粉煤灰混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的探討

　　一、引言

　　粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，來(lái)源于煤中無(wú)機(jī)組分，是工業(yè)“三廢”之一。粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，是一種高度分散的微細(xì)顆粒集合體，主要由氧化硅玻璃球組成。比重在1.95～2.36之間，松干密度在450 kg/m³～700kg/m³范圍內(nèi)，比表面積在220 kg/m³～588 kg/m³之間。由于粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性，在松散狀態(tài)下具有良好的滲透性。

　　2000年以前，長(zhǎng)春市粉煤灰主要以填埋方式處理，占用大量耕地，造成環(huán)境污染，隨著粉煤灰產(chǎn)量的不斷增加，處理能力已經(jīng)滿足不了實(shí)際需求。如今，長(zhǎng)春市已改變傳統(tǒng)的處理方式，以粉煤灰為資源，開展綜合利用，變廢為寶。將粉煤灰廣泛應(yīng)用在建材、建工、道路、橋梁、回填等方面。目前全市粉煤灰年排放量為80萬(wàn)噸，年綜合利用量已超過(guò)年排放量，高于全國(guó)利用率53.5%的平均水平，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應(yīng)用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境。

　　粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。粉煤灰在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質(zhì)量和降低成本。

　　二、粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)

　　粉煤灰在水泥混凝土中主要有三個(gè)基本效應(yīng)：形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)?？刂七@三個(gè)效應(yīng)向有利方向發(fā)展，即可變廢為寶、改善混凝土的性能。除上述三個(gè)基本效應(yīng)外，粉煤灰還有免疫效應(yīng)(抑制堿集料反應(yīng)效應(yīng)、提高耐腐蝕性效應(yīng)等)、減熱效應(yīng)(降溫升效應(yīng))、泵送效應(yīng)等，不過(guò)這些效應(yīng)都離不開上述三個(gè)基本效應(yīng)。

　　2.1、形態(tài)效應(yīng)

　　粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，主要是指粉煤灰的顆粒形貌、粗細(xì)、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效應(yīng)。粉煤灰微珠顆粒可以起到滾珠的作用，降低混凝土拌和的內(nèi)摩擦力而提高流動(dòng)性。粉煤灰的密度小于水泥，因而等量替代后可增加漿體的體積，從而改善對(duì)粗細(xì)集料的潤(rùn)滑程度，也有利于提高混凝土拌合物的流動(dòng)性。此外，還可以提高混凝土的勻質(zhì)性、粘聚性和保水性。

　　2.2、火山灰效應(yīng)(活性效應(yīng))

　　粉煤灰屬于活性礦物摻合料。粉煤灰中含有的玻璃態(tài)的氧化硅和氧化鋁屬于活性氧化硅和活性氧化鋁，它們與水泥水化生成的氫氧化鈣和水發(fā)生水化反應(yīng)(該水化反應(yīng)亦稱二次反應(yīng))，生成具有水硬性特點(diǎn)的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，并填充于毛細(xì)孔隙內(nèi)。這些水化產(chǎn)物同樣具有強(qiáng)度，特別是水化硅酸鈣，該水化反應(yīng)在28天時(shí)較弱，而在28天以后逐步明顯。粉煤灰的細(xì)度越大，即顆粒越小，活性越高，水化反應(yīng)能力越高。溫度越高，水化反應(yīng)能力越強(qiáng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)越快。當(dāng)溫度低于5℃時(shí)該水化反應(yīng)基本停止，強(qiáng)度發(fā)展緩慢。

　　火山灰效應(yīng)可以提高混凝土后期強(qiáng)度，并且高于不摻粉煤灰的混凝土，且齡期越長(zhǎng)該差異越大。因而對(duì)早期承載能力要求不大的工程可利用其60天、90天、180天時(shí)的強(qiáng)度。

　　2.3 微集料效應(yīng)

　　粉煤灰微珠具有極高的強(qiáng)度，其填充在水泥顆粒間的空隙，既減少了毛細(xì)孔隙，又起到了微骨架作用。隨水化的不斷進(jìn)行，粉煤灰的水化產(chǎn)物與未水化的粉煤灰內(nèi)核的粘結(jié)力不斷提高，這也有利于提高粉煤灰的微集料效應(yīng)。

　　三、 粉煤灰混凝土的應(yīng)用

　　102國(guó)道─京哈鐵路立交橋是長(zhǎng)春市四環(huán)路的重要組成部分，橋跨總長(zhǎng)度1515m，總面積31000m²。樁基礎(chǔ)、墩臺(tái)、現(xiàn)澆箱梁的混凝土總量為44766m3。根據(jù)下表所列配合比設(shè)計(jì)，與基準(zhǔn)混凝土(即不摻加粉煤灰的混凝土)相比，在水泥混凝土中使用1噸粉煤灰可以取代0.95～0.98噸的水泥(現(xiàn)澆箱梁除外)，全橋節(jié)約水泥1268噸。并且摻加適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰后，混凝土的許多重要性能得到明顯的改善，為大規(guī)模使用商品混凝土創(chuàng)造了條件，從而縮短了施工周期。

　　粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)一覽表(單位：Kg/m³)

　　3.1、粉煤灰對(duì)混凝土的正面作用

　　(1)、混凝土拌和料和易性得到改善

　　摻加適量的粉煤灰改善了混凝土拌和料的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、澆筑成型，并減少坍落度的經(jīng)時(shí)損失。

