酸三钙含量提高,粉磨细度加大,这些因素的叠加,导致混凝土硬化过程温升明显加剧,温峰升高。在达到温峰后的降温期间,混凝土产生温度收缩(也称热收缩)引起弹性拉应力;另一方面混凝土的水灰比(水胶比)降低,早期水化加快,混凝土的弹性模量随强度提高而增大,进一步加剧弹性拉应力增长。这是导致近些年来许多结构物在施工期间,模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。这种硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长,为了防止可见裂缝的出现,通常采取外包保温的方法,以减少内外温差,因而被认为是有效措施得到迅速推广。但却忽略了,由于外保温阻碍了混凝土水化热的散发,进一步加剧体内的温升,使混凝土体内温度继续升高,水泥水化加速,早期强度发展更加迅速,因此也更容易出现裂缝,只是由于钢筋的约束和对应力的分散作用,使少量宽而长的可见裂缝转化为大量分散的不可见裂缝,它们将为侵蚀性介质提供通道,影响结构的使用功能。
    与纯水泥混凝土一样,掺粉煤灰的混凝土由于水泥的水化随本体温度升高而加快,强度发展也因此加快。这使得粉煤灰混凝土,包括大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下,很快通过最初的缓慢凝结与硬化期,强度的发展迅速加快。有研究资料表明掺适当比例的粉煤灰后,不仅温升可以降低,使混凝土因温度收缩和开裂的危险减少,同时由于温升相同,其抗压强度在3d之前就超过了不掺粉煤灰类混凝土。
    (七)冻融耐久性效应。当粉煤灰质量较差、粗颗粒多、含碳量高时,都会对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加,其抗冻融耐久性剧烈降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比,则可以收到改善抗冻融耐久性的效果。试验资料表明,掺粉煤灰的混凝土水灰比在0.50以下,粉煤灰掺量在30%以内,混凝土抗冻融耐久性降低较少。此外,掺粉煤灰的混凝土只要抗压强度与含气量与不掺粉煤灰的混凝土相同,即在等强度、等含气量条件下,掺粉煤灰混凝土与不掺粉煤灰混凝土具有相等的抗冻融耐久性。关键在于混凝土引气后硬化混凝土中存在均匀分布的微气孔,这些微气孔在混凝土受冻时可容纳水结冰时所增大的部分体积。使混凝土免于因冰胀作用而破坏。
    (八)炭化和钢筋阻锈效应。通过长期研究和工程实践,尤其是近年来的工程调研资料表明,防止掺粉煤灰混凝土炭化,首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实度。密实度差的不掺粉煤灰的混凝土同样有碳化问题。研究和调查结果表明,当用矿渣水泥掺15%粉煤灰,普通水泥掺20%粉煤灰,硅酸盐水泥掺25%粉煤灰时,采用超量取代法设计混凝土配合比,满足等稠度和等强度的要求时,掺粉煤灰的混凝土抗碳化性能、钢筋锈蚀性能与不掺粉煤灰混凝土相比均明显增大。
二、粉煤灰的化学组成和物理力学性质
    为探讨粉煤灰组成成分对其工程性质的影响,对青岛四方、淄博南定两个热电厂的粉煤灰取样进行了全面的室内实验。
(一) 化学组成
    粉煤灰室内实验成果见表1。粉煤灰的化学成分和颗粒级配随燃煤的品种、燃烧设备、燃烧方式和排灰方式的不同而有所不同。但主要成分是s.0,和A|,0 3,两项含量超过70%。一定含量的c a0使得粉煤灰有自凝聚作用,即随着龄期的增长,其强度有所增长。此外还有其它含量较少的盐类。其pH值约为14,呈碱性。高,非饱和粉煤灰的φ值一般超过30度,而且具有一定的粘聚力。对比试验发现,饱和后粉煤灰的强度和变形降低很小,不足5%,证明其水稳性很好。
