2.6 在建工中的利用

2.6.1 混凝土摻合料

2.6.1.1 基本性能

粉煤灰作為摻合料在預拌混凝土和預拌砂漿中應用數量很大，可以起到節約水泥，降低混凝土成本，改善水泥混凝土和砂漿某些性能的效果。拌制水泥混凝土和砂漿時，做摻合料的粉煤灰應滿足表2-58的要求。

配制鋼筋混凝土必須使用Ⅰ、Ⅱ級灰，Ⅲ級灰只能在素混凝土和砂漿中使用。預拌混凝土在大、中城市已非常普及，國家有關產業政策要求發展預拌混凝土和預拌砂漿。生產預拌混凝土和預拌砂漿通常都要摻加一定數量的粉煤灰以改善混凝土和砂漿的性能。在預拌混凝土中一般摻加50～70kg/m³的粉煤灰做摻合料，通常C30混凝土摻粉煤灰為60kg/m³左右。在預拌混凝土中摻加粉煤灰有利于減小泵送阻力，改善混凝土和易性、泌水性等。

混凝土中使用粉煤灰作為摻合料，可以改善混凝土的部分特性，諸如硬化水平、強度、干燥收縮性等。研究表明，當粉煤灰摻入量為40%時，降低泥漿的干燥收縮率的效果較好，與波特蘭水泥泥漿相比，粉煤灰泥漿的干燥收縮率下降30%～40%。摻雜粉煤灰還可以降低混凝土的重量，降低混凝土的熱傳導性，并且隨著粉煤灰摻入量的不斷增加，熱傳導能力也隨之下降。當粉煤灰摻入量為30%時，混凝土制品的熱傳導率達到最低為0.1472W/（m·K）。粉煤灰在混凝土中替代水泥的限值見表2-59。

粉煤灰能減少新燒混凝土的水化熱，粉煤灰混凝土與普通混凝土水化時的溫度升高情況見表2-60。由于高層建筑的底板厚度很大，甚至超過2～3m，個別的高層建筑底板厚度甚至大于4m。因此粉煤灰被已經被廣泛地應用于這種大厚度大體積混凝土中，以降低其水化熱的問題。

粉煤灰混凝土也被用于核電站的安全殼，如上海秦山核電站，壁厚1m的混凝土要求絕對不出現裂縫，其解決辦法也是摻加混凝土。

研究工作證實，摻加粉煤灰可提高混凝土的抗滲性。研究工作也證明粉煤灰混凝土有良好的抗海水進入能力，上海建筑科學院在華東某一大型海港工程中用粉煤灰混凝土做該港工料，其結果證明抗氯離子能力比普通混凝土提高很多。

2.6.1.2 應用實例

（1）在公路工程中的應用

寧波某一級公路工程中開展高摻量粉煤灰混凝土（摻量50%）應用試驗研究，取得了較好的效果。

①試驗用原材料　水泥采用425普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用寧波某電廠干排粉煤灰其品質指標與化學成分分別列于表2-61和表2-62；外加劑采用高效減水激發劑；集料采用中粗河砂、二級配碎石。

②現場施工與取樣　本項高摻量粉煤灰混凝土路面工程試驗段的路幅度9.0m，路面厚0.22m，長約1000m。

試驗路段共澆筑高摻量粉煤灰混凝土1260m³，使用粉煤灰220t，鋪筑路面長約650m。由于施工藝質量控制較好，試驗取得了預期有效果。路面竣工后鉆取了3組芯樣，測試了圓柱體芯樣的劈裂抗拉強度，再通過換算得出混凝土的抗折強度，結果列于表2-63。

現場取樣結果表明，高摻量粉煤灰混凝土的平均抗折強度與普通對比混凝土的抗折強度一致，說明混凝土的配合比設計與試驗性施工是成功的。

③技術經濟分析　品質符合國家標準Ⅰ級或Ⅱ級的干排粉煤灰，利用其顆粒形態（微珠）效應、火山灰活性（較高的SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃）效應與微填充（電吸、風選或磨細）效應，在傳統摻量的情況下，可配制出較普通混凝土性能全面優越的混凝土。

在單方混凝土材料成本方面，兩種混凝土的成本差別主要反映在膠凝材料與外加劑上，初步核算見表2-64。

由表2-64可見，高摻量粉煤灰混凝土的單方成本可比普通混凝土節約20元/m³。

（2）在官廳湖特大橋工程中的應用

①工程簡介　在官廳湖特大橋工程中，樁基礎采用C30混凝土，樁承臺采用C25混凝土，墩身采用C40混凝土，這些部位混凝土均摻加了粉煤灰。

②原材料選擇　配制大摻量粉煤灰混凝土，應選用好的或比較好的原材料。水泥是混凝土的主要膠凝材料。當前，我國配制大摻量粉煤灰混凝土，多數使用525號普通水泥，用其配制的混凝土，最高抗壓強度可達100MPa。配制C60以上混凝土，也有使用425號普通水泥或礦渣水泥的。摻入粉煤灰的作用，既做次膠凝材料取代部分水泥，又做功能組分改善和提高進性能。粉煤灰材料易得，價格低廉，性能又不錯，因此，應用得較為普遍。配制高性能混凝土應該盡量選用經過分選或磨細的I、Ⅱ級粉煤灰，有些單位以粉煤灰為主料，配以少量硅粉、超細礦渣制成的超細復合摻合料，效果更好。

