合理化建议和技术改进.doc

编号：2007 合理化建议和技术改进项目名称：粉煤灰在混凝土施工中的应用完成单位： 提 议 人： 提出日期： 采用日期： 报送日期： 目 录一、 项目概况二、解决的关键问题三、实施建议的方法四、实施建议的方案（包括所需的人、机、料情况）五、取得的经济效益、社会效益和环境效益一、项目概况粉煤灰作为一种工业废料，资源丰富、价格低廉，且含有大量的活性成分，是现代混凝土中非常重要的一个组分。优质粉煤灰合理地应用于混凝土中，不但能部分代替水泥，节省工程造价，而且，其特有的性能可以很有效地用于各种使用要求的混凝土中，改善和提高混凝土的性能，是高性能混凝土中的理想掺和料。在现代混凝土中，粉煤灰已经与水泥、集料、水、外加剂同样重要，成为混凝土中的一个组分。粉煤灰高性能混凝土是以耐久性为主要目标进行设计的混凝土。它以优异的耐久性（而不是高强度）为主要特征，也就是说，任何强度等级的混凝土都可以做成高耐久性混凝土。为达到高耐久性，粉煤灰混凝土应具备的性能是：在新拌状态有良好的工作性，即高流动性而不离析、不泌水，以使成型均匀、密实，水化硬化早期的沉降收缩和水化收缩小，温升低，硬化过程干缩小，以达到无初始裂缝，硬化后的渗透性低。而桥梁结构客观上又对粉煤灰混凝土有很大的需求，对于大跨径的预应力混凝土结构桥梁，以沈阳南阳湖桥为例,其需求的混凝土达95461.8立方米，如果能够以较大量的粉煤灰代替水泥，则在工程造价上可以节省很大一笔钱。而且普通混凝土和易性差，夏季施工时混凝土2个小时后坍落度就损失很大，给施工带来很大的困难，同时由于普通混凝土水化热高，热量不能及时散发出去而产生温度应力，使混凝土开裂，产生先天缺陷，这种缺陷对于高强度混凝土尤其明显。因此大掺量粉煤灰混凝土在桥梁、道路、建筑等混凝土施工中的应用有着广阔的前景。二、解决的关键问题(一)利用粉煤灰替代一部分水泥配置南阳湖大桥所需的混凝土。(二)粉煤灰混凝土的各项性能满足规范要求。三、实施建议的方法通过对粉煤灰混凝土的工作性能、强度试验、抗冻性、抗渗性、体积稳定性等方面的大量试验,得出结论:粉煤灰混凝土的各项性能均能满足规范要求。四、实施建议的方案（包括所需的人、机、料情况）（一）粉煤灰混凝土性能试验1 .粉煤灰混凝土的工作性能试验中胶结材料用量为420kg/m3,保持水灰比为0.42,粉煤灰取代率为050%,测试坍落度Sl与坍落扩展度Sf,以Sl/Sf的比值来表征粉煤灰混凝土的工作性能,结果如表2。从表2可以看出,Sl/Sf比值增大,混凝土的粘稠度增加,Sl/Sf的值减小,混凝土的粘稠性减小,易发生离析!泌水,粉煤灰取代率增加,混凝土的Sl/Sf比值是先降后增,取代率为10%30%时,混凝土的Sl/Sf的值较合理,混凝土的工作性较好,取代率40%时,混凝土的粘聚性增加,不利于泵送施工。表2 不同粉煤灰取代率下粉煤灰混凝土的工作性能参 数粉煤灰取代率/01020304050Sl/ mm180185185195205225Sf/ mm380405420435440470Sl/Sf0.470.460.440.450.470.492. 粉煤灰混凝土强度试验本试验以C20混凝土为例,从表3中的粉煤灰取代率为10%、20%和30%的混凝土强度可以看出,当掺量20%时,对混凝土的强度和工作性能基本无影响,仅呈现出混凝土的前期强度增长慢,后期强度增长快的现象。