粉煤灰在工程实际中的应用

粉煤灰在工程实际中的应用1．粉煤灰的介绍粉煤灰：工业固体废物的一种。

煤燃烧所产生的烟气中的细灰，一般是指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰，又称飞灰、烟灰。

物理性质项目范围均值密度/（g/cm3） 1.9～2.9 2.1堆积密度/（g/cm3） 0.531～1.261 0.780比表面积（cm2/g）氮吸附法 800～19500 3400透气法 1180～6530 3300原灰标准稠度/% 27.3～66.7 48.0需水量/% 89～130 10628d抗压强度比/% 37～85 66粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。

它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。

粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。

化学性质粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。

主要来源粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉，其中90%以上为湿排灰，活性较干灰低，且费水费电，污染环境，也不利于综合利用。

为了更好地保护环境并有利于粉煤灰的综合利用，考虑到除尘和干灰输送技术的成熟，干灰收集已成为今后粉煤灰收集的发展趋势。

元素组成粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O 47.83%，Si 11.48%～31.14%，Al 6.40%～22.91%，Fe 1.90%～18.51%， Ca 0.30%～25.10%，K 0.22%～3.10%，Mg 0.05%～1.92%，Ti 0.40%～1.80%，S 0.03%～4.75%，Na 0.05%～1.40%，P 0.00%～0.90%，Cl 0.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%。

由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。

因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。

2．粉煤灰在混凝土中的应用为了便于认识粉煤灰在混凝土中的作用，先来看看混凝土的结构和性能之间的关系。

混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒的粗骨料（石子）填充；粗骨料颗粒的空隙由细骨料（砂子）填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙；水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，并包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土（也称拌合物）具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。

硬化混凝土是一种复杂的、多相的复合材料，它的结构主要包括三个相——骨料、硬化水泥浆体以及二者之间的过渡区，说它复杂是因为它很不匀质，主要体现在以下几方面：第一，过渡区的存在。

过渡区是围绕骨料颗粒周边的一层薄壳，厚度约10～50μm.由于它的薄弱，对混凝土性能的影响十分显著；第二，三相中的任一相，本身实际上还是多相体。

例如一颗花岗岩的骨料里除了有微裂缝、孔隙外，还不均匀地镶嵌着石英、长石和云母三种矿物。

石英很硬，而云母就很软；第三，与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相——硬化水泥浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。

先谈骨料相。

通常在为混凝土选择骨料时，首先注意的是它的颗粒强度，也就是说：它越坚硬越好。

事实上，由于骨料的强度通常比其他两相的高很多，因此它对混凝土的强度并没有直接的影响。

但是它们的粒径和形状间接地影响混凝土强度：当骨料最大粒径越大、针片状颗粒越多时，其表面积存的水膜越厚，过渡区相就越薄弱，硬化混凝土的强度和抗渗透性也越差。

所以，质量好的骨料应该是颗粒形状均匀、级配好，堆积密实度高，所需要的浆体用量少。

许多路面板之所以不耐久，骨料质量差，尤其缺乏5～10mm粒径的颗粒，因此传荷能力和抗冲击与疲劳能力受到严重影响是重要的原因。

再谈硬化水泥浆体（也称水泥石）。

在配制混凝土选用水泥时，都认为标号越高的水泥就越好。

事实上，高标号水泥因为通常粉磨得越细，在拌合时往往需要更多的水，硬化后生成更多薄弱的氢氧化钙，多余的水分蒸发后也会形成更多的孔隙，对混凝土的强度和耐久性不利。

但是，这样的水泥水化反应快，因此用它配制的混凝土早期强度高，这是它受欢迎，售价高的原因。

试验表明：即使所用骨料非常致密，混凝土的渗透性也要比相应的水泥浆体低一个数量级。

这说明：混凝土体的渗透性并不直接取决硬化水泥浆体的渗透性，那么更主要的影响来自哪里呢？答案只能是：来自过渡区。

刚浇筑成型的混凝土在其凝固硬化之前，骨料颗粒受重力作用向下沉降，含有大量水分的稀水泥浆则由于密度小的原因向上迁移，它们之间的相对运动使骨料颗粒的周壁形成一层稀浆膜，待混凝土硬化后，这里就形成了过渡区。

过渡区微结构的特点为：1）富集大晶粒的氢氧化钙和钙矾石；2）孔隙率大、大孔径的孔多；3）存在大量原生微裂缝，即混凝土未承载之前出现的裂缝。

因为过渡区的影响，使混凝土在比它两个主要相能够承受的应力低得多的时候就被破坏；由于过渡区大量孔隙和微裂缝存在，所以虽然硬化水泥浆体和骨料两相的刚性很大，但受它们之间传递应力作用的过渡区影响，混凝土的刚性和弹性模量明显地减小。

过渡区的特性对混凝土的耐久性影响也很显著。

因为硬化水泥浆体和骨料两相在弹性模量、线胀系数等参数上的差异，在反复的荷载、冷热循环与干湿循环作用下，过渡区作为薄弱环节，在较低的拉应力作用下其裂缝就会逐渐扩展，使外界水分和侵蚀性离子易于进入，对混凝土及钢筋产生侵蚀作用。

3.粉煤灰在高速公路施工中的应用就地就近利用粉煤灰修筑路基、路面底基层和基层，既可以变废为宝，减少占地及环境污染，又能提高道路质量，降低工程成本，具有较大的技术经济价值，是一件利国利民的事。

