工程中摻粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用（一）
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁(yè)
一、 概述
早在2000多年前的古羅馬時(shí)期，人類就用火山灰與石灰混合作為膠凝材料，建造了許多雄偉的建筑物，例如萬(wàn)神殿，其直徑為44m的半球形穹頂就使用了12000噸這種膠凝材料和凝灰?guī)r輕骨料拌合而成的混凝土；還有聞名于世的圓形劇場(chǎng)等，這些建筑現(xiàn)在仍然安然無(wú)恙，2000年還有報(bào)道意利人正在翻修圓形劇場(chǎng)，準(zhǔn)備在那里面舉行盛的演出。今天在混凝土中摻用的粉煤灰，也是一種火山灰材料，量的實(shí)踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長(zhǎng)期性能得到幅度的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命有重要意義。
現(xiàn)在作為混凝土主要膠凝材料的硅酸鹽水泥，同樣是以石灰石和粘土為主要原料經(jīng)過(guò)煅燒生成的。它問(wèn)世于19世紀(jì)的30年代，至今尚不到200年歷史，因此用硅酸鹽水泥配制成混凝土建造的各種建筑物最長(zhǎng)只有100多年，而國(guó)內(nèi)近些年修建的一些土木工程結(jié)構(gòu)物運(yùn)行不多年，就出現(xiàn)各種病害，甚至很快就遭到嚴(yán)重的破壞。例如北京的西直門立交橋，運(yùn)行僅20年就不得不拆除重建；更有甚者，據(jù)某省交通科研所一位所長(zhǎng)坦言，那里的混凝土路面運(yùn)行三年不壞的很少！
80年代初，美國(guó)佛羅里達(dá)州建造了一座非常宏偉的跨海橋，在該橋的建設(shè)過(guò)程中，考慮到周圍的侵蝕性環(huán)境，在混凝土里摻用了量粉煤灰，工程質(zhì)量有很改善。因而在1983年修訂規(guī)范時(shí)，對(duì)原來(lái)隨意使用粉煤灰的規(guī)定進(jìn)行了修訂[1]。新規(guī)范（S-346）規(guī)定：在中度以上侵蝕環(huán)境中的橋梁上部結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土中，必須摻用粉煤灰。其中體積混凝土中粉煤灰的摻量為18~50%。
什么是體積混凝土？許多人至今仍認(rèn)為那就是指壩，也有些人把高層樓房的型基礎(chǔ)包括在內(nèi)。可是美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最限度減少開(kāi)裂影響的，即稱為體積混凝土。這個(gè)問(wèn)題下面還要談到。
摻粉煤灰混凝土的另一典型實(shí)例，是1982年英國(guó)的Garwick機(jī)場(chǎng)的停機(jī)坪擴(kuò)建工程，該工程在兩條相鄰的道面上對(duì)摻與不摻粉煤灰混凝土進(jìn)行了對(duì)比[2]。所用粉煤灰混凝土中粉煤灰用量達(dá)到46%。該工程經(jīng)運(yùn)行4年后所拍的照片清楚地顯示出：與純硅酸鹽水泥混凝土相對(duì)照，摻粉煤灰混凝土道面的表面層抗滑構(gòu)造仍基本完好，而前者則已坑坑點(diǎn)點(diǎn)，受到一定程度的破壞了。這個(gè)實(shí)際工程事例一方面說(shuō)明：在低水膠比條件下，即使摻有量粉煤灰，也可以獲得強(qiáng)度和耐久性都十分優(yōu)異的混凝土；另一方面，對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)沿用的，以28d齡期的快速實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)不同類型混凝土的耐久性提出了質(zhì)疑。
粉煤灰在混凝土公路路面中的應(yīng)用舉一個(gè)例子。Mehta教授曾提到[3]：在美國(guó)約70%的低交通量公路與地方公路需要升級(jí)，考慮用摻量粉煤灰代替水泥以降低造價(jià)，電力研究院(EPRI)出資搞了幾個(gè)示范工程：在北達(dá)科他州，1988和1989年夏天，用20000m3粉煤灰混凝土鋪筑厚為200mm的路面，其水膠比為0.43，水泥用量100Kg/m3、粉煤灰220Kg/m3。