(二)粉煤灰的击实特性
http://www.tielu.cn/d/file/2013-06-28/155ddf0a92d51a6b5b99994231507f01.png
为了进一步探讨粉煤灰填筑铁路路堤的可行性,确定工程技术措施,1993年在青岛四方电厂专用线修建了一段40 m长的试验路堤。进行了压实试验和承载力试验,施工按课题组推荐的设计断面进行,即堤心填筑素粉煤灰,两侧边坡及堤顶包50 cm厚的砂粘土,分层填筑,人工摊铺,采用光面碾和轮胎式铲运机碾压。碾压试验结果见图2。试验表明:虚铺40 cm,含水量控制在30%左右,碾压5遍,压实系数可达90%以上。试验还发现:一方面粉煤灰的现场可压实性比室内击实试验要好得多,另一方面,轮胎式铲运机和羊足碾优于光面碾。这是粉煤灰的一个重要特征,文献[1]也得出了相似结论。分析其原因,主要是由于粉煤灰类似于粉砂和粉土,在既受剪又受压的应力状态下比只受正压力的应力状态下更容易压实。
(三)承载力试验
    圆形荷载板面积2 500 cm 2,加荷级差50 kPa,最大加荷550 kPa,总压缩量5.7 m m,共进行了两组平行试验。静力触探采用M卜15型静力触探仪,平均贯入阻力为16.1 M Pa,共进行了3组平行试验。由上述两种试验测得路堤的承载力标准值大于160 kPa。可见粉煤灰易于压实,强度高,符合铁路路基设计规范对承载力的要求。由于粉煤灰的强度随龄期增长,因此,上述强度值是最低强度。
(四)试验段运营状况
    试验路堤已运营5年,历经了多次大到暴雨的考验,下沉甚微,也未出现其它病害,状况良好。证明粉煤灰填筑铁路专用线路堤是完全可行的。
    在四方电厂积累经验以后,1994年又在淄博南定电厂用粉煤灰填筑铁路专用线路基,交付运营三年,线路状态完好,无任何不良现象。
三、利用粉煤灰填筑路堤的技术措施
    粉煤灰填筑铁路专用线路堤不需要专门施工机械,只需采用如下技术措施:
    (一)室内击实试验及现场碾压试验表明,粉煤灰可以在小于最佳含水量较宽的含水量范围内进行施工,这为粉煤灰路基的施工提供了很大的方便。具体的含水量控制是,运输时,最好接近施工含水量,不宜低于20%,以免飞扬;采用重型碾压机械时,施工含水量宜控制在25%~35%;采用轻型碾压机械时,施工含水量宜控制在30%~40%,含水量不足应洒水,过量应凉晒,无论如何不得超过最佳含水量。
   (二)应采用羊足碾或轮胎式碾压机械,不宜使用光面碾。
   (三)在路基两侧及顶部要设置50 cm厚的砂粘土包层。包层必须与粉煤灰同步填筑、同步压实,以使灰土形成一个整体。外包层对粉煤灰的稳定至关重要,运营期间如有冲蚀要及时修补。
    (四)粉煤灰的压实标准为:基床表层95%(木目当于修正普氏标准86%),表层以下90%(木目当于修正普氏标准81%),一般虚铺厚度为30 cm,重型机械表层碾压6~7遍,表层以下5~6遍,轻型机械适当增加2~3遍,即可达到上述要求。
    (五)由于饱和松散粉煤灰有液化现象,因此,路堤底部应高于地下水位或长期滞水0.5 m以上,否则应在粉煤灰以下设置隔水垫层。粉煤灰不得填筑浸水路堤。
四、粉煤灰在建筑材料方面的应用 
  目前粉煤灰大量的应用于土木工程的建筑材料方面,主要应用于混凝土、烧结砖、墙材制品等。 
 (一)粉煤灰在混凝土上的应用,主要是作为一种添加剂添加在混凝土中。添加粉煤灰的混凝土的各项物理力学性能都有提高或者改善。 
