粉煤灰在高等级水泥混凝土路面中的应用分析

黄凌辉(广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心英怀管理处)

粉煤灰在高等级水泥混凝土路面中的应用分析

黄凌辉
(广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心英怀管理处)

随着水泥混凝土路面在高等级公路中的普及，优化水泥混凝土的结构性能就成为提高路面工程质量的一种较好的技术手段。在水泥混凝土路面材料中掺入一定量的粉煤灰可以提高混凝土的使用性能，使其施工和易性可满足高等级水泥混凝土路面滑模摊铺的施工要求，且改善混合料的工作性能。本文将详细阐述粉煤灰改善水泥路面的作用机理、技术要求和优缺点，同时论述粉煤灰应用的发展方向，以使粉煤灰在水泥路面中得到更为广泛的应用。

高等级公路；水泥混凝土；路面工程；粉煤灰

目前，我国已在很多高等级公路的水泥混凝土中使用了粉煤灰，可达到节约水泥且回收废物的目的，这在提高经济效率的同时也有利于环保[1]。因此研究粉煤灰的改善机理和粉煤灰和应用过程中的优缺点对水泥混凝土路面的发展就显得尤为重要。

1 粉煤灰的改善机理及意义

粉煤灰通过填充作用、活性作用、接触形式改善作用、微集料作用以及改善力学参数作用对水泥混凝土材料的性能进行改善[2]。

1.1 粉煤灰的“形态效应”

通过显微镜观察，我们发现了粉煤灰中有高达 60%以上的玻璃状珠体，珠体表面光滑平圆、密实无缝。因此。在混凝土中掺入粉煤灰后，将会与水泥等发生减水反应，增加了混凝土的流变性能，使得混凝土更加的紧密均匀，同时，也将分解掉水泥水化形成的絮状体，硬化后的许多功能也将得到大大的改善，值得一提的是，它的润滑作用对泵送混凝土来说能起到良好输送作用。

1.2 粉煤灰的“活性效应”

由于粉煤灰是天然火山硅质材料，因此常常又被人们称为“火山灰效应”。其主要的化学成份有活性SiO2和Al2O3，可以和Ca（OH）2等碱性物质在含有水分的情况下发生化学反应，产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙在化学成分上均属于胶凝体，对水泥混凝土能增加其强度，同时能对混凝土中的毛细组织起到堵塞作用，减少与外界的联系，从而提高混凝土的抗腐蚀能力。

1.3 粉煤灰的微集料效应

在粉煤灰中，微珠和碎屑的相比于其他颗粒来说是非常小的，与水泥并不会发生化学反应和物理反应，就像活泼纳米材料那样有极高的强度性能，因此，它可以极大地增强混凝土及相关粉煤灰制品的结构强度，提高匀质致密性，减小其腐蚀的几率。

在粉煤灰的三大效应中，三种效应之间既相互包含，也会相互补充，使得混凝土的性能会更加的优化。同时，粉煤灰在很大程度上得到了充分的利用，也为为未来的研究奠定了理论基础。

2 主要技术要求

粉煤灰在水泥混凝土路面工程中的使用主要参照国家标准《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90[3]。

2.1 粉煤灰的品质

在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，并首选采用磨细粉煤灰工艺，品质要求达到Ⅱ级以上粉煤灰的技术要求。严禁使用湿粉煤灰，因为它能结块成团且搅拌不开或不均匀。Ⅲ级粉煤灰各项技术指标不能满足路面混凝土施工工艺和抗折性能要求，目前只能在基层中得到应用。

1.2 粉煤灰的掺量

试验研究表明：水泥混凝土路面中如果使用普通硅酸盐水泥，则推荐的粉煤灰掺量—般应在30%左右，如果掺量大于30%，硅酸盐水泥中释放出的Ca(OH)2及其CaSO4最多只能与28%左右的粉煤灰发生水化反应，因此并不是采用高掺量粉煤灰就能得到高性能的水泥混凝土，掺粉煤灰应在保证路面混凝土各项性能的要求下进行。