細集料多用河中砂，經過試驗也可使用粗砂、細砂、山砂或人工砂。砂的含泥量一般應小于1%，泥塊含量小于0.5%。其他有害物質含量需符合有關技術標準的規定。

粗集料約占混凝土的50%，其質量對混凝土性能影響非常明顯。國內外多用質地堅硬、粒形較好的碎石。其立方體抗壓強度大于極抗壓強度的1.5倍，壓碎指數多在8.5%以下；石子最大粒徑多為20～25mm，都是連續級配；針、片狀顆粒含量低于6%；石子含泥量應小于1%；其他有害物質含量需符合有關技術標準規定，不應使用可能導致堿一集料反應的活性集料，必須使用時要有可靠的技術保證措施。

③配合比設計　低用水量與低水膠比這是粉煤灰混凝土設計的一個重要原則。由于高效減水劑的摻入，配制大流動度混凝土，用水量多在150kg/m³左右，較普通混凝土降低15%～25%，水膠比也隨之下降。

配制粉煤灰混凝土，水泥用量大多在500kg/m³以下，比普通混凝土略低，這對改進混凝土性能與節約水泥有利。減下的水泥由粉煤灰等活性摻合料代替。粉煤灰取代水泥的方法，Ⅰ級灰多為等量取代，Ⅱ級灰多為超量取代。

砂率一般為33%～40%，大流動度自密實混凝土高達45%～50%。由于部分砂被粉煤灰取代，實際砂率有的大大低于上述范圍；外加劑摻量根據使用說明書并通過試驗確定。

④施工注意事項　大摻量粉煤灰混凝土現場施工應注意以下幾點。

a.對進場原材料嚴格進行質量檢驗；

b.粉煤灰摻入混凝土中的方式，可采用干摻或濕摻，其摻入方法符合下列要求：干摻時，干粉煤灰單獨計量，與水泥、砂、石、水等材料按規定次序加入攪拌機進行攪拌；濕摻時，先將粉煤灰配制成粉煤灰與水及外加劑的懸浮漿液，與砂石等材料按規定次序加入攪拌機進行攪拌；各種原材料要按配合比盤盤計量，特別應注意不能在攪拌中或使用時另外加水；要按既定順序上料，不能隨意簡化或更改；

c.要有可靠的計量裝置，盡量采用機械上料，計算機計量與管理；使用干態或濕態粉煤灰應以重量計量，稱量誤差不得超過±2%，粉煤灰中的含水量，應在拌和水中扣除；

d.粉煤灰混凝土拌合物必須攪拌均勻，其攪拌時間應比基準混凝土延長10～30s；

e.長距離運輸應采用攪拌車而不能使用翻斗車；現場運輸道路應平整以減少顛簸離析；做好泵送規劃與管理；

f.混凝土從出機到澆筑完畢時間，按有關規定，氣溫低于25℃時不超過90min，氣溫高于25℃時不超過60min；

g.做好模板、鋼筋的檢驗及保護；

h.粉煤灰混凝土澆筑時，不得漏振或過振；振搗后的粉煤灰混凝土表面，不得出現明顯的粉煤灰浮漿層；

i.粉煤灰混凝土振搗完畢后，應加強養護，混凝土表面宜加遮蓋，并保持濕潤，暴露面的潮濕養護時間，不得少于14d；干燥或炎熱氣候條件下的潮濕養護時間，不得少于21d；

j.粉煤灰混凝土在低溫條件下施工時應加強表面保溫，粉煤灰混凝土表面的最低溫度不得低于5℃。寒潮沖擊情況下，日降溫度大于8℃，應加強粉煤灰混凝土表面的保護，防止產生裂縫。

⑤技術經濟分析　京張高速公路官廳特大橋由于部分結構采用粉煤灰混凝土，在單方混凝土材料成本方面比普通混凝土節省20～25元，整橋節約費用130萬元。

2.6.2 處理地基

（1）技術概述

粉煤灰雙層地基以原狀粉煤灰為主要原料，加入少量膠凝材料制成粉煤灰混合料，再將其澆注在軟弱土層上作為建筑基礎。粉煤灰地基包括以下兩種復合地基。

①水泥粉煤灰碎石樁（CFG）復合地基　此種地基由碎石、石屑、粉煤灰、水泥按一定的比例加水攪拌，用震動沉管打樁機制成具有可變黏結強度的地基。這種復合地基，通過組成材料的摻量調整，地基承載力具有較大的可調性。由于其具有適應性強、沉降變形小，工程造價低、施工簡單，建設部已將其作為科研成果全面推廣使用。

