大掺量粉煤灰混凝土的应用.pdf

2 0 1 0年第 6期 ( 第 3 8卷 ) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e I ， C l l n s e r v a n c y No 6 2 01 0 ( T o d d N o 3 8 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 8 6 0 2 大掺量粉煤灰混凝土 的应用 郭承乾， 夏禹宗， 李佳勇 ( 佳木斯市水利勘测设计研 究院， 黑龙江 佳 木斯 1 5 4 0 0 2) 摘 要： 试验认为， 用大掺量粉煤灰可生产高性能的混凝土。文章主要针对大掺量粉煤灰混凝土的主要性能， 介绍粉煤灰在混凝土 中的适应环境与作用 ， 以及T程现场 的质量控制措施。 关键词： 混凝土； 大掺量粉煤灰； 机理分析； 影响因素； 使用环境 中图分 类号 ： T V 4 2 3 文献标识码 ： B 1 引 言 随着T业时代 的进步 ， 环境 污染 日益严重 ， 于 是人们 研 究从生产中产生的废品寻求“ 变废为宝， 化害为利” 的途径。 粉煤灰是火 电厂燃烧时从 烟气 中收集的微细 洋灰 ， 属于火 山 质材料 。粉煤灰的综 合利用可 以减 少对环境 的污染 ， 增加经 济收入， 提高 混凝 土的性能 。 2 大掺量粉煤灰混凝土的性能研究与分析 2 1 大掺量粉煤灰混凝土的定义 在 2 0世纪 3 0年代 ， 混凝 土中就开始使用粉煤灰 了， 人们 发现掺 人了粉煤灰之后可最大 限度 地降低混凝 土的水化热 。 在大体积混凝土 中掺人粉煤灰 ， 有利 于抑制裂缝的产生。 将粉煤灰看成一个独立组 分， 与砂石 、 水泥共 同拌和 ， 以 T程设计与施工质量 的要求为 基准 ， 进行 混凝 土的设 计 ， 生 产 、 浇注与养护 ； 这即是大掺量粉煤灰混 凝土。 2 2 粉煤灰提高混凝土性能 的主要原理 一 般粉煤灰含很高的 S i O 、 A 1 0 ， 但 C a O却非常低( 仅 为 1 一 5 ) ； 粉煤灰不具有自身水化硬化特性， 只能在有活 性激发剂( 如硅酸盐水泥等) 作用下 ， 才能具有强度。 粉煤灰 的形态效应 可以产生水势 能 ， 有利 于减少混凝 土 的单位用水量 ， 从 而在保证 混凝土 强度 的前 提下 ， 减少 水泥 用量 ， 减少混凝土的水化升温和混凝土 中温度裂缝发生 的概 率， 同时还有致密作用。粉煤灰的火山灰效应产生反应势 能， 可以提高混凝土的后期强度。粉煤灰 的微集料 效应所产 生 的致密势能 ， 可 以减 少一 般老化 混凝土 的有 害孔 的比例 ， 有效提高混凝土的密实性 ， 其 化学作用 的水化热起 到骨架作 用 ， 提高黏结强度 ， 从而提高混凝土的抗裂性能。 粉煤灰在结构混凝土 巾可置换 水泥量多达 6 0 ， 对混凝 土的性能有良好的改善作用。粉煤灰混凝土后期强度高， 但 早期强度比较低 ， 并且粉煤灰掺入量越大， 早期的混凝土强 度下降越厉 害。这是粉煤灰混凝土 的主要 缺点 ， 严重 阻碍 了 粉煤灰混凝 土的应用 范围。后来采 用粉煤 灰复 合超细 粉和 高效减水剂的粉 煤灰 高性 能混凝 土 ， 不但后 期强 度相 当高 ， 更为关键的是早期强度明显得到了提高 。 2 3 粉煤灰在混凝 土中的机理分析 长期以来， 国内外在混凝土中常掺有一定量粉煤灰， 但 作为水泥的替代材料， 绝大多数情况下是以如下 3种方式应 用 的： 在早期强度要求很低 ， 长期 强度 大约在 2 53 5 M P a 的 大体积水工混凝 土 中， 大掺量 地替 代水 泥使用 ； 在结 构混凝 土里较少量地替代水泥( 1 0 2 5 ) ； 在强度要求很低的回 填或道路基层里大量掺用。由于高效减水剂的应用， 使混凝 土的水胶比可以大幅度降低， 从而使掺用粉煤灰的效果大为 改善， 使大掺量粉煤灰混凝土的性能能够大幅度地提高。 2 4 粉煤灰对混凝土性能 的影响因素 对大掺量粉煤灰混凝土性能影响显著的因素应该是： 烧 失量 、 细度与需水量 比， 分别讨论如下 ： 1 ) 烧失量 ： 烧 失量主要 反映 了粉煤灰 中未燃 的含 量 ， 其 值的高低取决 于电厂燃煤的工艺 与燃烧效 率。