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【摘 要】河南省三淅高速公路卢（氏）至西（坪）段LXTJ-10标在隧道二次衬砌抗渗混凝土配合比掺加I级粉煤灰，用于改善混凝土的工作性能、提高混凝土的耐久性能，混凝土的强度和抗渗性满足设计及规范要求，一定程度还节约了成本。
【关键词】粉煤灰；混凝土；应用
引言：
粉煤灰是我国燃煤电厂排放量最大的固体工业废物之一，在常温下，有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中的氢氧化钙反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的空隙，对混凝土强度和抗渗性都有很大的提高。
此外，粉煤灰系球形熔粉，主要矿物组成是玻璃体，这些球形颗粒是混凝土拌合物和易性改善的主要原因。而在公路工程中，粉煤灰的利用率相对国内其它行业而言比较低，因此，加强粉煤灰在混凝土中的合理、正确利用是我国公路面临的重大问题。
1、工程概况
三淅高速公路卢西段项目起点位于卢氏县西南侧的马家岭，与三淅高速灵宝至卢氏段终点（K81+140）顺接，起点桩号K0+000。终点接西坪至寺弯段高速公路的柳林沟枢纽互通起点，终点桩号K85+921.278。
本合同段（LXTJ-10标）位于西峡县桑坪镇境内，起讫里程K52+260—K58+125，全长5.193km（短链672.296m），其中特大桥1296.25m/1座，大桥468m/1座，隧道2572m/4座，涵洞通道4道，路基挖土0.3万m3，挖石32万m3，路基填方28.8万m3；其中隧道拱墙二次衬砌混凝土工程量为46535.7m3，设计为强度等级C25、抗渗等级S8。
2、粉煤灰的技术指标及作用原理
2.1粉煤灰的物理性质
粉煤灰物理性质包括容重、比重、曲度、比表面积等，这些对粉煤灰非常重要是化学成分及矿物组成的宏观反应。
2.2粉煤灰在混凝土中的技术指标
用于水泥混凝土中的粉煤灰应该满足（GB/T1596-2005）用于水泥和混凝土中粉煤灰上规定的相应技术要求，其常规检验指标包括：细度、需水量比、烧失量、三氧化硫。
2.2.1细度细度是衡量粉煤灰的主要技术指标，粉煤灰越细，混凝土强度越大，经磨细的粉煤灰，增大了比表面能，其活性越高。因此，细磨粉煤灰是改善粉煤灰品质的一项技术措施。细度以45μm方孔筛的筛余量表示。
2.2.2需水量比是指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值，以百分量计。需水量比小的粉煤灰渗入混凝土中，可增加其流动性，改善和易性，提高强度。
2.2.3烧失量粉煤灰中未燃尽碳的含量。粉煤灰中，未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响粉煤灰效用的充分发挥，同时也会影响混凝土中含气量的控制。
2.2.4三氧化硫通常情况下粉煤灰中三氧化硫被认为是对混凝土有害的物质，粉煤灰中的三氧化硫超过一定的量，可使混凝土后期生成有害的钙矾石，导致危害。GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都规定三氧化硫不大于3%。
2.3粉煤灰在混凝土中的作用原理
掺入优质粉煤灰，能起到减水的作用，增加混凝土的流动性，减少坍落度损失，提高混凝土的后期强度和耐久性能。
2.3.1提高混凝土和易性能I级粉煤灰与减水剂共同应用于混凝土，可以起到减水的作用，在不减少混凝土用水量的情况下，能增大混凝土坍落度和扩展度，同时减少混凝土的坍落度损失，从而改变混凝土的和易性。
2.3.2提高混凝土强度性能由于粉煤灰比表面积比较大，则活性越高，与水泥中的氢氧化钙反应越迅速，可以提高水泥中水泥水化程度。试验表明，粉煤灰越细，增强效果越好。随着水化物越多，结构物越致密。正是由于火山灰效应和形貌效应相互配合，使得粉煤灰的优越性更加突出。