1.3 粉煤灰水泥混凝土配合比设计

根据混合料不能大于一定范围的原理，粉煤灰水泥混凝土路面配合比设计方法使用的是折减系数法，减少砂的用量而用粉煤灰取代。I级灰使用1.3的折减系数；Ⅱ级灰采用1.5。根据规定，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气剂时，则要求在达到相同含气量的引气剂掺量条件下，要成倍增大使用粉煤灰[4]。

3 粉煤灰应用过程中的优缺点

3.1 优点

改善施工性能。在水泥混凝土中加入粉煤灰后，会使得胶疑材料所占的比重增大，路面看上去更加平整光滑，同时由于粉煤灰水泥混凝土的振动粘度系数较小，可大为改善以滑模摊铺为施工方法的施工和易性。

提高后期抗折强度和抗磨性。粉煤灰的掺量越大，龄期越长，抗折强度提升越多。

降低水化速度。掺入粉煤灰后，其减少了水泥与水的接触面积，使得水泥水化速度得到降低，凝结时间延长，这非常有利于夏天高温施工。同时，它能降低混凝土的泌水性，延长了混凝土的运输距离[5]。

3.2 缺点

其一，掺入粉煤灰使得胶凝材料总量偏多，并且由于其比表面积较大，在夏季大风天气下水分极易蒸发，易产生塑性收缩裂缝。因此在施工中要采取—定的手段加以有效控制，例如可在摊铺成型的砼路面拉毛喷洒养护剂后，马上用土工布覆盖，避免烈日的照射，降低蒸发率，并在土工布上洒水，保持湿润，补充蒸发的水分。其二，粉煤灰混凝土早期强度较普通混凝土来说是相对较低的，其养护条件要求更高。—般混凝土路面养护7-10d,粉煤灰水泥混凝土路面就必须养护10-15d以上。

4 粉煤灰未来发展方向

将粉煤灰稳定土作为路基填料，该方法使用较早且效果较好，使用成本低、路基质量高。

自密实粉煤灰混凝土，在混凝土的制作过程中即加入粉煤灰，在较少对水泥需求的同时，对粉煤灰进行了充分的利用。可显著降低施工噪音和工人的劳动强度，解决了传统施工过程中容易出现的蜂窝、麻面等缺陷。

流态粉煤灰在台背回填与基坑中的利用。由于流态粉煤灰具有强度高、质地较轻的特点，仅仅只需依靠其自身的流动性就能进行密实，可以有效地减少工后沉降，这可用于结构物基坑及台背回填。

5 结论

综上所述，适当地掺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难度，泌水率和水泥水化速度得到大幅度的降低，对于滑模摊铺施工来说是非常有利的；同时，也能提高路面的抗折强度和抗磨性能，提升高等级公路工程质量且有利于环保，有良好的社会和经济效益。即使加入粉煤灰可能导致一定的缺陷，如干缩性大，也降低了混凝土的早期强度，但通过一定的措施可以解决上述问题，并不妨碍粉煤灰在路面混凝土中的大规模使用。

[1]李田，刘西拉．混凝土耐久性分析与设计 [ M ]． 北京 ：科学出版社.1999．

[2]王玲，田稳荃，焦晓辉.灾后冰盐侵蚀破坏机理及防治措施研究[J]．低温建筑技术，2001，(2)：20-23．

[3]邓初首．粉煤灰品质指标的解读与灰质评 价标准的分析[J]．混凝土，2004，(1)：27—29．

[4]沈旦申．粉煤灰混凝土[M]．北京：中国铁道出版社.1989．

[5]杨绍林，田加才，田丽.《新编混凝土配合比实用手册》.中国建筑行业出版社,2002.

[6]混凝土外加剂及其应用技术新进展，中国建筑学会混凝土外加剂应用技术专业委员会[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

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