高摻量粉煤灰混凝土的性能及其應用分析

王喆 顏銘 王延璞

國外大量研究結果表明優化配合比的高摻量粉煤灰混凝土不僅可以節約大量水泥、降低水化熱升溫、改善混凝土和易性，還具有高強度、高抗滲透性、高耐磨性以及低收縮性等優良的結構性能。目前，我國正在進行長壽命路面的研究，而HFCC在路用性能及其經濟效益方面具有獨特的優勢，因此，研究它的性能及其在長壽命路面中的應用具有一定意義。

1 HFCC的路用性能

1)HFCC的干縮性。由于粉煤灰顆粒較粗，摻入到混凝土后，顆粒中含有較多的自由水，而且在生產規定的混凝土流動時，需要加大水量，混凝土的干縮變形主要是由于混凝土中的水分蒸發引起的，因此，混凝土中加入粉煤灰后干縮值會變大。在原材料一定的條件下，混凝土的配合比對干縮率有很大的影響?；炷恋母煽s率隨齡期的增長而增大，齡期內增長較快，齡期后增長速度相對要慢。水膠比相同時，干縮率隨粉煤灰摻量的增加而降低。水膠比小時，膠凝材料用量大，混凝土的干縮率就大，因此，在粉煤灰摻量相同時，水膠比越小，干縮率越大。

2)HFCC的抗壓與抗折強度。水泥混凝土路面力學性能的主要控制指標是抗折強度，同時以抗壓強度為參考。對不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標號為1，2，3，4，5，對其28 d的抗壓強度和抗折強度進行了分析，如圖1，圖2所示。由圖1，圖2可以看出，摻粉煤灰的混凝土抗壓強度和抗折強度都隨粉煤灰摻量的增加而降低，而且粉煤灰含量超過35%時，其抗壓強度和抗折強度都小于不摻加粉煤灰的混凝土。同時，早齡期摻加粉煤灰的混凝土強度偏低，但粉煤灰的加入減少了水泥顆粒在拌和時的絮凝傾向，有利于形成均一、穩定、密實的漿體，加之火山灰反應的作用，混凝土的后期強度明顯增長。而當粉煤灰含量達到一定程度后，繼續增加粉煤灰摻量，降低了水泥用量，使火山灰反應不能充分進行，從而導致強度降低。

3)HFCC的抗滲性與抗凍性?？節B性在很大程度上決定了混凝土的耐久性，粉煤灰可以改善混凝土的孔結構，提高混凝土的抗滲性能。對不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標號為1，2，3，4，5，對其28 d的抗滲標號的分析見圖3。

由圖3可知，當硅粉摻入率和引氣減水劑一定時，混凝土抗滲透性能隨著粉煤灰取代率的增加而降低，但都比不摻加粉煤灰的混凝土要高，表明混凝土中摻入粉煤灰后能夠顯著提高密實性能和抗滲透性，這是由于粉煤灰使其滲透通道比不摻加的混凝土更彎曲，另外火山灰反應生成的水化硅酸鈣凝膠，能填塞水泥石中的滲透通道，增強混凝土的密實度;同時其孔徑分布也與不摻加粉煤灰的混凝土不同，前者大孔的數量較少，滲透系數較小，具有良好的抗滲能力。但短齡期HFCC的抗滲性能比不摻加粉煤灰的混凝土要低，長齡期的HFCC的抗滲性相當好?；炷恋膬鋈趽p壞、裂縫等大都是混凝土中浸水引起的。而低滲透性能夠降低進入混凝土的水分，故也能增加混凝土的耐久性。隨粉煤灰摻量的增多，混凝土中拌合物的和易性會更好;由于混凝土中的火山灰效應，混凝土中空隙尺寸與空隙率減小，氫氧化鈣晶體減小，且分布均勻，因此，高摻量粉煤灰混凝土有較好的抗凍性。

