粉煤灰的作用

粉煤灰在混凝土中的应用

一、 概述

早在2000多年前的古罗马时期,人类就用火山灰与石灰混合作为胶凝材料,建造了许多雄伟的建筑物,例如万神殿,其直径为44m的半球形穹顶就使用了12000吨这种胶凝材料和凝灰岩轻骨料拌合而成的混凝土;还有闻名于世的圆形剧场等,这些建筑现在仍然安然无恙,2000年还有报道意大利人正在翻修圆形剧场,准备在那里面举行盛大的演出。今天在混凝土中掺用的粉煤灰,也是一种火山灰材料,大量的实践证明:掺用粉煤灰的混凝土,其长期性能得到大幅度的改善,对延长结构物的使用寿命有重要意义。

现在作为混凝土主要胶凝材料的硅酸盐水泥,同样是以石灰石和粘土为主要原料经过煅烧生成的。它问世于19世纪的30年代,至今尚不到200年历史,因此用硅酸盐水泥配制成混凝土建造的各种建筑物最长只有100多年,而国内近些年修建的一些土木工程结构物运行不多年,就出现各种病害,甚至很快就遭到严重的破坏。例如北京的西直门立交桥,运行仅20年就不得不拆除重建;更有甚者,据某省交通科研所一位所长坦言,那里的混凝土路面运行三年不坏的很少!

80年代初,美国佛罗里达州建造了一座非常宏伟的跨海大桥,在该桥的建设过程中,考虑到周围的侵蚀性环境,在混凝土里掺用了大量粉煤灰,工程质量有很大改善。因而在1983年修订规范时,对原来随意使用粉煤灰的规定进行了修订[1]。新规范(S-346)规定:在中度以上侵蚀环境中的桥梁上部结构,包括预应力构件的混凝土中,必须掺用粉煤灰。其中大体积混凝土中粉煤灰的掺量为18~50%。

什么是大体积混凝土?许多人至今仍认为那就是指大坝,也有些人把高层楼房的大型基础包括在内。可是美国混凝土学会规定:任何现浇混凝土,其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂影响的,即称为大体积混凝土。这个问题下面还要谈到。

掺粉煤灰混凝土的另一典型实例,是1982年英国的Garwick机场的停机坪扩建工程,该工程在两条相邻的道面上对掺与不掺粉煤灰混凝土进行了对比[2]。所用粉煤灰混凝土中粉煤灰用量达到46%。该工程经运行4年后所拍的照片清楚地显示出:与纯硅酸盐水泥混凝土相对照,掺粉煤灰混凝土道面的表面层抗滑构造仍基本完好,而前者则已坑坑点点,受到一定程度的破坏了。这个实际工程事例一方面说明:在低水胶比条件下,即使掺有大量粉煤灰,也可以获得强度和耐久性都十分优异的混凝土;另一方面,对长期以来沿用的,以28d龄期的快速实验结果评价不同类型混凝土的耐久性提出了质疑。

粉煤灰在混凝土公路路面中的应用举一个例子。Mehta教授曾提到[3]:在美国大约70%的低交通量公路与地方公路需要升级,考虑用大掺量粉煤灰代替水泥以降低造价,电力研究院(EPRI)出资搞了几个示范工程:在北达科他州,1988和1989年夏天,用20000m3粉煤灰混凝土铺筑厚为200mm的路面,其水胶比为0.43,水泥用量100Kg/m3、粉煤灰220Kg/m3。 加拿大矿产与能源技术中心(CANMET)自1985年以来,对大掺量粉煤灰混凝土进行了深入而广泛的研究[4],由于该国处寒带地区,因此通常在混凝土里掺有引气剂,并保持含气量在5~6%,在这种前提下,以水泥150kg/m3,粉煤灰200kg/m3,通过高效减水剂将水胶比降到0.3左右,所配制的混凝土抗压强度28天为30~40MPa;90天40~50MPa;1年50~60MPa。大掺量粉煤灰混凝土的成功试验,使其在哈利法克斯的帕克林购物中心施工中用于浇注巨大的柱子,拌合物含55%低钙粉煤灰、45%硅酸盐水泥,以及就地取材的砂、石和高效减水剂。这些柱子一共用去700m3大掺量粉煤灰混凝土;在哈利法克斯海边处于海洋环境的建筑物群施工中也得到应用。该建筑物位于海边,包括两幢商业大厦的公共建筑,其32根直径1.2m和30根直径1.1m的框架柱沉箱,平均长度在21m。采用大掺量粉煤灰

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