  首先,在力学强度方面,由于粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒,使水泥水化更充分,提高了水泥浆的密实度,有利于混凝土中的骨料——水泥浆界面强度的提高;而且粉煤灰颗粒与氢氧化钙反应生成了水化硅酸钙胶体,极大的提高了混凝土的强度。其次,混凝土中添加粉煤灰可以减小混凝土的徐变。实验表明与普通混凝土等强度的粉煤灰混凝土在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。 
  另外,添加粉煤灰能有效降低混凝土的水化热,有利于降低混凝土的绝热升温。由于添加的粉煤灰减少了混凝土的孔隙,使混凝土的抗渗性明显提高,从而改善了混凝土的抗化学腐蚀的能力,还能有效地减小反应引起的混凝土膨胀,很大程度地提高了混凝土的耐久性。而且添加粉煤灰可以改善混凝土的和易性,提高混凝土的抗渗性和抗锈蚀性。 
 (二)粉煤灰烧结砖。粉煤灰烧结砖是以粉煤灰为主要原料,掺入煤矸石粉或粘土等胶结砖料,经一系列的工序而制成的砖块。粉煤灰烧结砖是以粉煤灰为主要原料,粉煤灰掺入的质量不小于总质量的一半,粘土等胶结料则应为次要或辅助原料。粉煤灰在烧结砖中具有成孔加气作用,可以制成高孔隙率、高绝热能力的轻质烧结砖。大量掺入粉煤灰的粉煤灰烧结砖的保温性能由于引起材料体积密度的变化,从而使导热系数发生巨大改变,导致其影响了材料的保温性能。并且由于空隙度增大,因而大大地增强了烧结砖的保温性能。 
五、粉煤灰在道路方面的应用 
(一)粉煤灰用于路面基层。目前,随着我国经济的迅猛发展,粉煤灰类基层已成为我国公路,特别是高速公路路面基层的主要类型。现在常采用掺加化学添加剂或水泥以加速石灰和煤灰混合料强度的形成。 
(二)粉煤灰用于路面面层。粉煤灰可以用于沥青混凝土路面面层。粉煤灰可以显著改善沥青混凝土路面的水稳性和温度稳定性,有利于通过提高沥青路面的质量来达到延长路面的使用时间的目的。高粉煤灰用量的混凝土开始于20 世纪60 年代的英国、美国等一些国家的混凝土路面工程,其抗压强度和和易性以及抗弯强度相较于普通混凝土毫不逊色。因此,粉煤灰混凝土不仅用于普通路面,而且使用于高级路面。 
(三) 粉煤灰填筑道路路堤。粉煤灰路堤是一种轻质路堤,可以很大程度地减轻软土土基的附加应力。利用粉煤灰填筑路堤可不用掺加其它材料,也不需要很多工时。路堤可采用全灰,也可采用间隔灰。由于道路路堤土方量大,所以用粉煤灰填筑路堤是大量使用粉煤灰的有效途径,可以大量处理粉煤灰工业废料。 
(四) 粉煤灰用于加筋挡墙工程。加筋粉煤灰挡墙是由加筋挡墙发展起来的,它属于柔性结构,对于软土地基的适应性较强,因而可采用天然地基。 
  粉煤灰在道路工程中的应用有着广泛的前景,在应用中只要找出与其它材料最合适的配合比设计,便可以应用。但是由于各地粉煤灰的种类不同,因而需要结合具体情况进行分析应用。 
六、粉煤灰在建筑施工方面的应用 
  粉煤灰在建筑施工方面的应用主要是体现在在混凝土和建筑砂浆中的应用,在混凝土中的应用上文已经介绍,下面主要介绍粉煤灰在建筑砂浆中的应用。 
 (一)粉煤灰掺入砂浆后,会影响砂浆的性能,由于粉煤灰存在大量微粒的作用,这不仅可以降低砂浆的需水量,还能促使砂浆体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。 
 (二)粉煤灰含有的硅铝质玻璃体在有水条件下与氢氧化钙发生反应并生成具有胶凝性水化物。在粉煤灰玻璃体微粒表层生成的反应产物,与水泥水化物类似,这使抗拉强度的增加,极大地改善了砂浆的性能。 
  粉煤灰颗粒均匀分布于水泥砂浆之中。对粉煤灰颗粒和水泥净浆间及水泥紧密处的显微研究表明,随着水化反应的进行,粉煤灰和水泥浆体的界面接触越来越紧密。在界面上形成的粉煤灰水化凝胶的硬度大于水泥凝胶。粉煤灰微粒在水泥浆体中分散状态良好,有助于改善新拌砂浆的硬化。可见粉煤灰在建筑砂浆中的应用极大地改善了建筑砂浆的性能。4加筋粉煤灰铁路挡墙