　　(2)、減少水化熱、熱能膨脹性。

　　水泥混凝土中水泥水化反應(yīng)要放出熱量，在大體積水泥混凝土構(gòu)件中會(huì)出現(xiàn)中心與邊緣溫度差而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。由于粉煤灰的摻加，減少了水化放熱量，有利于減少在水泥混凝土內(nèi)部由于水化熱而產(chǎn)生的升溫，減少了水泥混凝土熱膨脹出現(xiàn)裂縫的危險(xiǎn)。對(duì)大體積混凝土工程特別有利。

　　(3)、混凝土的耐久性提高

　　由于二次水化作用，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu),填充內(nèi)部空隙，提高混凝土的密實(shí)度，界面結(jié)構(gòu)得到改善。同時(shí)由于二次反應(yīng)使得易受腐蝕的氫氧化鈣數(shù)量降低，因此摻加粉煤灰后可提高混凝土的抗?jié)B性、抗硫酸鹽腐蝕性和抗鎂鹽腐蝕性等。同時(shí)由于粉煤灰比表面積巨大，吸附能力強(qiáng)，因而粉煤灰顆?？梢晕浪嘀械膲A，并與堿發(fā)生反應(yīng)而消耗其數(shù)量。游離堿數(shù)量的減少可以抑制或減少堿集料反應(yīng)。

　　(4)、減少了水泥混凝土的徐變。

　　粉煤灰混凝土的徐變低于普通混凝土。粉煤灰的減水效應(yīng)使得粉煤灰混凝土的干縮及早期塑性干裂與普通混凝土基本一致或略低。

　　(5)、增強(qiáng)水泥混凝土的泵送性。

　　對(duì)于摻加粉煤灰的泵送水泥混凝土來(lái)說(shuō)，除了因改善和易性而提高了易泵性之外，同時(shí)由于泌水性和離析現(xiàn)象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃體效應(yīng)，可以得到更好的減阻效果。

　　(6)、耐磨性提高。

　　粉煤灰的強(qiáng)度和硬度較高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性優(yōu)于普通混凝土。但混凝土養(yǎng)護(hù)不良會(huì)導(dǎo)致耐磨性降低。

　　(7)、增加水泥混凝土的修飾性。

　　粉煤灰水泥混凝土修飾性比基準(zhǔn)水泥混凝土要好，能使表面平整飽滿，較容易抹面和修飾，而且硬化后的水泥混凝土色澤更為美觀。

　　3.2、 粉煤灰對(duì)混凝土的負(fù)面作用

　　(1)、強(qiáng)度發(fā)展較慢、早期強(qiáng)度較低

　　由于粉煤灰的水化速度小于水泥熟料，故摻加粉煤灰后混凝土的早期強(qiáng)度低于普通混凝土，且粉煤灰摻量越高早期強(qiáng)度越低。但對(duì)于高強(qiáng)混凝土，摻加粉煤灰后混凝土的早期強(qiáng)度降低相對(duì)較小。粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展相對(duì)較慢，故為保證強(qiáng)度的正常發(fā)展，本工程摻加了減水劑，7天就能拆除承重模板，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁14天就達(dá)到100％的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

　　(2)、抗碳化性、抗凍性有所降低

　　粉煤灰的二次水化使得混凝土中氫氧化鈣的數(shù)量降低，因而不利于混凝土的抗碳化性和鋼筋的防銹。而粉煤灰的二次水化使混凝土的結(jié)構(gòu) 更加致密，又有利于保護(hù)鋼筋。因此，粉煤灰混凝土的鋼筋銹蝕性能并沒(méi)有比普通混凝土差很多?？紤]上述原因，本工程同時(shí)使用減水劑，有效地減緩摻加粉煤灰所帶來(lái)的抗碳化性減弱，從而提高對(duì)鋼筋的保護(hù)能力。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)粉煤灰混凝土在102國(guó)道─京哈鐵路立交橋中樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、墩柱、箱梁等結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)：

　　1、粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細(xì)骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定

　　經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)利用粉煤灰，可減少占地面積，減少環(huán)境污染，因此，具有一定社會(huì)效益。

　　2、某些粉煤灰混凝土表面強(qiáng)度低，并不是因?yàn)樵谑┕ふ駬v過(guò)程中混凝土表面出現(xiàn)了粉煤灰浮漿，而多是由于混凝土表層在施工及凝結(jié)硬化過(guò)程中水灰比過(guò)大所致。對(duì)表面強(qiáng)度要求較高的混凝土，在生產(chǎn)及施工過(guò)程中一定要注意混凝土泌水情況，同時(shí)配制混凝土?xí)r宜選擇泌水率小的水泥，并正確養(yǎng)護(hù)。

　　3、粉煤灰中的碳在混凝土泌水過(guò)程中逐漸與漿體分離，并且上升到混凝土表面。容易造成“粉煤灰較輕，易浮于混凝土表面”這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的假象。同時(shí)，含碳量較高的粉煤灰(10 %以上) 也是造成混凝土表面硬度低的一個(gè)原因。

　　4、粉煤灰混凝土如果忽視了養(yǎng)護(hù)，混凝土表面硬度下降往往較不摻粉煤灰混凝土更顯著。