加拿礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心（CANMET）自1985年以來(lái)，對(duì)摻量粉煤灰混凝土進(jìn)行了深入而廣泛的研究[4]，由于該國(guó)處寒帶地區(qū)，因此通常在混凝土里摻有引氣劑，并保持含氣量在5~6%，在這種前提下，以水泥150kg/m3，粉煤灰200kg/m3,通過(guò)高效減水劑將水膠比降到0.3左右，所配制的混凝土抗壓強(qiáng)度28天為30~40MPa；90天40~50MPa；1年50~60MPa。摻量粉煤灰混凝土的成功試驗(yàn)，使其在哈利法克斯的帕克林購(gòu)物中心施工中用于澆注巨的柱子，拌合物含55％低鈣粉煤灰、45％硅酸鹽水泥，以及就地取材的砂、石和高效減水劑。這些柱子一共用去700m3摻量粉煤灰混凝土；在哈利法克斯海邊處于海洋環(huán)境的建筑物群施工中也得到應(yīng)用。該建筑物位于海邊，包括兩幢商業(yè)廈的公共建筑，其32根直徑1.2m和30根直徑1.1m的框架柱沉箱，平均長(zhǎng)度在21m。采用摻量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗?jié)B性能優(yōu)異。在渥太華附近的衛(wèi)伏勞瑞達(dá)實(shí)驗(yàn)室，工程師們用CANMET開(kāi)發(fā)的摻量粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)了一個(gè)重360噸的混凝土平臺(tái)。為了降低水化熱，以粉煤灰、Ⅱ型（低熱）水泥、水、粗細(xì)骨料、引氣劑和高效減水劑混合配制。平臺(tái)的尺寸是7×8m，平均厚度2.25m，安放在多個(gè)充氣圓柱體上，因此其震動(dòng)與地面分離。由于粉煤灰混凝土特殊的品質(zhì)，發(fā)射火箭產(chǎn)生的沖擊不會(huì)引起平臺(tái)共振。隨著齡期增長(zhǎng)，平臺(tái)混凝土的共振頻率以每年0.05Hz的速度增長(zhǎng)，質(zhì)量越來(lái)越好。在該平臺(tái)上成功地發(fā)射了愛(ài)那克依火箭的事實(shí)雄辯地證明：粉煤灰混凝土可以看作是真正的太空時(shí)代的建筑材料。
根據(jù)CANMET在第二屆“高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用”國(guó)際研討會(huì)發(fā)表的論文[5]，以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，不摻引氣劑并摻高效減水劑將水膠比降至0.29，所配制的摻量粉煤灰高強(qiáng)混凝土7天強(qiáng)度可達(dá)34MPa；28天52MPa；90天70MPa；365天98MPa。
我們用內(nèi)蒙元寶山電廠1級(jí)粉煤灰、北京2級(jí)粉煤灰為原材料，同樣以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，并摻高效減水劑調(diào)節(jié)水膠比為0.30~0.38，配制的混凝土R3=30MPa；R28=50MPa；R1y=80MPa。根據(jù)分析，早期強(qiáng)度發(fā)展更快是因?yàn)樗盟嗪瑝A量較、活性高，并因此影響了后期強(qiáng)度發(fā)展幅度偏小。
在建筑工程中，我們與北京城建集團(tuán)總公司構(gòu)件廠合作，在自密實(shí)混凝土中摻用30~45%粉煤灰作為增粘劑，保證了這種混凝土有足夠粘聚性，不致發(fā)生離析與泌水現(xiàn)象，而且可在數(shù)小時(shí)里幾乎沒(méi)有坍落度損失，滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸后仍然能夠自密實(shí)的效果。該成果（摻量粉煤灰混凝土在建筑工程中的應(yīng)用）于1998年12月獲得北京市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
在公路工程建設(shè)中，由我們提供技術(shù)咨詢服務(wù)，自1994年以來(lái)于廣東深-汕等四條近100km高速公路路面混凝土中摻用粉煤灰20~40%，取得明顯提高滑模攤鋪機(jī)攤鋪路面板的質(zhì)量（提高路面宏觀平整度、明顯減少開(kāi)裂）、減小進(jìn)口設(shè)備損耗并降低水泥用量等技術(shù)與經(jīng)濟(jì)綜合效益。
