混凝土材料是当今用量最大、用途最广泛的建筑材料之一,据统计,每年全世界的耗用量接近100亿吨。如此巨大的用量,伴随着生产、使用过程带来矿石资源、能源的消耗,以及对大气和环境造成的污染,已引起全世界业内的关注。我国的水泥产量多年来居世界首位,占1/3以上。同时我国粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于发展基础设施建设的需要,有关部门仍在计划投资建设更多水泥厂。过去在混凝土里掺用粉煤灰,是为了节约水泥、降低工程材料费用,今天对混凝土掺用粉煤灰的认识,应该提高到保护环境、保护资源,使混凝土材料可长久地持续应用于基础设施建设中的高度上来。从煤炉中排出的烟气中收集到的细颗粒末称为粉煤灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一观阶段我国年排渣量已达3000万T。
随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理,就会产生扬尘,污染大气;若排入水系会造成河流淤塞,而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此,粉煤灰的处理和利用问题引起人们的广泛注意。粉煤灰的细度比水泥还细,主要成分为玻璃质状的圆颗粒、赤铁矿和磁铁矿矿渣、碳和一些冷却时形成的结晶体。在美国,混凝土中使用粉煤灰始于30年代初期,1937年,加利福尼亚州大学戴维斯首次全面地研究了在混凝土中使用粉煤灰的问题。1948年,在混凝土中使用粉煤灰的主要突破性标志是使用了120000T粉煤灰建造的匈牙利赫尔期大坝。美国再生材料利用局关于混凝土中使用粉煤灰的决定为粉煤灰在混凝土施工中的应用铺平了道路。
粉煤灰掺入混凝土的优点有:
1、可以改善混凝土的和易性,减少混凝土的用水量,达到节约部分水泥的效果;
2、在泵送混凝土中加入粉煤灰,可以较好地提高混凝土的可泵性,减少堵管现象;
3、在地下大体积混凝土中,可以替代较多的水泥,不但节约了水泥,更重要的是减少了水在混凝土中产生的水化热,可以防止因水化热太大而引起的混凝土开裂的现象。
在混凝土中掺入粉煤灰除了有水化热低、后期强度高的优点外,还有抗硫酸盐侵蚀性能好,较小的干缩率及流动性好等优点。利用粉煤灰修筑混凝土路面,只要粉煤灰掺量适当,配合比合理,养护得当,对混凝土中、后期强度及抗折强度的提高贡献很大,耐磨性能也有改善。粉煤灰在混凝土中能与水泥互补短长,均衡协作,还可充当混凝土的减水剂、释水剂、增塑剂、密实剂、抑热剂、抑胀剂,从经济、技术的角度上考虑是完全可行的。
公路施工中粉煤灰在混凝土应用中的几点注意事项:
1)采取特殊措施保证粉煤灰混凝土中要有合理的加气量,以维持混凝土的耐久性;
2)有些粉煤灰火山灰反应不足,会影响混凝土的质量;
3)施工工地附近,不一定有合适的粉煤灰,运输费用或许会超过任何价格上的优势;
4)改变粉煤灰的含量时,便要修改配合比;
5)拌和的和易性;
6)基础大量用,梁板考虑外观的色泽。由于水泥粉煤灰反应时要受到水泥性质的影响,不仅要测试和验证每种粉煤灰的资源,而且也要调查每个工程中采取的具体粉煤灰水泥混合料的性能。在公路工程建设中,自1994年以来于广东-深圳等四条近100km高速公路路面混凝土中掺用粉煤灰20-40,取得明显提高滑模摊铺机摊铺路面板的质量(提高路面宏观平整度、明显减少开裂)、减小进口设备损耗并降低水泥用量等技术与经济综合效益。根据我国现行国标《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB164-90)规定,拌制混凝土作为掺合料的粉煤灰,按细度、需水量比、烧失量、SO3含量、含水率五项指标可分为三个等级,如下表所示。对于钢筋混凝土和设计强度大于C30及以上的无筋混凝土,宜采用Ⅰ、Ⅱ类粉煤灰。其品质指标应满足表中的规定。注:代替细骨料或用以改善和易性的粉煤灰不受此规定的。根据《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》第3.2.1条,在普通钢筋混凝土中,粉煤灰的掺量不宜超过基准混凝土水泥用量的35,且粉煤灰取代水泥率不宜超过20。预应力钢筋混凝土中,粉煤灰最大掺量不宜超过20,其粉煤灰取代水泥率,采用普通硅酸盐水泥时不宜大于15,采用矿渣硅酸盐水泥时,不宜大于10。有资料显示,在英国,某机场铺筑两条对比试验段路面,经4年飞机与车辆运行后,掺粉煤灰的一条车道,表面抗滑构造完好如初,而另一条却斑斑点点。粉煤灰混凝土不仅可以改善混凝土的各项性能,延长混凝土结构的使用寿命,同时可以大幅度减小耗费能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量,因此也是一种绿色混凝土。从这个角度出发,推广粉煤灰混凝土在我国公路建筑工程中的应用,是一件于国于民有显著效益的事业,必定有强大的生命力,有广阔的发展前景。
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