②擠密粉煤灰碎石樁復合地基　此種地基是用粉煤灰、碎石摻入適量水泥加水攪拌后，灌入樁管內形成的樁基。由于粉煤灰具有一定的活性和良好的和易性，易于灌注形成符合強度要求的膠凝體。

（2）粉煤灰在灰土地基處理中的應用及其前景

對于粉煤灰灰土地基，現在工程中已得到廣泛的應用。無論公路路基還是建筑物（構筑物）的地基處理都在大量的應用粉煤灰。具體應用中多是粉煤灰中加入一些添加劑與土形成混合集料。其中主要有粉煤灰中加入石灰、水泥；粉煤灰中加入石灰、碎石；粉煤灰中加入水泥；粉煤灰中加入石灰；純粉煤灰做沖填壩等幾種形式。現分別就它們各自的利用情況、工程力學性能等方面做以下概述。

①國外研究現狀　為了更廣泛地將石灰粉煤灰穩定材料應用于地基基層，國外一些學者在提高石灰粉煤灰穩定材料的早期強度方面進行了一些探索和研究。主要有這樣幾種方法：a.摻加化學添加劑；b.摻加水泥；c.摻加碎石等粗骨料；d.改變混合料拌和工藝；e.摻加磨細粉煤灰、磨細水淬渣；f.其他。其中，摻加化學添加劑、摻加水泥以及摻加碎石等粗骨料，在提高石灰粉煤灰穩定材料的早期強度方面是三種較可行的途徑。在有石料來源的地區，采用石灰粉煤灰土摻加碎石做路面的基層或底層是比較理想的方式。在石灰粉煤灰中摻加水泥也是一種早強措施，但是，摻加水泥在工藝上有初終凝時間的限制；最為本質的是，摻加水泥獲得的早期強度主要來源于水泥水化產物的生成，而粉煤灰中含有活性較高的SiO₂、Al₂O₃，這一優勢并未得到充分的發揮和利用。因此，相比之下，摻加添加劑促進石灰粉煤灰間的反應進程，提高早期強度，充分發揮和利用其強度潛力，在石灰粉煤灰土早強方法研究中顯得更為重要。

②國內粉煤灰、石灰、水泥在地基處理中的應用研究　粉煤灰、石灰、水泥等的混合物用水泥部分代替石灰做粉煤灰活性激發劑的半剛性路面基層材料。這種基層材料早期強度高、施工操作性好、路用技術性能良好，完全能滿足高等級路面基層的規范要求。但是過去由于經濟原因，這種半剛性基層材料應用較少，只是在個別施工路段進行補強或為提前工期才使用這種混合料。隨著經濟的發展，國內大量高等級公路的修建，對基層的要求也在提高，國內一些高等級公路上已部分地應用了這種材料，其中，配合比選擇是關鍵問題之一，按經驗確定其配合比難免會造成不經濟或效果不佳，從而影響或限制了這種基層材料的應用，這對生產或設計是一種損失。因此，研究水泥、石灰、粉煤灰等的最佳配合比，為生產、設計部門根據材料來源情況，決定是否采用這種混合料、確定各成分之間比例是很有意義的。

③國內粉煤灰、石灰和碎石在地基處理中的應用研究　粉煤灰、石灰和碎石混合料又稱二灰碎石，是指以石灰、粉煤灰與碎石按一定的配比混合，加水拌勻，經攤鋪、碾壓、養護而成型的一種基層結構，它具有良好的板體性和較好的水穩性，被普遍應用于道路路面基層中。

隨著二灰碎石基層在我國的大量使用，也逐漸發現該結構形式也存在著一些有待解決的問題，如早期強度低，影響交通及早開放；易在產生沖刷唧漿現象（唧漿是指地表水通過瀝青碎石面層滲入基層，使基層軟化、膨脹，在車輛荷載的連續作用下，基層中細小顆粒從面層空隙噴射出來的現象），易在強度形成及使用過程中，因溫度變化產生溫度收縮裂縫和因含量變化產生干縮裂縫等。這方面遼寧省交通高等專科學校的劉煒等研究了二灰穩定碎石原材料分析與使用要求。并制定了原材料應用性能指標，同時分析了現行規范在基層集料級配范圍上的不足之處，給出了合理的集料級配范圍。從全國的情況來看：采用現行施工規范的二灰碎石結構層所暴露出來的粒料偏細、收縮性大、反射裂縫嚴重等問題也日益突出。究其原因主要因為二灰碎石混合料的配合比不當，碎石骨料級配不合理。故推薦高等級公路二灰碎石基層使用粗集料由10～30mm和5～10mm的碎石配置。我國現行規范《公路路面基層施工規范》（JTJ 034—2000）中二灰碎石的集料級配采用方孔標準篩，并對各篩孔的集料通過量進行了調整。其中規定，二灰穩定級配集料用作二級及二級以上高等級公路路面基層時，混合料中集料的重量應占80%～85%，集料的最大粒徑不應超過31.5mm。