   (三) 如果粉煤灰能够填筑铁路路堤,也必定能够成为铁路支挡建筑物的填料。有人进行过公路加筋粉煤灰挡墙的研究,但铁路加筋粉煤灰挡墙的研究尚无先例。作为粉煤灰工程性质综合研究项目的一部分,进行了粉煤灰中钢筋混凝土筋条拉拔室内试验和加筋粉煤灰挡墙现场试验。
七、室内筋条拉拔试验
    模型槽尺寸为1.08 m×0.47 m×1.o m,采用镀锌铁带和混凝土板两种筋条。共进行了68根次不同埋深、不同密实度和不同含水量粉煤灰中的筋条拉拔试验。
    室内试验得到的一个耐人寻味的结论是,混凝土筋条的视摩擦系数不小于1.5。这一数值比直剪仪中测得的粉煤灰内摩擦系数大得多,也比改造的直剪仪中粉煤灰与混凝土接触面上的视摩擦系数大得多,这一结论也被后来的现场试验所证实。
现场筋条拉拔试验
 
现场试验工点在青岛四方热电厂铁路专用线上的加筋粉煤灰挡墙。墙高3.4m,长75.6m,矩形面板75 cm×55 cm×1 0 cm,筋条断面为20 cm×7 cm,每一段长1 m,总长4.0~5.0 m。共设三个断面,断面1和断面2为拉拔试验断面,断面3为静力测试断面。每个断面自下而上等距排列5根筋条。现场拉拔试验曲线见图3,由钢筋混凝土筋条的拉拔试验确定的极限摩擦系数平均值为1.526,与室内试验的1.5吻合很好。钢筋混凝土筋条的视摩擦系数比较大的原因是:①筋条表面粗糙,而粉煤灰被碾压后很密实。筋条受拉后引起筋条附近粉煤灰的剪胀是不可避免的。形成筋条附近应力集中,引起视摩擦系数增大。②由于分段连接的钢筋混凝土筋条在铺设时不可能完全平直,在受拉过程中有“被动土压力"的作用,使视摩擦系数增大。
    目前,加筋土工程中视摩擦系数的设计值,一般是将极限视摩擦系数除以2~3的安全系数后得到的。故建议粉煤灰与钢筋混凝土筋条间的视摩擦系数设计值取0.5~o.75。
    从竣工后一年的测试结果可以看出,由于粉煤灰内部应力的调整和粉煤灰长期强度的提高,墙后土压力明显减小。
八、加筋粉煤灰试验挡墙的运营状况
    竣工至今三年,墙面平整如初,没有凸凹现象。墙顶路基面稳定,未见异常。
    加筋粉煤灰挡墙与普通加筋土挡墙的设计施工基本一致,仅需注意以下问题:①粉煤灰的腐蚀性强,应采用耐腐蚀筋条或对筋条进行防腐处理。使用钢筋混凝土筋条时应在段与段之间的接头处包沥青布防腐。②与粉煤灰路堤相似,在路基顶面和裸露边坡处,包50 cm厚砂粘土保护层。尽量采用羊足碾或轮胎式机械进行碾压。③铺设筋条时,筋条与墙面板卡环连接处务必拉紧,不留有缝隙,以免墙面板产生过大的侧移,导致整个墙面凸凹不平。
九、结论
    通过一系列试验和理论研究得出如下结论:
    (1)粉煤灰用作铁路专用线路堤或加筋土挡墙的填料是完全可行的;
    (2)粉煤灰用作填方(尤其是包层后)时,可溶物对环境的污染低于环保部门的限值;
    (3)粉煤灰作填方时其含碳量(即烧失量)可以突破8%的限制;
    (4)粉煤灰压实时,羊足碾和轮胎式机械优于光面碾;
    (5)压实系数为90%时(现行规范),压实粉煤灰承载力不低于160 kPa;
    (6)加筋粉煤灰挡墙的侧向土压力合力大小介于静止与主动土压力之间;
    (7)一系列研究表明,粉煤灰具有容重小、强度高、易于压实、水稳性强等许多优点,用作铁路正线路基填料的前景也是光明的;
