粉煤灰在高等級水泥混凝土路面中的應用分析

黃凌輝(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心英懷管理處)

粉煤灰在高等級水泥混凝土路面中的應用分析

黃凌輝
(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心英懷管理處)

隨著水泥混凝土路面在高等級公路中的普及，優化水泥混凝土的結構性能就成為提高路面工程質量的一種較好的技術手段。在水泥混凝土路面材料中摻入一定量的粉煤灰可以提高混凝土的使用性能，使其施工和易性可滿足高等級水泥混凝土路面滑模攤鋪的施工要求，且改善混合料的工作性能。本文將詳細闡述粉煤灰改善水泥路面的作用機理、技術要求和優缺點，同時論述粉煤灰應用的發展方向，以使粉煤灰在水泥路面中得到更為廣泛的應用。

高等級公路；水泥混凝土；路面工程；粉煤灰

目前，我國已在很多高等級公路的水泥混凝土中使用了粉煤灰，可達到節約水泥且回收廢物的目的，這在提高經濟效率的同時也有利于環保[1]。因此研究粉煤灰的改善機理和粉煤灰和應用過程中的優缺點對水泥混凝土路面的發展就顯得尤為重要。

1 粉煤灰的改善機理及意義

粉煤灰通過填充作用、活性作用、接觸形式改善作用、微集料作用以及改善力學參數作用對水泥混凝土材料的性能進行改善[2]。

1.1 粉煤灰的“形態效應”

通過顯微鏡觀察，我們發現了粉煤灰中有高達 60%以上的玻璃狀珠體，珠體表面光滑平圓、密實無縫。因此。在混凝土中摻入粉煤灰后，將會與水泥等發生減水反應，增加了混凝土的流變性能，使得混凝土更加的緊密均勻，同時，也將分解掉水泥水化形成的絮狀體，硬化后的許多功能也將得到大大的改善，值得一提的是，它的潤滑作用對泵送混凝土來說能起到良好輸送作用。

1.2 粉煤灰的“活性效應”

由于粉煤灰是天然火山硅質材料，因此常常又被人們稱為“火山灰效應”。其主要的化學成份有活性SiO2和Al2O3，可以和Ca（OH）2等堿性物質在含有水分的情況下發生化學反應，產生的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣在化學成分上均屬于膠凝體，對水泥混凝土能增加其強度，同時能對混凝土中的毛細組織起到堵塞作用，減少與外界的聯系，從而提高混凝土的抗腐蝕能力。

1.3 粉煤灰的微集料效應

在粉煤灰中，微珠和碎屑的相比于其他顆粒來說是非常小的，與水泥并不會發生化學反應和物理反應，就像活潑納米材料那樣有極高的強度性能，因此，它可以極大地增強混凝土及相關粉煤灰制品的結構強度，提高勻質致密性，減小其腐蝕的幾率。

在粉煤灰的三大效應中，三種效應之間既相互包含，也會相互補充，使得混凝土的性能會更加的優化。同時，粉煤灰在很大程度上得到了充分的利用，也為為未來的研究奠定了理論基礎。

2 主要技術要求

粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要參照國家標準《粉煤灰混凝土應用技術規范》GBJ146-90[3]。

2.1 粉煤灰的品質

在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，并首選采用磨細粉煤灰工藝，品質要求達到Ⅱ級以上粉煤灰的技術要求。嚴禁使用濕粉煤灰，因為它能結塊成團且攪拌不開或不均勻。Ⅲ級粉煤灰各項技術指標不能滿足路面混凝土施工工藝和抗折性能要求，目前只能在基層中得到應用。

1.2 粉煤灰的摻量

試驗研究表明：水泥混凝土路面中如果使用普通硅酸鹽水泥，則推薦的粉煤灰摻量—般應在30%左右，如果摻量大于30%，硅酸鹽水泥中釋放出的Ca(OH)2及其CaSO4最多只能與28%左右的粉煤灰發生水化反應，因此并不是采用高摻量粉煤灰就能得到高性能的水泥混凝土，摻粉煤灰應在保證路面混凝土各項性能的要求下進行。

