王喆 顏銘 王延璞

國(guó)外大量研究結(jié)果表明優(yōu)化配合比的高摻量粉煤灰混凝土不僅可以節(jié)約大量水泥、降低水化熱升溫、改善混凝土和易性，還具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B透性、高耐磨性以及低收縮性等優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能。目前，我國(guó)正在進(jìn)行長(zhǎng)壽命路面的研究，而HFCC在路用性能及其經(jīng)濟(jì)效益方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此，研究它的性能及其在長(zhǎng)壽命路面中的應(yīng)用具有一定意義。

1 HFCC的路用性能

1)HFCC的干縮性。由于粉煤灰顆粒較粗，摻入到混凝土后，顆粒中含有較多的自由水，而且在生產(chǎn)規(guī)定的混凝土流動(dòng)時(shí)，需要加大水量，混凝土的干縮變形主要是由于混凝土中的水分蒸發(fā)引起的，因此，混凝土中加入粉煤灰后干縮值會(huì)變大。在原材料一定的條件下，混凝土的配合比對(duì)干縮率有很大的影響?；炷恋母煽s率隨齡期的增長(zhǎng)而增大，齡期內(nèi)增長(zhǎng)較快，齡期后增長(zhǎng)速度相對(duì)要慢。水膠比相同時(shí)，干縮率隨粉煤灰摻量的增加而降低。水膠比小時(shí)，膠凝材料用量大，混凝土的干縮率就大，因此，在粉煤灰摻量相同時(shí)，水膠比越小，干縮率越大。

2)HFCC的抗壓與抗折強(qiáng)度。水泥混凝土路面力學(xué)性能的主要控制指標(biāo)是抗折強(qiáng)度，同時(shí)以抗壓強(qiáng)度為參考。對(duì)不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時(shí)，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標(biāo)號(hào)為1，2，3，4，5，對(duì)其28 d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度進(jìn)行了分析，如圖1，圖2所示。由圖1，圖2可以看出，摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨粉煤灰摻量的增加而降低，而且粉煤灰含量超過(guò)35%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都小于不摻加粉煤灰的混凝土。同時(shí)，早齡期摻加粉煤灰的混凝土強(qiáng)度偏低，但粉煤灰的加入減少了水泥顆粒在拌和時(shí)的絮凝傾向，有利于形成均一、穩(wěn)定、密實(shí)的漿體，加之火山灰反應(yīng)的作用，混凝土的后期強(qiáng)度明顯增長(zhǎng)。而當(dāng)粉煤灰含量達(dá)到一定程度后，繼續(xù)增加粉煤灰摻量，降低了水泥用量，使火山灰反應(yīng)不能充分進(jìn)行，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

3)HFCC的抗?jié)B性與抗凍性?？?jié)B性在很大程度上決定了混凝土的耐久性，粉煤灰可以改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性能。對(duì)不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時(shí)，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標(biāo)號(hào)為1，2，3，4，5，對(duì)其28 d的抗?jié)B標(biāo)號(hào)的分析見(jiàn)圖3。

由圖3可知，當(dāng)硅粉摻入率和引氣減水劑一定時(shí)，混凝土抗?jié)B透性能隨著粉煤灰取代率的增加而降低，但都比不摻加粉煤灰的混凝土要高，表明混凝土中摻入粉煤灰后能夠顯著提高密實(shí)性能和抗?jié)B透性，這是由于粉煤灰使其滲透通道比不摻加的混凝土更彎曲，另外火山灰反應(yīng)生成的水化硅酸鈣凝膠，能填塞水泥石中的滲透通道，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度;同時(shí)其孔徑分布也與不摻加粉煤灰的混凝土不同，前者大孔的數(shù)量較少，滲透系數(shù)較小，具有良好的抗?jié)B能力。但短齡期HFCC的抗?jié)B性能比不摻加粉煤灰的混凝土要低，長(zhǎng)齡期的HFCC的抗?jié)B性相當(dāng)好?；炷恋膬鋈趽p壞、裂縫等大都是混凝土中浸水引起的。而低滲透性能夠降低進(jìn)入混凝土的水分，故也能增加混凝土的耐久性。隨粉煤灰摻量的增多，混凝土中拌合物的和易性會(huì)更好;由于混凝土中的火山灰效應(yīng)，混凝土中空隙尺寸與空隙率減小，氫氧化鈣晶體減小，且分布均勻，因此，高摻量粉煤灰混凝土有較好的抗凍性。