路堤施工中使用粉煤灰，可以减少与农业争地，采取一定技术措施，能够满足不同等级公路的技术要求。

施工路面基层和底基层时掺拌粉煤灰后筑路材料更能发挥其优点，使成型且养生的结构层具有良好的力学性能、板结性、水稳定性和一定的抗冻性。

有些省市结合所在地区的自然条件和资源特点，通过对影响二灰类使用特性的各种因素——如材料品质、规格及材料组成设计，施工工艺，含水量，密实度，温度及养生方法等——进行大量实践和探索，得出此类材料不同于一般刚性基层和底基层结构的特征；通过对该种材料的路面结构组成设计，施工工艺等进行分析总结，认为二灰类混合材料系一种缓凝性硅酸盐类材料，用它铺筑出来的基层和底基层将会形成整体层。

在一定温度、湿度下其强度随龄期而增加，属滞后型，其后期工作强度一般情况下均超过初期强度的数倍甚至十多倍。

本文就粉煤灰的应用，施工工艺，工程实践中应注意的事项做一些分析。

随着国民经济的发展，交通量增长非常迅速，我国高等级公路建设近几年掀起了高潮。

路堤的大量填方用土与农业争地的现象日益增多，而随着加上多年陈灰积压，侵占农田、污染环境，急待开发利用。

据八十年代末资料统计，我国年粉煤灰排放量就在四千万吨以上，利用率很低。

就地就近利用粉煤灰来修筑公路，变废为宝，既减少环境污染，又能减少占用农田，提高道路工程质量，降低成本，具有较大的社会经济效益。

粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣。

其主要成分是二氧化硅（SiO2）和三氧化二铝（Al2O3），其总含量常超过70%，氧化钙（CaO）含量一般在2%~6%，通常称这种粉煤灰为硅铝粉煤灰。

粉煤灰的烧失量一般小于10%，但由于燃烧工艺等原因，有的粉煤灰烧失量则在20%以上。

粉煤灰填筑路堤的应用程序首先根据拟填筑路基的高度和原地基土质水文条件，采取相应的设计措施，对施工工艺及控制标准提出要求。

路堤设计中要根据地基的状况采取措施排除地下水，加速土的固结，满足工后沉降和稳定性要求，其方法有：设碎石桩，把原基作成一定拱度，铺碎石垫层或碎石加砂垫层，可以在碎石垫层上敷设两层土工织物加筋层，每层厚度30cm，填筑砂土或亚砂土，加筋层设置的目的上，一是加筋作用起增加路堤的抗滑稳定性，二是隔离毛细水，防止粉煤灰填料含水量过大而引起路堤粉煤灰强度降低。

在土工物加筋隔离层上按规定30cm一层纵向填筑粉煤灰并碾压至要求的密实度。

路槽标高以下设置50cm的亚砂土覆盖层封顶。

边坡用宽2m（水平方向）的亚砂土作包边，形成土质包边外壳，以保护粉煤灰路堤边坡的稳定性。

土质边坡上要纵横设置无纺土工织物碎石盲沟。

在路堤设计中要对粉煤灰路堤及土质边坡进行稳定验算。

在稳定验算中，不计粘结力C值，内摩擦角φ值也应取用饱水后的φ值为宜，以策安全。

粉煤灰路堤施工粉煤灰路堤施工的施工方法和压实机械基本上与土质路基施工类似，但增加了包边土摊铺和设置盲沟等工作内容。

路堤施工质量的好坏，特别是粉煤灰压实度能否满足要求，取决于摊铺厚度、含水量控制，压实机械的种类及碾压遍数这四项基本要求。

摊铺厚度粉煤灰的摊铺厚度与摊铺方式（人工或机械）和压实机械的能力有关。

摊铺厚度要通过施工试验段来决定。

一般讲，国产20t振动压路机要求压实厚度不大于20cm，不宜太厚，这样才能保证压实层中压实度均匀一致。

如有大功率的振动压路机，如原西德产的BW-217D型50t级振动压路机，压实厚度可控制在30cm左右。

根据工地实测，摊铺的松方系数按下列建议值控制：用人工摊铺，松方系数1.6-1.8用推土机摊铺，松方系数 1.2-1.3用平地机摊铺，松方系数 1.1-1.22.2.2 含水量控制从粉煤灰的击实特性可看出，达到90%压实度（重型）的含水量变化范围为10%，而比土的变化范围2-5%要宽得多。

而实际上土的含水量超过3-5%是根本不易压实的。

粉煤灰吸水量大，但失水也快，控制好碾压时的含水量接近或略大于最佳含水量是至关重要的一环。

掌握好含水量可以起到事半功倍的效果。

碾压压实度与碾压机械压实能力的大小和碾压遍数密切相关。

钢三轮压实效果差。

振动压路机随其自重吨位由小到大，压实效果越来越好。

粉煤灰路堤的强度测定和沉降观测施工完粉煤灰路堤要进行弯沉值、回弹模量的测定；需要进行路堤的沉降观测，把测得的沉降量与计算的最终沉降量进行比较，并与同样高度土质路基的计算沉降量比较。

粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀，具有一定水稳定性的无粘结性材料。

其路用性能满足公路路堤的技术要求。

采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，为开发利用粉煤灰找到了一条有效途径。

粉煤灰具有重量轻、压缩性小、渗透性好、摩擦系数大、强度高等优点，特别适用于软弱地基上高路基的修筑。

粉煤灰吸水量大，泄水能力强，施工压实含水量要求范围比较宽，给施工带来方便，尤其是雨季施工，更能体现出其优越性。

粉煤灰是一种细颗粒材料，其强度主要由颗粒间摩擦力构成，其内阻角φ一般在35-40度，饱水后φ值降低到25-35度，而粘结力C值饱水后几乎丧失，为偏于安全，验算稳定时，不计C值，值应取饱水后的φ值为宜，设计时必须考虑到这一点。