早在2000多年前的古羅馬時(shí)期，人類就用火山灰與石灰混合作為膠凝材料，建造了許多雄偉的建筑物，例如萬(wàn)神殿，其直徑為44m的半球形穹頂就使用了12000噸這種膠凝材料和凝灰?guī)r輕骨料拌合而成的混凝土；還有聞名于世的圓形劇場(chǎng)等，這些建筑現(xiàn)在仍然安然無(wú)恙，2000年還有報(bào)道意利人正在翻修圓形劇場(chǎng)，準(zhǔn)備在那里面舉行盛的演出。今天在混凝土中摻用的粉煤灰，也是一種火山灰材料，量的實(shí)踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長(zhǎng)期性能得到幅度的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命有重要意義。
現(xiàn)在作為混凝土主要膠凝材料的硅酸鹽水泥，同樣是以石灰石和粘土為主要原料經(jīng)過(guò)煅燒生成的。它問(wèn)世于19世紀(jì)的30年代，至今尚不到200年歷史，因此用硅酸鹽水泥配制成混凝土建造的各種建筑物最長(zhǎng)只有100多年，而國(guó)內(nèi)近些年修建的一些土木工程結(jié)構(gòu)物運(yùn)行不多年，就出現(xiàn)各種病害，甚至很快就遭到嚴(yán)重的破壞。例如北京的西直門立交橋，運(yùn)行僅20年就不得不拆除重建；更有甚者，據(jù)某省交通科研所一位所長(zhǎng)坦言，那里的混凝土路面運(yùn)行三年不壞的很少！
80年代初，美國(guó)佛羅里達(dá)州建造了一座非常宏偉的跨海橋，在該橋的建設(shè)過(guò)程中，考慮到周圍的侵蝕性環(huán)境，在混凝土里摻用了量粉煤灰，工程質(zhì)量有很改善。因而在1983年修訂規(guī)范時(shí)，對(duì)原來(lái)隨意使用粉煤灰的規(guī)定進(jìn)行了修訂[1]。新規(guī)范（S-346）規(guī)定：在中度以上侵蝕環(huán)境中的橋梁上部結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土中，必須摻用粉煤灰。其中體積混凝土中粉煤灰的摻量為18~50%。
什么是體積混凝土？許多人至今仍認(rèn)為那就是指壩，也有些人把高層樓房的型基礎(chǔ)包括在內(nèi)。可是美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最限度減少開(kāi)裂影響的，即稱為體積混凝土。這個(gè)問(wèn)題下面還要談到。
摻粉煤灰混凝土的另一典型實(shí)例，是1982年英國(guó)的Garwick機(jī)場(chǎng)的停機(jī)坪擴(kuò)建工程，該工程在兩條相鄰的道面上對(duì)摻與不摻粉煤灰混凝土進(jìn)行了對(duì)比[2]。所用粉煤灰混凝土中粉煤灰用量達(dá)到46%。該工程經(jīng)運(yùn)行4年后所拍的照片清楚地顯示出：與純硅酸鹽水泥混凝土相對(duì)照，摻粉煤灰混凝土道面的表面層抗滑構(gòu)造仍基本完好，而前者則已坑坑點(diǎn)點(diǎn)，受到一定程度的破壞了。這個(gè)實(shí)際工程事例一方面說(shuō)明：在低水膠比條件下，即使摻有量粉煤灰，也可以獲得強(qiáng)度和耐久性都十分優(yōu)異的混凝土；另一方面，對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)沿用的，以28d齡期的快速實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)不同類型混凝土的耐久性提出了質(zhì)疑。
粉煤灰在混凝土公路路面中的應(yīng)用舉一個(gè)例子。Mehta教授曾提到[3]：在美國(guó)約70%的低交通量公路與地方公路需要升級(jí)，考慮用摻量粉煤灰代替水泥以降低造價(jià)，電力研究院(EPRI)出資搞了幾個(gè)示范工程：在北達(dá)科他州，1988和1989年夏天，用20000m3粉煤灰混凝土鋪筑厚為200mm的路面，其水膠比為0.43，水泥用量100Kg/m3、粉煤灰220Kg/m3。