④國內粉煤灰、水泥在地基處理中的應用研究　粉煤灰、水泥作為地基的穩定材料在這方面研究和應用較少，在未來有很大的研究和利用價值。青海省交通建設工程質量監督站的咎勇杰應用正交試驗設計對粉煤灰砂礫強度的影響因素進行了探討。應用正交試驗設計法確定了水泥粉煤灰砂礫混合料的配比。分析了影響水泥粉煤灰砂礫混合料強度指標的主要因素。提出了水泥粉煤灰砂礫在高寒西寧地區強度形成機理。

⑤國內粉煤灰、石灰在地基處理中的應用研究　石灰、粉煤灰和素土的混合物在工程中通常被稱為二灰土，是利用廢料粉煤灰、石灰與土料混合作為地基回填土的一種新型材料。我國20世紀80年代以來將其應用于公路領域，以代替傳統的灰土或素填土，既提高了工程質量，又利用了本為廢料的粉煤灰，變廢為寶，節省了石灰和土料。

二灰土不但可作為回填土，也可作為灰土樁。沈陽建筑大學土木工程學院的李立新，賀小項等做了粉煤灰摻量對石灰樁性能的影響的研究。方法是采用試驗的方法對粉煤灰石灰樁的力學性能進行實驗室試驗，并分析了試驗所用原材料的化學成分。通過6大組試件試驗，研究了不同齡期、不同粉煤灰摻量情況下，粉煤灰石灰樁無側限抗壓強度的變化趨勢。結果顯示，煤灰石灰樁28d的無側限抗壓強度平均值分別為0.29MPa和0.39MPa，此時的粉煤灰石灰樁，在28d時存在較低的無側限抗壓強度，這種材料配合比的粉煤灰石灰樁可以用于軟土地基的處理。

在公路路基中二灰土也應用較廣。中鐵十一局的賈江立等針對某公路路基場地地質條件，對粉煤灰改善土的強度性能和膨脹性能等方面進行了探討。

從試驗中可以看出摻入石灰、粉煤灰的強度的規律性。當石灰與粉煤灰的比例在1∶2時，灰土的強度達到0.83MPa，當石灰與粉煤灰的比例在1∶3時，強度可以達到1.19MPa，當石灰與粉煤灰的比例在1∶4時，強度有所降低，達到1.06MPa。

⑥國內純粉煤灰筑灰壩　水力沖填法筑壩是一種施工方式，主要用于電廠貯灰壩的建設。電廠貯灰壩的建設方法有兩種方法：土石壩和粉煤灰壩。土石壩建造貯灰壩，安全性高，穩定性好，可以大大降低工程造價，同時，該法施工上不用大型設備，又可以保護環境。對于水力沖填法粉煤灰筑壩技術由于是剛興起的施工方法，還處于初期應用階段，該施工技術方法上還不成熟、施工經驗方面還不完善以及設計、施工參數的不確定性和設計施工的不規范性等原因，對于不同灰場不同粉煤灰的水力沖填筑壩需結合實際情況，進行專門的試驗，確定設計、施工中的有關參數。

2.6.3 砂漿摻合料

粉煤灰砂漿系用粉煤灰取代或部分取代傳統建筑砂漿中某些組分或為改善某種性能的砂漿。

粉煤灰砂漿按用途可以分為：砌筑用粉煤灰砂漿、抹灰用粉煤灰砂漿、填充用粉煤灰砂漿三類。砌筑用粉煤灰砂漿稱為砌筑粉煤灰砂漿，適用于各種砌筑工程；抹灰用粉煤灰砂漿稱為粉煤灰抹灰砂漿，亦稱為粉煤灰粉刷砂漿，其中，按應用部位又可分為內墻抹灰粉煤灰砂漿和外墻抹灰用粉煤灰砂漿；填充用粉煤灰砂漿稱為粉煤灰填充用砂漿或稱為粉煤灰壓力灌漿，適用于室內地坪墊層、屋面罩坡墊層、建筑工程間隙填充等用途。

砂漿中的粉煤灰取代水泥率可根據其設計強度等級及使用要求參照表2-65的推薦值選用。