烧失 量( 含碳 量 ) 高 的粉煤灰对混凝 土性能 的影响 ( 需水量 增大 、 密实度 降 低、 影响外加剂的掺量与面层混凝土的质量等)已众所周知， 如过多的碳粒对减水剂尤其是引气剂具有明显的副作用， 导 致减水剂的用量明显增大， 而弓 l 气剂的剂量需数倍甚至数十 倍的增加 ， 使 对大 掺 量粉 煤灰 混凝 土 的 引气难 度 加大 。因 此 ， 烧失量可认为是影响大掺量 粉煤 灰混凝土 配合 比设计 与 性能的主要影 响因素 。 2 ) 细度 ： 细度越细 ， 火山灰反应 能力越 好 ， 或称 火 山灰活 性至数越高。细度细的粉煤灰具有相对高的早、 中、 后期强 度 。 。 3 ) 需水量 比： 从总体上来说 ， 需水 量 比小总是好 的 ， 但不 宜把这一 指标作 为粉煤 灰取 舍与否 的主要 判据 。规定 需水 量 比是为了使混凝 土不 至于 因使 用粉煤 灰而导 致用水 量增 加 。一般认为 ， 粉煤 灰 的需水量 比较 小 ， 混凝 土的需 水量也 比较小。两者之间虽有相关性， 但相关系数并不太高， 有时 需水量比相差 1 0 的粉煤灰， 拌制的混凝土需水量却基本相 同。 3 粉煤灰在混凝土中使用环境和作用 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 ( 表观密度 ) 只有水 泥的 2 3左右 ， 而且 粒形好 ( 质 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 3 作者简介 郭承乾 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 甘 肃环 县人 ， 助理工程 师； 夏 禹宗 ( 1 9 8 2一) ， 男 ， 黑龙 江佳木 斯人 ， 助 理工程 师； 李佳 勇 ( 1 9 7 9一) ， 男 ， 黑龙江佳木斯人 ， 工程师。 8 6 郭承乾， 等： 大掺量粉煤灰混凝土的应用 第 6期 量好 的粉煤灰含大量玻璃微珠 ) ， 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。 3 1 水胶 比 当采用适用 的材 料 与 良好 制 作 ， 以 水 泥用 量 为 3 0 0 5 0 0 m ， 水灰 比0 4 5 0 5 5范围， 可以制备出2 8 d 抗压强度 为 3 5 4 0 MP a ( 即 目前最 常用 的 C 3 0级 ) 混凝土 。如果胶凝 材料再少， w c 再大， 则会出现空隙率大， 抗渗性不良等问题。 3 2 温度 掺有大掺可量粉煤灰的混凝土 ， 不仅 温度收缩 因温升 降 低可以明显减少 ， 而且 由于粉煤 灰 的初期 水化 缓慢 ， 可以使 低水胶 比混凝土开始 硬化 时的实际水灰 比增大 ， 使得 水泥 以 及膨胀剂具有良好的水化环境。同时， 与纯水泥一样， 掺粉 煤灰的混凝土 由于水 泥 的水化 随 本 体温 度 的升高 而加 快 。 试验表明 ： 与实际结 构物 浇注 的硅 酸盐水 泥混 凝土 相 比， 掺 3 0 粉煤灰后， 不仅温升可以降低近 1 0 。 ， 其温度收缩和裂缝 的危险减小 ， 同时 由于温 度的升 高 ， 其抗 压强 度在3 a m 早 已 超越了硅酸盐水 泥混凝 土。 3 3 湿度 与普通水泥混凝土不同， 掺粉煤灰的混凝土， 尤其是大 掺量粉煤灰混凝土的水灰比足够大， 即混凝土体内有充足的 水分工水 泥和粉 煤灰水 化 ， 所 以对这 种混 凝土 的养 护 ， 需 要 有别于普通 混凝 土 ： 不要湿养护 ， 尤其不 要早期 浇水或浸 湿 ， 否则会使表层混 凝土 的水灰 比增 大 ， 对 强 度和抗 渗 透 、 耐 磨 耗 等性 能带有 十分不 利 的影 响 。大 掺量 粉煤 灰混 凝土需 要 在浇注振捣后覆盖， 避免其因水化较缓慢， 向外界蒸发水分 的时间较长 、 蒸发量也大， 造成表面疏松、 强度和抗渗性下 降。 3 4 稠度 粉煤灰混凝 土， 尤其是大掺量粉煤 灰混凝 土的外观 十分 黏稠 ， 使其在运输和浇注过程中不易离析， 对改善均匀性 明 显好处 。