一、引言

　　粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，來源于煤中無機組分，是工業“三廢”之一。粉煤灰是一種火山灰質材料，是一種高度分散的微細顆粒集合體，主要由氧化硅玻璃球組成。比重在1.95～2.36之間，松干密度在450 kg/m³～700kg/m³范圍內，比表面積在220 kg/m³～588 kg/m³之間。由于粉煤灰的多孔結構、球形粒徑的特性，在松散狀態下具有良好的滲透性。

　　2000年以前，長春市粉煤灰主要以填埋方式處理，占用大量耕地，造成環境污染，隨著粉煤灰產量的不斷增加，處理能力已經滿足不了實際需求。如今，長春市已改變傳統的處理方式，以粉煤灰為資源，開展綜合利用，變廢為寶。將粉煤灰廣泛應用在建材、建工、道路、橋梁、回填等方面。目前全市粉煤灰年排放量為80萬噸，年綜合利用量已超過年排放量，高于全國利用率53.5%的平均水平，隨著工業的發展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應用粉煤灰不僅能節約土地和能源，而且能保護和治理環境。

　　粉煤灰混凝土是指以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成的混凝土。粉煤灰在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節約水泥，提高工程質量和降低成本。

　　二、粉煤灰在混凝土中的基本效應

　　粉煤灰在水泥混凝土中主要有三個基本效應：形態效應、火山灰效應和微集料效應。控制這三個效應向有利方向發展，即可變廢為寶、改善混凝土的性能。除上述三個基本效應外，粉煤灰還有免疫效應(抑制堿集料反應效應、提高耐腐蝕性效應等)、減熱效應(降溫升效應)、泵送效應等，不過這些效應都離不開上述三個基本效應。

　　2.1、形態效應

　　粉煤灰的形態效應，主要是指粉煤灰的顆粒形貌、粗細、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效應。粉煤灰微珠顆粒可以起到滾珠的作用，降低混凝土拌和的內摩擦力而提高流動性。粉煤灰的密度小于水泥，因而等量替代后可增加漿體的體積，從而改善對粗細集料的潤滑程度，也有利于提高混凝土拌合物的流動性。此外，還可以提高混凝土的勻質性、粘聚性和保水性。

　　2.2、火山灰效應(活性效應)

　　粉煤灰屬于活性礦物摻合料。粉煤灰中含有的玻璃態的氧化硅和氧化鋁屬于活性氧化硅和活性氧化鋁，它們與水泥水化生成的氫氧化鈣和水發生水化反應(該水化反應亦稱二次反應)，生成具有水硬性特點的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，并填充于毛細孔隙內。這些水化產物同樣具有強度，特別是水化硅酸鈣，該水化反應在28天時較弱，而在28天以后逐步明顯。粉煤灰的細度越大，即顆粒越小，活性越高，水化反應能力越高。溫度越高，水化反應能力越強，強度增長越快。當溫度低于5℃時該水化反應基本停止，強度發展緩慢。

　　火山灰效應可以提高混凝土后期強度，并且高于不摻粉煤灰的混凝土，且齡期越長該差異越大。因而對早期承載能力要求不大的工程可利用其60天、90天、180天時的強度。

　　2.3 微集料效應

　　粉煤灰微珠具有極高的強度，其填充在水泥顆粒間的空隙，既減少了毛細孔隙，又起到了微骨架作用。隨水化的不斷進行，粉煤灰的水化產物與未水化的粉煤灰內核的粘結力不斷提高，這也有利于提高粉煤灰的微集料效應。

　　三、 粉煤灰混凝土的應用

　　102國道─京哈鐵路立交橋是長春市四環路的重要組成部分，橋跨總長度1515m，總面積31000m²。樁基礎、墩臺、現澆箱梁的混凝土總量為44766m3。根據下表所列配合比設計，與基準混凝土(即不摻加粉煤灰的混凝土)相比，在水泥混凝土中使用1噸粉煤灰可以取代0.95～0.98噸的水泥(現澆箱梁除外)，全橋節約水泥1268噸。并且摻加適量的優質粉煤灰后，混凝土的許多重要性能得到明顯的改善，為大規模使用商品混凝土創造了條件，從而縮短了施工周期。

　　粉煤灰混凝土配合比設計一覽表(單位：Kg/m³)

　　3.1、粉煤灰對混凝土的正面作用

　　(1)、混凝土拌和料和易性得到改善

　　摻加適量的粉煤灰改善了混凝土拌和料的流動性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、澆筑成型，并減少坍落度的經時損失。