2.3.3提高混凝土耐久性能粉煤灰中的玻璃相SiO2和Al2O3与水泥水化中生成的的Ca（OH）2发生反应，生成水化硅酸钙的胶凝材料，对混凝土构件产生重要影响，对混凝土毛细孔起到填充作用，混凝土的空隙率因此大大降低，增大了混凝土的密实性，使得混凝土的抗侵蚀能力增强。
3、粉煤灰在施工现场中的应用
LXTJ-10标段隧道二次衬砌抗渗混凝土配合比设计时，根据不同的水胶比、不同粉煤灰掺量，对配合比进行优化设计。
3.1不同水胶比数据对比
在各项材料不变、坍落度不变的情况下，混凝土强度与水胶比成反比，混凝土强度随着水胶比的减小而增大。
3.2不同粉煤灰掺量数据对比
3.2.1在确定水胶比的前提下，试验室采用不同的粉煤灰掺量进行配合比试配，结果表明粉煤灰掺量随着时间的变化混凝土强度成抛物线变化，粉煤灰掺量在25%时强度达到峰值，进一步验证了《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中表3.05-1对粉煤灰限值要求（本配合比采用P.O42.5水泥）。
3.2.2试验结果表明粉煤灰掺量在10%以下，混凝土强度变化不大，对混凝土后期强度的提高不明显。因此在铁路相关混凝土结构耐久性规范要求粉煤类最小掺量应在10%以上。
3.2.3试验表明掺加适量的粉煤灰后，混凝土强度随着时间的延长而不断增长，尤其对混凝土后期强度的提高有显著作用。
3.3掺粉煤灰与不掺粉煤灰的抗渗性对比
未掺粉煤灰的混凝土抗渗试验中，在水压力在1.2MPa时，有三个试件出现渗水现象，抗渗等级为S11；在混凝土中掺加15%粉煤灰后，水压力达到1.3MPa，六个试件匀未出现渗水，终止试验，抗渗等级定义为大于S12（本项目隧道二次衬砌设计抗渗等级为S8）。 试验结果表明掺入粉煤灰后混凝土的抗渗、耐蚀性能显著提高，混凝土密实性增强，增加了混凝土的耐久性能。
4、成果整理分析
中铁二十五局集团有限公司三淅高速项目（LXTJ-10标项目）在隧道二次衬砌拱墙施工中，加入了一定量的粉煤灰，不管从混凝土品质控制还是经济效益还取得了很好的成效。
4.1混凝土拌合物和易性能得到了改善
掺入适量的优质粉煤灰 ，可以改善混凝土的流动性、保水性和粘聚性，使得混凝土的工作性能大大提高，同时减少了坍落度损失。
4.2降低了水化热，减小热膨胀
水泥水化反应要放出大量的热量，掺入粉煤灰后，可以降低水泥的用量，从而减少水化放热，因此，施工时，构件的温差降低，尤其对大体积混凝土特别有利。
4.3节约了成本
在同强度等级的混凝土拌制中，掺入和适量的粉煤灰，可以节约水泥10%-15%左右，由于粉煤灰和水泥的价格差，从而降低了成本。
4.4粉煤灰的副作用
4.4.1早期强度发展慢，强度比较低。
由于掺入粉煤灰后，水化速度降低，因而，掺入粉煤灰后的早期混凝土强度低于普通混凝土，早期强度就低。
4.4.2抗冻性能降低
掺粉煤灰的混凝土密实性增加，其抗冻性能降低，通常通过延长养护期使得抗冻性增强。
结束语
粉煤灰用于混凝土，能够非常显著的改善新拌混凝土的和易性，能够提高混凝土工作性能，减少混凝土需水量，减少泌水率和离析现象，降低坍落度损失。大量存积粉煤灰，不仅占用土地，而且严重污染环境。因此，如何提高粉煤灰的利用率及水平已经成为未来研究的重要课题。
参考文献：
[1]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011
[2]《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GBT1596-2005
[3]冯耐谦.《实用混凝土大全》.科学出版社，2001.
[4]冯乃谦.高性能混凝土【M】.北京：中国建筑工业版社，1996.