    (8)对粉煤灰用于铁路正线路基的主要担心是铁路正线运量大、行车密度高、冲击动载大。动载长期作用下是否会出现诸如“颗粒破碎"、  “积累变形大"等病害。笔者认为,粉煤灰的颗粒很小觇表1),且随着龄期的增长压实粉煤灰具有自凝聚性。与细粒土类似,普通荷载要改变其颗粒结构是不可能的。另一方面,主要承担动载作用的基床表层是粉煤灰的包层,可使用规范规定的标准填料填筑或加固;即使是重载铁路,路基面以下0.5 m处的最大应力也不大于50 kPa,远远低于1 60 kPa。研究证明,压实粉煤灰的变形小于一般粘性土;
    (9)对粉煤灰的另一担心是其液化现象[7]。但液化必须具备两个条件:饱和、松散。只要排水、隔水措施得力,不将粉煤灰用于浸水地区和降雨量富足地区,液化问题也可以避免。
粉煤灰的这些特性决定了其在公路中利用的基础和优势。
  既可废物利用,又能提高工程质量,还可增加经济效益。粉煤灰作为混凝土的掺和料,可以替代一定量的水泥,由于粉煤灰的价格仅是水泥价格的三分之一,故虽在混凝土中超量取代水泥,但其直接经济效益也是很明显的。
  在混凝土中掺加粉煤灰,填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层,由于粉煤灰的容重只有水泥的 2/3 左右,而且粒形好,因此能填充得更密实,在水泥用量较少的混凝土里尤其显著; 而且对水泥颗粒起物理分散作用,使其分布得更均匀,在水胶比较低时,水化缓慢的粉煤灰可以提供水分,使水泥水化得更充分。还可延缓水化速度,减小混凝土因水化热引起的温升,对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。又因粉煤灰比重小,增加了胶结材料的体积。
  如果掺入的粉煤灰的重量超过取代水泥的重量,那么粉煤灰增加的部分可以代替部分细集料,从而改善了细集料的级配,使浆体与集料比值有更大的增加,有足够的砂浆来填充空隙,从而提高了混合料的内聚力和流动性,改善了混凝土的质量。
  综上所述,在混凝土中掺入粉煤灰具有使混凝土后期强度高、干缩性小、和易性好、水化热低、抑制碱骨料膨胀、抗硫酸盐腐蚀性能好、改善混凝土质量等优点。但取代水泥量按强度等级的不同而异,即强度等级较低的取代量大,强度等级较高的取代量小,其超量系数则也相应由大到小。通过试验掺入粉煤灰混凝土的水灰比较基准混凝土小,这对提高混凝土的强度、密实度及减少收缩都是有利的; 其早期的强度比基准混凝土略低,后期强度则有一些明显的优势。这在常规施工中,尤其是大体积混凝土和泵送混凝土工程中应用效果十分显著。
  工程实例: 蒙蚌高速公路的怀洪新河特大桥主桥施工,此桥主桥为 30 + 7 ×45 + 30( m) =375m九跨一联预应力混凝土等截面连续梁,斜腹板,按双幅布置,单箱单室箱形梁,采用 C50 混凝土。施工图设计规定,上部构造箱梁 0 ~2 号块及边跨 6. 35m段采用托架和支架施工。其余梁段均采用挂篮悬臂浇注,单 T 划分为 6 个梁段,施工最大悬臂长度21. 5m,悬浇块件最大长度 3. 5m,主桥 14#~ 17#墩又全位于水中,受闸道不定时放水和流水的影响,给混凝土浇注造成很大困难。主桥箱梁悬臂浇注混凝土设计强度为 C50,梁段混凝土强度达设计强度的90% 以上时方可施加预应力,为加快工程进度,争取工期,并满足现场施工需要,要求在尽量短的时间内达到设计张拉强度,且初凝时间不宜过短,混凝土坍第 6 期 北 方 交 通·59·落度控制在 12 ~ 15cm。所需配合比除符合上述条件外,还要考虑外界因素的影响:
  ( 1) 夏季气温较高,混凝土凝结速度加快;( 2) 主桥位于水中,致使输送泵管加长,容易引起管道堵塞;( 3) 河东浇注时,混凝土运输车需绕道而行,容易产生离析和坍落度损失;( 4) 水泥费用较高,在确保混凝土收缩性、和易性、耐久性和结构强度的前提下,尽量节约水泥。