由于粉煤灰的滚珠效应 ， 掺粉煤 灰混凝 土有较 大的 有效振捣半径 ， 易于振捣 密实。 4 大掺量粉煤灰混凝土的施工控制要点 4 1 控制振捣时间 在混凝土成型时 ， 应控制好 振动 时间 ， 不要漏振 或过振 ， 对 于泵 送混凝 土 ， 振捣 时问一 般为 1 01 5 S ， 为 防止面层 起 粉 ， 抹面时必须进 行二 次压 光 ， 二 次压 光 的时 间接 近初凝 时 间3 0 m i n 。 4 2 早期养护 粉煤灰混凝土成型后， 早期强度较低， 所以浇注后一般 过尽早覆盖和浇水养护， 以提高早期强度， 防止表面起沙， 尤 其冬期施工更应注意早期养护 ， 且表面混 凝土温 度不宜低 于 5 C。 4 3 大体积混凝土的浇注 大体积混凝土浇 注宜分 层浇 注 ， 每层 厚 6 08 0 o n l 。每 部 为混凝土振捣后 2 O 3 0 m i n 应进 行复振 ， 上一层 混凝土 在 下层混凝土初凝前3 0 ra i n 内完成， 且交界处振捣应伸入底层 1 3 厚度 以上 。 4 4 原材料 按有关规定要求对水泥 、 砂 、 石 、 钢筋 等进行 现场二 次抽 样 检测 ， 加强对骨料 含 泥量 、 针 片状 含量 、 级 配 的检 测 ， 保证 配 制混凝 土的骨 料级 配 良好 ， 以减 小孔 隙率 ， 利 于降低 水灰 比 。 在各项原材 料中 ， 粉煤灰 的质量波 动大 ， 必须严格 控制。 为保证 混凝 土 的质 量 ， 在 工程 中采用 经 过 严格 检测 的粉煤 灰 ， 并保证其需水量比在 1 0 5 以下 ， 使其在应用过程中对混 凝土的坍落度损失的影响减到最低。 5 效益分析 在 混凝 土中掺加适量粉煤 灰 ， 从 施工性 能和工 程质量及 耐久性看 ， 其应用效 果 明显 。不 仅 降低混 凝 土生产 成本 ， 而 且尤为重要的是提高混凝土 的性能， 从而提高了工程质量， 收到良好的社会效益和显著的经济效益。 5 1 社会 效益 1 ) 利用粉煤灰生产高性能 的混 凝土 ， 使 积极落实建 设部 提 出的应用 十大建设新技术 的重大举措 之一 。 2 ) 利用粉煤灰生产混凝土可 以远距离送输 ， 扩大 混凝土 的供应半径 。 3 ) 利用粉煤灰生 产 的高性能 混凝 土可提 高工 程 的质量 和建筑 的耐久性 。 4 ) 利用粉煤灰可以变废为宝， 减轻粉煤灰对环境的污 染， 有利于保持生态平衡， 有利于国民经济的可持续发展。 5 2 经济效益 1 ) 在商品混凝土 中掺入 粉煤 灰 ， 根 据经 验 ， 每立 方 米混 凝土 中平均掺 A ,A 0 k g 的粉煤 灰 ， 可以取代4 0 的水 泥 ， 粉煤 灰 的价格便宜 ， 这样 将会 给工程节约很大一部分资金。 2 ) 由于粉煤灰的掺入降低了混凝土的水化热 ， 并且有一 定的缓凝作用， 混凝土的经时坍损小， 所以在配制大掺量粉 煤灰混凝土时， 泵送大掺量粉煤灰混凝土的减水剂可适当降 低 。这样就能节省大量开支 。 3 ) 对泵送混凝土来说 ， 掺加粉煤 灰后减轻 混凝土对 泵管 配件的磨损， 从而延长了设备的使用寿命。 6结语 利用工业废品对混凝土的性能进行改善， 此举是两全其 美。研究表明， 经过合理降低水胶 比， 优化粉煤灰活性激发 剂， 同时掺入高效减水剂等外加剂的大掺量粉煤灰混凝土在 较短的龄期就能达到高强度和耐久性， 其混凝土拌合物的流 动性、 黏聚力、 保水性 、 坍落度竟是损失率等工作性均优于不 加和掺少量粉煤灰的混凝土拌合物。大掺量粉煤灰混凝土 的力学性能 、 抗渗性能、 抗碱骨料反应等性能很好， 可以满足 混凝土施工的需 要。 参考文献 ： 1 邢世海 超掺粉煤灰混凝土耐 久性研 究与应用 J 全 国建筑 学核心期刊 ， 2 0 0 4 2 张磊 粉煤灰 在水土混凝 土 中的应用 J 黑龙江 水利科技 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 6) ： 7 8 3 陈洪光 大掺量 粉煤灰混凝 土应用 于隧道衬砌 可行性 的研究 J 全国建筑工程核心期刊 ， 2 0 0 3 4 胡明玉 ， 贵国庆 大掺量 粉煤灰混凝 土及其 应用前 景 J 中 国建材科技