[5]覃维祖，曹峰.一种高性能混凝土—活性粉末混凝土【M】.北京：中国建筑工业版社，1999.
[6]P.K.Mehta. Advancements in Concrete Technology. Concrete International. June 1999.
【关键词】粉煤灰；混凝土；应用
引言：
粉煤灰是我国燃煤电厂排放量最大的固体工业废物之一，在常温下，有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中的氢氧化钙反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的空隙，对混凝土强度和抗渗性都有很大的提高。
此外，粉煤灰系球形熔粉，主要矿物组成是玻璃体，这些球形颗粒是混凝土拌合物和易性改善的主要原因。而在公路工程中，粉煤灰的利用率相对国内其它行业而言比较低，因此，加强粉煤灰在混凝土中的合理、正确利用是我国公路面临的重大问题。
1、工程概况
三淅高速公路卢西段项目起点位于卢氏县西南侧的马家岭，与三淅高速灵宝至卢氏段终点（K81+140）顺接，起点桩号K0+000。终点接西坪至寺弯段高速公路的柳林沟枢纽互通起点，终点桩号K85+921.278。
本合同段（LXTJ-10标）位于西峡县桑坪镇境内，起讫里程K52+260—K58+125，全长5.193km（短链672.296m），其中特大桥1296.25m/1座，大桥468m/1座，隧道2572m/4座，涵洞通道4道，路基挖土0.3万m3，挖石32万m3，路基填方28.8万m3；其中隧道拱墙二次衬砌混凝土工程量为46535.7m3，设计为强度等级C25、抗渗等级S8。
2、粉煤灰的技术指标及作用原理
2.1粉煤灰的物理性质
粉煤灰物理性质包括容重、比重、曲度、比表面积等，这些对粉煤灰非常重要是化学成分及矿物组成的宏观反应。
2.2粉煤灰在混凝土中的技术指标
用于水泥混凝土中的粉煤灰应该满足（GB/T1596-2005）用于水泥和混凝土中粉煤灰上规定的相应技术要求，其常规检验指标包括：细度、需水量比、烧失量、三氧化硫。
2.2.1细度细度是衡量粉煤灰的主要技术指标，粉煤灰越细，混凝土强度越大，经磨细的粉煤灰，增大了比表面能，其活性越高。因此，细磨粉煤灰是改善粉煤灰品质的一项技术措施。细度以45μm方孔筛的筛余量表示。
2.2.2需水量比是指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值，以百分量计。需水量比小的粉煤灰渗入混凝土中，可增加其流动性，改善和易性，提高强度。
2.2.3烧失量粉煤灰中未燃尽碳的含量。粉煤灰中，未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响粉煤灰效用的充分发挥，同时也会影响混凝土中含气量的控制。
2.2.4三氧化硫通常情况下粉煤灰中三氧化硫被认为是对混凝土有害的物质，粉煤灰中的三氧化硫超过一定的量，可使混凝土后期生成有害的钙矾石，导致危害。GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都规定三氧化硫不大于3%。
2.3粉煤灰在混凝土中的作用原理
掺入优质粉煤灰，能起到减水的作用，增加混凝土的流动性，减少坍落度损失，提高混凝土的后期强度和耐久性能。
2.3.1提高混凝土和易性能I级粉煤灰与减水剂共同应用于混凝土，可以起到减水的作用，在不减少混凝土用水量的情况下，能增大混凝土坍落度和扩展度，同时减少混凝土的坍落度损失，从而改变混凝土的和易性。
2.3.2提高混凝土强度性能由于粉煤灰比表面积比较大，则活性越高，与水泥中的氢氧化钙反应越迅速，可以提高水泥中水泥水化程度。试验表明，粉煤灰越细，增强效果越好。随着水化物越多，结构物越致密。正是由于火山灰效应和形貌效应相互配合，使得粉煤灰的优越性更加突出。