  考虑到上述因素,用不掺粉煤灰的基准混凝土和掺入不同量粉煤灰的混凝土进行试拌、试配,研究用水量及坍落度之间的变化,掺入粉煤灰后混凝土用水量可降低,在相同用水量的情况下坍落度则明显提高。掺入一定量粉煤灰后,提高了混凝土的工作性,最后在混凝土中掺加减水剂和粉煤灰,减水剂采用南京江宁道路建设材料厂生产的 JM - A 高效减水剂,掺量为 0. 9%,可改善混凝土和易性、保水性、可泵性,提高混凝土的早期强度; 粉煤灰采用安徽平圩电厂生产 I 级粉煤灰,可改善混凝土的和易性,由于粉煤灰含有一定数量的玻璃珠,可提高混凝土的可泵性。最终配合比为: 水泥用量 442kg/m3、粉煤灰用量 70kg/m3、砂用量 642kg/m3、碎石用量1092kg / m3、外加剂用量 4. 61kg/m3、水用量 174kg/m3。在整个施工过程中,未出现卡管、离析等现象,拆除模板后外观质量良好,28d 后进行实体检测强度等指标完全满足规范要求,不仅提高了工程质量,加快了工程进度,还带来了一定的经济效益。
 粉煤灰在水泥混凝土路面中的应用高速公路采用水泥混凝土路面是我国公路路面主要形式之一,它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点,然而因长期直接经受车辆荷载的反复作用,车轮对路面的冲击、挤压以及路面上坚硬物质的不断磨损破坏,所以要求路面混凝土能满足混凝土路面摊铺工作性( 和易性) 、弯拉强度、耐久性与经济性的要求。掺入粉煤灰,是提高水泥混凝土性能的有效技术手段。
  粉煤灰大部分成分为玻璃微珠和颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体,这些成分具有强度高、耐久性好、颗粒细等特点,有利于降低混凝土的含气量,将其掺入混凝土中能改善混凝土的工作性能,提高混凝土的耐久性和抗折强度; 因水泥混凝土路面的抗磨性与强度成线性正比的关系,故随着路面抗折强度的提高,抗磨性也随之提高; 掺入粉煤灰可降低混凝土的泌水率,有利于混凝土的运输; 还可降低水泥水化速度,混合料凝结时间延长,有利于高温季节施工,并有利于远距离运输。
 我国自 1994 年后,使用滑膜机械将粉煤灰应用在高速公路水泥混凝土路面工程中,到目前为止,使用掺入粉煤灰的水泥混凝土路面的高速公路有广东广花高速公路 10km、深汕高速公路 320km、佛开高速公路 50km、湖北省黄黄高速公路 80km 等。
  粉煤灰在公路路堤上的应用粉煤灰路堤是指全部采用粉煤灰或部分采用粉煤灰填筑的公路路堤。路堤施工中使用粉煤灰,可以减少与农业争地,采取一定技术措施,能够满足不同等级公路的技术要求。粉煤灰质轻、多孔隙、颗粒均匀,具有重量轻、压缩性小、渗透性好、摩擦系数大、强度高等优点,其路用性能满足公路路堤的技术要求,特别适用于软弱地基上高路基的修筑,能充分利用粉煤灰质量轻的特点,减轻路堤自重、减轻软土地基的附加应力,从而减少总沉降并提高路堤的稳定性。粉煤灰吸水量大,泄水能力强,施工压实含水量要求范围比较宽,给施工带来方便,尤其是雨季施工,更能体现出其优越性。
  修筑粉煤灰路堤必须掌握好摊铺厚度、含水量控制、压实机械的选择和压实遍数等几项关键因素。
十、结论 
  粉煤灰作为一种需要国家投入大量资金处理的工业废料,在土木工程领域具有很大的使用市场,这不仅可以解决粉煤灰的占用土地、环境污染的问题,还可以将其作为有利用价值的资源进行利用,而且极大地降低了土木工程的成本。粉煤灰在土木工程方面利用的前景广阔,今后的重点应是推行大用量低成本高质量的粉煤灰在土木工程上使用的新技术。

编辑:小薇


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