加拿礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心（CANMET）自1985年以來(lái)，對(duì)摻量粉煤灰混凝土進(jìn)行了深入而廣泛的研究[4]，由于該國(guó)處寒帶地區(qū)，因此通常在混凝土里摻有引氣劑，并保持含氣量在5~6%，在這種前提下，以水泥150kg/m3，粉煤灰200kg/m3,通過(guò)高效減水劑將水膠比降到0.3左右，所配制的混凝土抗壓強(qiáng)度28天為30~40MPa；90天40~50MPa；1年50~60MPa。摻量粉煤灰混凝土的成功試驗(yàn)，使其在哈利法克斯的帕克林購(gòu)物中心施工中用于澆注巨的柱子，拌合物含55％低鈣粉煤灰、45％硅酸鹽水泥，以及就地取材的砂、石和高效減水劑。這些柱子一共用去700m3摻量粉煤灰混凝土；在哈利法克斯海邊處于海洋環(huán)境的建筑物群施工中也得到應(yīng)用。該建筑物位于海邊，包括兩幢商業(yè)廈的公共建筑，其32根直徑1.2m和30根直徑1.1m的框架柱沉箱，平均長(zhǎng)度在21m。采用摻量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗?jié)B性能優(yōu)異。在渥太華附近的衛(wèi)伏勞瑞達(dá)實(shí)驗(yàn)室，工程師們用CANMET開(kāi)發(fā)的摻量粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)了一個(gè)重360噸的混凝土平臺(tái)。為了降低水化熱，以粉煤灰、Ⅱ型（低熱）水泥、水、粗細(xì)骨料、引氣劑和高效減水劑混合配制。平臺(tái)的尺寸是7×8m，平均厚度2.25m，安放在多個(gè)充氣圓柱體上，因此其震動(dòng)與地面分離。由于粉煤灰混凝土特殊的品質(zhì)，發(fā)射火箭產(chǎn)生的沖擊不會(huì)引起平臺(tái)共振。隨著齡期增長(zhǎng)，平臺(tái)混凝土的共振頻率以每年0.05Hz的速度增長(zhǎng)，質(zhì)量越來(lái)越好。在該平臺(tái)上成功地發(fā)射了愛(ài)那克依火箭的事實(shí)雄辯地證明：粉煤灰混凝土可以看作是真正的太空時(shí)代的建筑材料。
根據(jù)CANMET在第二屆“高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用”國(guó)際研討會(huì)發(fā)表的論文[5]，以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，不摻引氣劑并摻高效減水劑將水膠比降至0.29，所配制的摻量粉煤灰高強(qiáng)混凝土7天強(qiáng)度可達(dá)34MPa；28天52MPa；90天70MPa；365天98MPa。
我們用內(nèi)蒙元寶山電廠1級(jí)粉煤灰、北京2級(jí)粉煤灰為原材料，同樣以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，并摻高效減水劑調(diào)節(jié)水膠比為0.30~0.38，配制的混凝土R3=30MPa；R28=50MPa；R1y=80MPa。根據(jù)分析，早期強(qiáng)度發(fā)展更快是因?yàn)樗盟嗪瑝A量較、活性高，并因此影響了后期強(qiáng)度發(fā)展幅度偏小。
在建筑工程中，我們與北京城建集團(tuán)總公司構(gòu)件廠合作，在自密實(shí)混凝土中摻用30~45%粉煤灰作為增粘劑，保證了這種混凝土有足夠粘聚性，不致發(fā)生離析與泌水現(xiàn)象，而且可在數(shù)小時(shí)里幾乎沒(méi)有坍落度損失，滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸后仍然能夠自密實(shí)的效果。該成果（摻量粉煤灰混凝土在建筑工程中的應(yīng)用）于1998年12月獲得北京市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
在公路工程建設(shè)中，由我們提供技術(shù)咨詢服務(wù)，自1994年以來(lái)于廣東深-汕等四條近100km高速公路路面混凝土中摻用粉煤灰20~40%，取得明顯提高滑模攤鋪機(jī)攤鋪路面板的質(zhì)量（提高路面宏觀平整度、明顯減少開(kāi)裂）、減小進(jìn)口設(shè)備損耗并降低水泥用量等技術(shù)與經(jīng)濟(jì)綜合效益。