2.3.3提高混凝土耐久性能粉煤灰中的玻璃相SiO2和Al2O3与水泥水化中生成的的Ca（OH）2发生反应，生成水化硅酸钙的胶凝材料，对混凝土构件产生重要影响，对混凝土毛细孔起到填充作用，混凝土的空隙率因此大大降低，增大了混凝土的密实性，使得混凝土的抗侵蚀能力增强。
3、粉煤灰在施工现场中的应用
LXTJ-10标段隧道二次衬砌抗渗混凝土配合比设计时，根据不同的水胶比、不同粉煤灰掺量，对配合比进行优化设计。
3.1不同水胶比数据对比
在各项材料不变、坍落度不变的情况下，混凝土强度与水胶比成反比，混凝土强度随着水胶比的减小而增大。
3.2不同粉煤灰掺量数据对比
3.2.1在确定水胶比的前提下，试验室采用不同的粉煤灰掺量进行配合比试配，结果表明粉煤灰掺量随着时间的变化混凝土强度成抛物线变化，粉煤灰掺量在25%时强度达到峰值，进一步验证了《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中表3.05-1对粉煤灰限值要求（本配合比采用P.O42.5水泥）。
3.2.2试验结果表明粉煤灰掺量在10%以下，混凝土强度变化不大，对混凝土后期强度的提高不明显。因此在铁路相关混凝土结构耐久性规范要求粉煤类最小掺量应在10%以上。
3.2.3试验表明掺加适量的粉煤灰后，混凝土强度随着时间的延长而不断增长，尤其对混凝土后期强度的提高有显著作用。
3.3掺粉煤灰与不掺粉煤灰的抗渗性对比
未掺粉煤灰的混凝土抗渗试验中，在水压力在1.2MPa时，有三个试件出现渗水现象，抗渗等级为S11；在混凝土中掺加15%粉煤灰后，水压力达到1.3MPa，六个试件匀未出现渗水，终止试验，抗渗等级定义为大于S12（本项目隧道二次衬砌设计抗渗等级为S8）。 试验结果表明掺入粉煤灰后混凝土的抗渗、耐蚀性能显著提高，混凝土密实性增强，增加了混凝土的耐久性能。
4、成果整理分析
中铁二十五局集团有限公司三淅高速项目（LXTJ-10标项目）在隧道二次衬砌拱墙施工中，加入了一定量的粉煤灰，不管从混凝土品质控制还是经济效益还取得了很好的成效。
4.1混凝土拌合物和易性能得到了改善
掺入适量的优质粉煤灰 ，可以改善混凝土的流动性、保水性和粘聚性，使得混凝土的工作性能大大提高，同时减少了坍落度损失。
4.2降低了水化热，减小热膨胀
水泥水化反应要放出大量的热量，掺入粉煤灰后，可以降低水泥的用量，从而减少水化放热，因此，施工时，构件的温差降低，尤其对大体积混凝土特别有利。
4.3节约了成本
在同强度等级的混凝土拌制中，掺入和适量的粉煤灰，可以节约水泥10%-15%左右，由于粉煤灰和水泥的价格差，从而降低了成本。
4.4粉煤灰的副作用
4.4.1早期强度发展慢，强度比较低。
由于掺入粉煤灰后，水化速度降低，因而，掺入粉煤灰后的早期混凝土强度低于普通混凝土，早期强度就低。
4.4.2抗冻性能降低
掺粉煤灰的混凝土密实性增加，其抗冻性能降低，通常通过延长养护期使得抗冻性增强。
结束语
粉煤灰用于混凝土，能够非常显著的改善新拌混凝土的和易性，能够提高混凝土工作性能，减少混凝土需水量，减少泌水率和离析现象，降低坍落度损失。大量存积粉煤灰，不仅占用土地，而且严重污染环境。因此，如何提高粉煤灰的利用率及水平已经成为未来研究的重要课题。
参考文献：
[1]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011
[2]《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GBT1596-2005
[3]冯耐谦.《实用混凝土大全》.科学出版社，2001.
[4]冯乃谦.高性能混凝土【M】.北京：中国建筑工业版社，1996.
[5]覃维祖，曹峰.一种高性能混凝土—活性粉末混凝土【M】.北京：中国建筑工业版社，1999.
[6]P.K.Mehta. Advancements in Concrete Technology. Concrete International. June 1999.