4)HFCC的耐磨性?；炷恋哪湍バ耘c強度有關，而其強度隨著粉煤灰取代率的增加而降低，進而耐磨性減弱。對不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標號為1，2，3，4，5，對其28 d的磨耗率的分析見圖4。

由圖4可知，當粉煤灰取代率為25%～30%時，耐磨性比不摻加粉煤灰的混凝土的好;當粉煤灰摻入率為30%～35%時，耐磨性與基準混凝土接近;當粉煤灰摻入率大于35%時，耐磨性比不摻加粉煤灰的混凝土要差。但由于隨著齡期的增加，摻加粉煤灰的混凝土的強度增加，所以后期耐磨性能增加。

2 HFCC的經濟性能

混凝土中加入高摻量粉煤灰，既可以節約水泥，降低混凝土生產成本，又能消耗大量的粉煤灰，變廢為寶，化害為利，節約堆放粉煤灰的大量寶貴土地，更大程度地發揮高性能優勢，改善混凝土工作性、耐久性能。

2.1 節約水泥用量

假設1 000 km的公路，40%為高速公路(寬21.0 m，厚26 cm)，60%為二級公路(寬為9.0 m，厚22 cm)，則路面面積為:

S=1 000×1 000×40% ×21.0+1 000×1 000×60% ×9.0=13 800 000 m2。

面層水泥混凝土體積為:V=1 000×1 000×40% ×21.0×0.26+1 000 ×1 000 ×60% ×9.0 ×0.22=33.72 萬 m3。

當水泥與粉煤灰的質量比為40∶60，水膠比為0.36時，1 m3膠凝材料中膠材的質量為:。

當集料用量與膠凝材料用量比為290∶1 000時，1 m3HFCC膠凝材料的用量為290×1.349=391 kg。

水泥:391 ×0.6=234.6 kg;粉煤灰:391 ×0.4=156.4 kg。

二者相比，高摻量粉煤灰水泥混凝土每立方米可減少水泥用量74 kg，增加粉煤灰量156 kg。即33.72萬m3水泥混凝土可節約水泥 2.495萬 t。

2.2 減少占用土地面積

粉煤灰作為一種工業廢渣，其堆放需要占用大量的土地，按每萬畝土地可堆放400萬t的粉煤灰，33.72萬m3水泥混凝土，可利用粉煤灰5.260萬 t，減少占用土地1 315畝，按每畝土地1萬元計算，可節約費用1 315萬元。而且，初步計算，粉煤灰等量替代20%的水泥，不摻加任何外加劑，每立方米混凝土節約20元左右;替代30%～50%水泥，增加外加劑，每立方米混凝土節約30元～40元左右。所以，在經濟效益上看，HFCC比普通水泥混凝土有很大優勢。

3 HFCC在長壽命路面中的應用分析

目前，HFCC的應用在國內已有大量先例:北京西直門立交橋施工時摻用30%粉煤灰的混凝土澆筑了一段路面，使用20多年仍保持完好;河南焦作在同期也采用30%粉煤灰的混凝土路面鋪筑一段實驗路，使用情況也尚好;204國道江蘇鹽城阜寧段收費站外車道長約130 m段，至今路面平整、沒有裂縫和斷板現象。

高摻量粉煤灰在國內的大量應用為其以后的應用發展提供了寶貴的經驗，在其基礎上，需要進一步的研究，為長壽命路面的發展提供更好的資料。

4 結語

1)HFCC具有高強、高抗滲和抗凍、高耐磨以及低收縮等優良的結構性能。2)修筑HFCC路面，不僅可以降低工程造價，節約大量建設資金，而且還可以有效利用資源，改善環境，HFCC路面具有巨大的經濟效益。3)HFCC在路用性能及其經濟效益方面的優勢，決定了它在長壽命路面中的應用價值。4)HFCC的早期性能低，需用摻加活性激發劑、磨碎等措施改善早期性能。

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