　　(2)、減少水化熱、熱能膨脹性。

　　水泥混凝土中水泥水化反應要放出熱量，在大體積水泥混凝土構件中會出現中心與邊緣溫度差而產生應力，導致裂縫。由于粉煤灰的摻加，減少了水化放熱量，有利于減少在水泥混凝土內部由于水化熱而產生的升溫，減少了水泥混凝土熱膨脹出現裂縫的危險。對大體積混凝土工程特別有利。

　　(3)、混凝土的耐久性提高

　　由于二次水化作用，改善混凝土內孔結構,填充內部空隙，提高混凝土的密實度，界面結構得到改善。同時由于二次反應使得易受腐蝕的氫氧化鈣數量降低，因此摻加粉煤灰后可提高混凝土的抗滲性、抗硫酸鹽腐蝕性和抗鎂鹽腐蝕性等。同時由于粉煤灰比表面積巨大，吸附能力強，因而粉煤灰顆粒可以吸咐水泥中的堿，并與堿發生反應而消耗其數量。游離堿數量的減少可以抑制或減少堿集料反應。

　　(4)、減少了水泥混凝土的徐變。

　　粉煤灰混凝土的徐變低于普通混凝土。粉煤灰的減水效應使得粉煤灰混凝土的干縮及早期塑性干裂與普通混凝土基本一致或略低。

　　(5)、增強水泥混凝土的泵送性。

　　對于摻加粉煤灰的泵送水泥混凝土來說，除了因改善和易性而提高了易泵性之外，同時由于泌水性和離析現象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃體效應，可以得到更好的減阻效果。

　　(6)、耐磨性提高。

　　粉煤灰的強度和硬度較高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性優于普通混凝土。但混凝土養護不良會導致耐磨性降低。

　　(7)、增加水泥混凝土的修飾性。

　　粉煤灰水泥混凝土修飾性比基準水泥混凝土要好，能使表面平整飽滿，較容易抹面和修飾，而且硬化后的水泥混凝土色澤更為美觀。

　　3.2、 粉煤灰對混凝土的負面作用

　　(1)、強度發展較慢、早期強度較低

　　由于粉煤灰的水化速度小于水泥熟料，故摻加粉煤灰后混凝土的早期強度低于普通混凝土，且粉煤灰摻量越高早期強度越低。但對于高強混凝土，摻加粉煤灰后混凝土的早期強度降低相對較小。粉煤灰混凝土的強度發展相對較慢，故為保證強度的正常發展，本工程摻加了減水劑，7天就能拆除承重模板，預應力連續梁14天就達到100％的設計強度。

　　(2)、抗碳化性、抗凍性有所降低

　　粉煤灰的二次水化使得混凝土中氫氧化鈣的數量降低，因而不利于混凝土的抗碳化性和鋼筋的防銹。而粉煤灰的二次水化使混凝土的結構 更加致密，又有利于保護鋼筋。因此，粉煤灰混凝土的鋼筋銹蝕性能并沒有比普通混凝土差很多。考慮上述原因，本工程同時使用減水劑，有效地減緩摻加粉煤灰所帶來的抗碳化性減弱，從而提高對鋼筋的保護能力。

　　四、結語

　　通過粉煤灰混凝土在102國道─京哈鐵路立交橋中樁基礎、承臺、墩柱、箱梁等結構的應用，總結出如下經驗：

　　1、粉煤灰混凝土不僅能節約水泥，還減少了細骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定

　　經濟效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，減少環境污染，因此，具有一定社會效益。

　　2、某些粉煤灰混凝土表面強度低，并不是因為在施工振搗過程中混凝土表面出現了粉煤灰浮漿，而多是由于混凝土表層在施工及凝結硬化過程中水灰比過大所致。對表面強度要求較高的混凝土，在生產及施工過程中一定要注意混凝土泌水情況，同時配制混凝土時宜選擇泌水率小的水泥，并正確養護。

　　3、粉煤灰中的碳在混凝土泌水過程中逐漸與漿體分離，并且上升到混凝土表面。容易造成“粉煤灰較輕，易浮于混凝土表面”這一錯誤認識的假象。同時，含碳量較高的粉煤灰(10 %以上) 也是造成混凝土表面硬度低的一個原因。

　　4、粉煤灰混凝土如果忽視了養護，混凝土表面硬度下降往往較不摻粉煤灰混凝土更顯著。