1.3 粉煤灰水泥混凝土配合比設計

根據混合料不能大于一定范圍的原理，粉煤灰水泥混凝土路面配合比設計方法使用的是折減系數法，減少砂的用量而用粉煤灰取代。I級灰使用1.3的折減系數；Ⅱ級灰采用1.5。根據規定，水泥混凝土路面中使用的水泥用量最小值就限制了粉煤灰的最大用量不得大于100kg/m3；而如果在水泥混凝土路面工程中使用引氣劑時，則要求在達到相同含氣量的引氣劑摻量條件下，要成倍增大使用粉煤灰[4]。

3 粉煤灰應用過程中的優缺點

3.1 優點

改善施工性能。在水泥混凝土中加入粉煤灰后，會使得膠疑材料所占的比重增大，路面看上去更加平整光滑，同時由于粉煤灰水泥混凝土的振動粘度系數較小，可大為改善以滑模攤鋪為施工方法的施工和易性。

提高后期抗折強度和抗磨性。粉煤灰的摻量越大，齡期越長，抗折強度提升越多。

降低水化速度。摻入粉煤灰后，其減少了水泥與水的接觸面積，使得水泥水化速度得到降低，凝結時間延長，這非常有利于夏天高溫施工。同時，它能降低混凝土的泌水性，延長了混凝土的運輸距離[5]。

3.2 缺點

其一，摻入粉煤灰使得膠凝材料總量偏多，并且由于其比表面積較大，在夏季大風天氣下水分極易蒸發，易產生塑性收縮裂縫。因此在施工中要采取—定的手段加以有效控制，例如可在攤鋪成型的砼路面拉毛噴灑養護劑后，馬上用土工布覆蓋，避免烈日的照射，降低蒸發率，并在土工布上灑水，保持濕潤，補充蒸發的水分。其二，粉煤灰混凝土早期強度較普通混凝土來說是相對較低的，其養護條件要求更高。—般混凝土路面養護7-10d,粉煤灰水泥混凝土路面就必須養護10-15d以上。

4 粉煤灰未來發展方向

將粉煤灰穩定土作為路基填料，該方法使用較早且效果較好，使用成本低、路基質量高。

自密實粉煤灰混凝土，在混凝土的制作過程中即加入粉煤灰，在較少對水泥需求的同時，對粉煤灰進行了充分的利用。可顯著降低施工噪音和工人的勞動強度，解決了傳統施工過程中容易出現的蜂窩、麻面等缺陷。

流態粉煤灰在臺背回填與基坑中的利用。由于流態粉煤灰具有強度高、質地較輕的特點，僅僅只需依靠其自身的流動性就能進行密實，可以有效地減少工后沉降，這可用于結構物基坑及臺背回填。

5 結論

綜上所述，適當地摻入一定量的粉煤灰在水泥混凝土中，能在一定程度上提高混凝土的工作性能和降低施工難度，泌水率和水泥水化速度得到大幅度的降低，對于滑模攤鋪施工來說是非常有利的；同時，也能提高路面的抗折強度和抗磨性能，提升高等級公路工程質量且有利于環保，有良好的社會和經濟效益。即使加入粉煤灰可能導致一定的缺陷，如干縮性大，也降低了混凝土的早期強度，但通過一定的措施可以解決上述問題，并不妨礙粉煤灰在路面混凝土中的大規模使用。

[1]李田，劉西拉．混凝土耐久性分析與設計 [ M ]． 北京 ：科學出版社.1999．

[2]王玲，田穩荃，焦曉輝.災后冰鹽侵蝕破壞機理及防治措施研究[J]．低溫建筑技術，2001，(2)：20-23．

[3]鄧初首．粉煤灰品質指標的解讀與灰質評 價標準的分析[J]．混凝土，2004，(1)：27—29．

[4]沈旦申．粉煤灰混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社.1989．

[5]楊紹林，田加才，田麗.《新編混凝土配合比實用手冊》.中國建筑行業出版社,2002.

[6]混凝土外加劑及其應用技術新進展，中國建筑學會混凝土外加劑應用技術專業委員會[M].北京：北京理工大學出版社，2009.

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