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粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用
（作者未知） 2010/4/27
粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用
一、 概述
早在2000多年前的古羅馬時(shí)期，人類(lèi)就用火山灰與石灰混合作為膠凝材料，建造了許多雄偉的建筑物，例如萬(wàn)神殿，其直徑為44m的半球形穹頂就使用了12000噸這種膠凝材料和凝灰?guī)r輕骨料拌合而成的混凝土；還有聞名于世的圓形劇場(chǎng)等，這些建筑現(xiàn)在仍然安然無(wú)恙，2000年還有報(bào)道意大利人正在翻修圓形劇場(chǎng)，準(zhǔn)備在那里面舉行盛大的演出。今天在混凝土中摻用的粉煤灰，也是一種火山灰材料，大量的實(shí)踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長(zhǎng)期性能得到大幅度的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命有重要意義。
現(xiàn)在作為混凝土主要膠凝材料的硅酸鹽水泥，同樣是以石灰石和粘土為主要原料經(jīng)過(guò)煅燒生成的。它問(wèn)世于19世紀(jì)的30年代，至今尚不到200年歷史，因此用硅酸鹽水泥配制成混凝土建造的各種建筑物最長(zhǎng)只有100多年，而國(guó)內(nèi)近些年修建的一些土木工程結(jié)構(gòu)物運(yùn)行不多年，就出現(xiàn)各種病害，甚至很快就遭到嚴(yán)重的破壞。例如北京的西直門(mén)立交橋，運(yùn)行僅20年就不得不拆除重建；更有甚者，據(jù)某省交通科研所一位所長(zhǎng)坦言，那里的混凝土路面運(yùn)行三年不壞的很少！
80年代初，美國(guó)佛羅里達(dá)州建造了一座非常宏偉的跨海大橋，在該橋的建設(shè)過(guò)程中，考慮到周?chē)那治g性環(huán)境，在混凝土里摻用了大量粉煤灰，工程質(zhì)量有很大改善。因而在1983年修訂規(guī)范時(shí)，對(duì)原來(lái)隨意使用粉煤灰的規(guī)定進(jìn)行了修訂[1]。新規(guī)范（S-346）規(guī)定：在中度以上侵蝕環(huán)境中的橋梁上部結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土中，必須摻用粉煤灰。其中大體積混凝土中粉煤灰的摻量為18~50%。
什么是大體積混凝土？許多人至今仍認(rèn)為那就是指大壩，也有些人把高層樓房的大型基礎(chǔ)包括在內(nèi)�？墒敲绹�(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最大限度減少開(kāi)裂影響的，即稱為大體積混凝土。這個(gè)問(wèn)題下面還要談到。
摻粉煤灰混凝土的另一典型實(shí)例，是1982年英國(guó)的Garwick機(jī)場(chǎng)的停機(jī)坪擴(kuò)建工程，該工程在兩條相鄰的道面上對(duì)摻與不摻粉煤灰混凝土進(jìn)行了對(duì)比[2]。所用粉煤灰混凝土中粉煤灰用量達(dá)到46%。該工程經(jīng)運(yùn)行4年后所拍的照片清楚地顯示出：與純硅酸鹽水泥混凝土相對(duì)照，摻粉煤灰混凝土道面的表面層抗滑構(gòu)造仍基本完好，而前者則已坑坑點(diǎn)點(diǎn)，受到一定程度的破壞了。這個(gè)實(shí)際工程事例一方面說(shuō)明：在低水膠比條件下，即使摻有大量粉煤灰，也可以獲得強(qiáng)度和耐久性都十分優(yōu)異的混凝土；另一方面，對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)沿用的，以28d齡期的快速實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)不同類(lèi)型混凝土的耐久性提出了質(zhì)疑。
粉煤灰在混凝土公路路面中的應(yīng)用舉一個(gè)例子。Mehta教授曾提到[3]：在美國(guó)大約70%的低交通量公路與地方公路需要升級(jí)，考慮用大摻量粉煤灰代替水泥以降低造價(jià)，電力研究院(EPRI)出資搞了幾個(gè)示范工程：在北達(dá)科他州，1988和1989年夏天，用20000m3粉煤灰混凝土鋪筑厚為200mm的路面，其水膠比為0.43，水泥用量100Kg/m3、粉煤灰220Kg/m3。
加拿大礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心（CANMET）自1985年以來(lái)，對(duì)大摻量粉煤灰混凝土進(jìn)行了深入而廣泛的研究[4]，由于該國(guó)處寒帶地區(qū)，因此通常在混凝土里摻有引氣劑，并保持含氣量在5~6%，在這種前提下，以水泥150kg/m3，粉煤灰200kg/m3,通過(guò)高效減水劑將水膠比降到0.3左右，所配制的混凝土抗壓強(qiáng)度28天為30~40MPa；90天40~50MPa；1年50~60MPa。大摻量粉煤灰混凝土的成功試驗(yàn)，使其在哈利法克斯的帕克林購(gòu)物中心施工中用于澆注巨大的柱子，拌合物含55％低鈣粉煤灰、45％硅酸鹽水泥，以及就地取材的砂、石和高效減水劑。這些柱子一共用去700m3大摻量粉煤灰混凝土；在哈利法克斯海邊處于海洋環(huán)境的建筑物群施工中也得到應(yīng)用。該建筑物位于海邊，包括兩幢商業(yè)大廈的公共建筑，其32根直徑1.2m和30根直徑1.1m的框架柱沉箱，平均長(zhǎng)度在21m。采用大摻量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗?jié)B性能優(yōu)異。在渥太華附近的大衛(wèi)伏勞瑞達(dá)實(shí)驗(yàn)室，工程師們用CANMET開(kāi)發(fā)的大摻量粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)了一個(gè)重360噸的混凝土平臺(tái)。為了降低水化熱，以粉煤灰、Ⅱ型（低熱）水泥、水、粗細(xì)骨料、引氣劑和高效減水劑混合配制。平臺(tái)的尺寸是7×8m，平均厚度2.25m，安放在多個(gè)充氣圓柱體上，因此其震動(dòng)與地面分離。由于粉煤灰混凝土特殊的品質(zhì)，發(fā)射火箭產(chǎn)生的沖擊不會(huì)引起平臺(tái)共振。隨著齡期增長(zhǎng)，平臺(tái)混凝土的共振頻率以每年0.05Hz的速度增長(zhǎng)，質(zhì)量越來(lái)越好。在該平臺(tái)上成功地發(fā)射了愛(ài)那克依火箭的事實(shí)雄辯地證明：粉煤灰混凝土可以看作是真正的太空時(shí)代的建筑材料。
根據(jù)CANMET在第二屆“高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用”（未完，下一頁(yè)）
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