粉煤灰在路面混凝土中的应用

                                  清华大学土木工程系   覃维祖
    1、概述
    粉煤灰是—种大宗工业废料，由于近些年来大量热电厂的建设并投入运营，目前我国每年要排放约1．4亿吨。多年来，粉煤灰在建材生产、建设工程(包括筑坝、筑港、桥梁、地下工程与水下工程等)、道路基层修筑、回填(包括建筑回填、基础、矿井与坑道等)和其它产品制作中得到广泛的综合利用。由于高层建筑物在国内许多大城市如雨后春笋般广泛兴建。粉煤灰作为一种优良的“助泵剂”和高等级混凝土的辅助胶疑材料，在向高空泵送混凝土浇筑中发挥了重要作用。典型的例子如上海东方明珠电视塔施工时，把掺有粉煤灰的C60混凝土一级泵送至350米高的塔顶，创造了一项世界记录。这项记录表明：粉煤灰是一种优良的建筑材料，在重要的大型建筑工程发挥不可缺少的作用。
    粉煤灰在道路混凝土中应用，国内外已有大量的先例；
    早在50--60年代，国内就用粉煤灰就作为混凝土的掺合料修筑过路面，但是不成功。因为当时水泥的标号低，粉煤灰的质量也差，曾作为科研成果开发的，以粉煤灰为主要原材料，与石灰、石膏生产的“无熟料水泥”制品，强度不高，容易“起砂”，使许多工程技术人员产生深刻的印象：掺粉煤灰的混凝土不耐磨，用手一摸就掉灰。长时间以来，粉煤灰仅作为—种廉价的工业废料填筑路基，或作为二灰土、二灰碎石半刚性基层的原材料，应用于公路工程。
    七十年代以来，由于粉煤灰的质量提高，在混疑土路面中的应用有所发展。例如北京西直门立交桥施工时，掺用30％粉煤灰的混凝土铺筑一段试验路，使用20多年仍完好；河南焦作在同期也采用掺30％粉煤灰的混凝土铺筑一段试验路，据了解使用情况也尚好。
    到80年代末，广西南宁叫七海的公路采用碾压混凝土施工了1．1公里路面，混凝土中掺用粉煤灰达46％，水泥用量仅为154与171Kgm³，混凝土试件的28天抗折强度在4．5--8MPa；180d芯样的劈裂抗拉试验折算抗折强度为5．5--7．6MPa,由于经济技术效果显著被列为省重点推广项目，在后来修建的几条高等级公路得到应用。除广西外，山西、安徽、河南等许多省也纷纷采用掺粉煤灰的碾压混凝土修筑路面，取得了类似的效益。
    除碾压外,采用滑模摊铺工艺施工的水泥混凝土路面，也因为掺用粉煤灰而取得良好的效果。例如河北省于1992年8--9月采用滑模摊铺8公里天津——高碑店高级公路，施工中先后从北京用散装运输车运送300多吨粉煤灰至高碑店工地，以15--30％掺量加入混凝土，其90天钻芯劈裂抗拉强度折算成抗折强度，不掺对照组为6MPa;掺15％粉煤灰组6．5MPa；掺30％粉煤灰组达到7MPa，表明该混疑土后期强度随粉煤灰掺量增大而提高。不仅如此，由于掺用粉煤灰显著改善了混疑土的施工性能(增加粘聚性、不会泌水离析)；滑模摊铺后不塌边、抹面性好；由于是在夏季施工，延缓混凝土凝结时间的效果明显，特别在设备出现故障时，其优越性就更为显著；明显减少了塑性收缩裂缝等等，因此施工单位对掺用粉煤灰表现出很大的积极性。
    在广东省，粉煤灰路面混凝土近年来得到了推广应用。广东省筑路机械租赁联营公司是最早将粉煤灰应用于混凝土路面工程的单位。1994年，该公司采用刚从美国引进的滑模摊铺机施工的第一条高速公路广——-花高速公路第二幅路面上，就使用了掺有20％粉煤灰的混疑土，该路面经几年行驶考验，路况良好。1996年施工的深—讪高速公路惠来路段531Km混凝土路面掺有30％粉煤灰(最多为37％)，该路面的抗折强度、抗压强度都超过了设计要求，取芯强度合格率为100％，被评为省优工程。经过3年的使用，证明耐磨性能良好，路面质量令人满意。在人工摊铺的路面工程，也有掺大量粉煤灰的实例。如204国道江苏盐城阜宁段收费站外车道长约130米段，作为大掺量粉煤灰混凝土路面试验段，于1996年8月30---31日，以当地细度(45P筛余)15％；需水量比111％(根据有关标准评价，为3级灰)，含水量40％的湿灰，按50％的掺量与425#水泥混合经卧轴式拌和机搅拌的混凝土(同时掺有减水剂和引气剂)摊铺后，90天龄期的芯祥折算抗折强度达到5．1MPa,路面平整、没有裂缝和断板现象，获得—致好评(同时浇注的邻近路面，频繁出现开裂和断板。)
    在国外，一些国家应用粉煤灰于路面混凝土，已有大量工程实例。如在英国，据1991年召开的第．19届世界道路会议的报告报导：以粉煤灰：水泥为75：25(体积比)的混合胶结料用于路面工程(A483Cred-ford—Pulford段)。此前，早在1983年，伦敦的第二国际机场就以掺有46％(重量比)粉煤灰的混凝土和不掺粉煤灰的普通混凝土，铺就了两条相邻的路面进行对比试验，经过4年飞机与各种车辆的运行后，掺有粉煤灰的—条车道，表面抗滑构造完好如初；而未掺粉煤灰的一条已经魔斑点点。该文章发表在第一届国际混凝土耐久性会议论文集的耐磨性能部分，对粉煤灰混凝土的耐磨性能究竟如何这个问题，是—个很有说服力的证据。该文章中的几幅照片无可辩驳地证明：掺不掺粉煤灰对混凝土的耐磨性能没有直接的关系，取决掺粉煤灰混疑土的实际效果。
    在美国，多年来在水泥路面施工中，通常掺有10％--20％的粉煤灰，以提高混凝土粘聚性，改善路面板摊铺质量。由于有掺粉煤灰混凝土抗除冰盐侵蚀与冻融循环复合作用不良的担心，对继续加大掺量—直抱谨慎态度。但是在威斯康星州，曾将粉煤灰占40％、50％和60％的胶结料用于路面工程混凝土，还设计和施工了—条混凝土中掺高钙粉煤灰70％的道路。
    在澳大利亚，粉煤灰广泛用于道路基层与路面混凝土。1983年美国杂志“混凝土国际”刊登的—篇澳大利亚人写的文章，是有关高掺量粉煤灰用于路面混凝土的研究，该项目对有关路面混凝土的各种性能进行了较全面的试验，研究得出的结论是：当总胶结料用量在320—400Kg/m³，其中粉煤灰可以占到75％，这样的 混凝土无论是强度，或是耐久性都能满足路面混凝土的要求。这个研究所用的粉煤灰亦是高钙粉煤灰。