4)HFCC的耐磨性?；炷恋哪湍バ耘c強(qiáng)度有關(guān)，而其強(qiáng)度隨著粉煤灰取代率的增加而降低，進(jìn)而耐磨性減弱。對(duì)不摻加粉煤灰的混凝土和硅粉摻入率7%，引氣減水劑摻入量為1%時(shí)，粉煤灰摻量分別為25%，30%，35%，40%的混凝土分別標(biāo)號(hào)為1，2，3，4，5，對(duì)其28 d的磨耗率的分析見(jiàn)圖4。

由圖4可知，當(dāng)粉煤灰取代率為25%～30%時(shí)，耐磨性比不摻加粉煤灰的混凝土的好;當(dāng)粉煤灰摻入率為30%～35%時(shí)，耐磨性與基準(zhǔn)混凝土接近;當(dāng)粉煤灰摻入率大于35%時(shí)，耐磨性比不摻加粉煤灰的混凝土要差。但由于隨著齡期的增加，摻加粉煤灰的混凝土的強(qiáng)度增加，所以后期耐磨性能增加。

2 HFCC的經(jīng)濟(jì)性能

混凝土中加入高摻量粉煤灰，既可以節(jié)約水泥，降低混凝土生產(chǎn)成本，又能消耗大量的粉煤灰，變廢為寶，化害為利，節(jié)約堆放粉煤灰的大量寶貴土地，更大程度地發(fā)揮高性能優(yōu)勢(shì)，改善混凝土工作性、耐久性能。

2.1 節(jié)約水泥用量

假設(shè)1 000 km的公路，40%為高速公路(寬21.0 m，厚26 cm)，60%為二級(jí)公路(寬為9.0 m，厚22 cm)，則路面面積為:

S=1 000×1 000×40% ×21.0+1 000×1 000×60% ×9.0=13 800 000 m2。

面層水泥混凝土體積為:V=1 000×1 000×40% ×21.0×0.26+1 000 ×1 000 ×60% ×9.0 ×0.22=33.72 萬(wàn) m3。

當(dāng)水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為40∶60，水膠比為0.36時(shí)，1 m3膠凝材料中膠材的質(zhì)量為:。

當(dāng)集料用量與膠凝材料用量比為290∶1 000時(shí)，1 m3HFCC膠凝材料的用量為290×1.349=391 kg。

水泥:391 ×0.6=234.6 kg;粉煤灰:391 ×0.4=156.4 kg。

二者相比，高摻量粉煤灰水泥混凝土每立方米可減少水泥用量74 kg，增加粉煤灰量156 kg。即33.72萬(wàn)m3水泥混凝土可節(jié)約水泥 2.495萬(wàn) t。

2.2 減少占用土地面積

粉煤灰作為一種工業(yè)廢渣，其堆放需要占用大量的土地，按每萬(wàn)畝土地可堆放400萬(wàn)t的粉煤灰，33.72萬(wàn)m3水泥混凝土，可利用粉煤灰5.260萬(wàn) t，減少占用土地1 315畝，按每畝土地1萬(wàn)元計(jì)算，可節(jié)約費(fèi)用1 315萬(wàn)元。而且，初步計(jì)算，粉煤灰等量替代20%的水泥，不摻加任何外加劑，每立方米混凝土節(jié)約20元左右;替代30%～50%水泥，增加外加劑，每立方米混凝土節(jié)約30元～40元左右。所以，在經(jīng)濟(jì)效益上看，HFCC比普通水泥混凝土有很大優(yōu)勢(shì)。

3 HFCC在長(zhǎng)壽命路面中的應(yīng)用分析

目前，HFCC的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)已有大量先例:北京西直門立交橋施工時(shí)摻用30%粉煤灰的混凝土澆筑了一段路面，使用20多年仍保持完好;河南焦作在同期也采用30%粉煤灰的混凝土路面鋪筑一段實(shí)驗(yàn)路，使用情況也尚好;204國(guó)道江蘇鹽城阜寧段收費(fèi)站外車道長(zhǎng)約130 m段，至今路面平整、沒(méi)有裂縫和斷板現(xiàn)象。

高摻量粉煤灰在國(guó)內(nèi)的大量應(yīng)用為其以后的應(yīng)用發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在其基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步的研究，為長(zhǎng)壽命路面的發(fā)展提供更好的資料。

4 結(jié)語(yǔ)

1)HFCC具有高強(qiáng)、高抗?jié)B和抗凍、高耐磨以及低收縮等優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能。2)修筑HFCC路面，不僅可以降低工程造價(jià)，節(jié)約大量建設(shè)資金，而且還可以有效利用資源，改善環(huán)境，HFCC路面具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。3)HFCC在路用性能及其經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢(shì)，決定了它在長(zhǎng)壽命路面中的應(yīng)用價(jià)值。4)HFCC的早期性能低，需用摻加活性激發(fā)劑、磨碎等措施改善早期性能。

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