前期强度增长慢是因为粉煤灰混凝土的胶结材料用量较高,使混凝土的致密性提高,而用水量较低降低了混凝土的水化热量;后期强度增长快的原因是粉煤灰“活性效应”发挥了作用,水泥水化过程中,生成游离的石灰,它以氢氧化钙的形式存在,粉煤灰的活性组分SiO2与游离石灰结合,生成新的胶凝物质,这样胶凝物质不断填充混凝土内部的孔隙,使其更加密实。混凝土的龄期越长,越能反映出粉煤灰的“活性效应”。所以在工程实际中,应加强结构实体的早期与中后期湿养护措施。表3 基准混凝土与掺粉煤灰混凝土强度对比试验序号胶材用量/( kg/m3)水胶比坍落度/mm抗压强度/MPa水泥粉煤灰3d7d28d60d143800.425031.339.646.451.62394440.424529.636.246.051.33350880.425225.534.445.751.143061320.426021.528.639.646.83. 粉煤灰混凝土抗冻性粉煤灰混凝土抗冻性按普通混凝土长期性和耐久性能试验方法 (GBJ82)规定的抗冻性试验慢冻法进行,冻融次数为200次。试体受冻前的养护龄期为90d,试验负温冷冻温度为(-151),正温缓解温度为(202),冻融制度为冻4h缓4h,每天3次,200次冻融试验后进行质量称、外观检查和强度试验。结果显示,基准混凝土质量损失为4.7%,强度损失为8.1%,取代率为20%的粉煤灰混凝土质量损失为3.5%,强度损失为5.4%。两者的试验结果非常接近,均符合(GBJ82)标准要求,粉煤灰混凝土的质量损失和强度损失好于基准混凝土。4 .粉煤灰混凝土抗渗性对处于常年有水的桥墩台,混凝土的密实性将直接影响混凝土的耐久性,因此,高耐久的混凝土必须首先具备高密实性。从混凝土的渗透性与其内部结构的关系来看,水胶比降低,水化产物增加,孔结构得到改善,都将使混凝土的密实性增加,从而使混凝土的抗渗性得到提高。粉煤灰混凝土后期强度的持续增长,提高了混凝土的不透气性和致密性,这是普通混凝土所不具备的优势。从表4中的强度结果来看,粉煤灰混凝土内部继续进行水化,并通过所生成的水化物填充混凝土内部的缺陷与透水、透气孔道,增强了混凝土结构的抗化学侵蚀、物理渗透能力。表4 粉煤灰混凝土与普通混凝土抗渗性对比序号胶材用量/( kg/m3)粉煤灰取代率/水胶比28d渗水高度/mm抗压强度/MPa28d60d90d142000.458143.548.453.62420100.43842.549.456.13420200.42641.651.957.84420300.40441.450.760.65. 粉煤灰混凝土的体积稳定性体积稳定性是混凝土的基本要求之一,以往设计混凝土时,往往水泥用量偏高,提高了混凝土在硬化过程中的水化热量,使混凝土内部温度升高(特别是大体积混凝土),这些热量不能及时地散发出去,极易产生裂纹和变形,严重影响结构的耐久性,为验证粉煤灰混凝土的体积稳定性,进行了干缩试验,试验结果见表5。在干缩期38d后,粉煤灰混凝土的干缩率小于基准混凝土。另外,如果延长干燥前的潮湿养护期,粉煤灰混凝土的干缩率会进一步降低,上述试验结果说明,所配制的粉煤灰混凝土具有较好的尺寸稳定性。表5 粉煤灰混凝土的干缩性能混凝土种类干缩率/(10-6)1d3d7d28d38d60d90d180d基准混凝土36.472.8111.3220.0245.0308.2342.1410.0粉煤灰混凝土50.494.2142.3238.2246.8290.5306.8343.8(二) 粉煤灰的质量控制 粉煤灰的质量对混凝土强度影响很大。我国目前受分选技术条件的限制，一般原状粉煤灰的品质参数不稳定，难以满足结构混凝土的要求，故需磨细并应符合相应标准的要求。磨细后的粉煤灰由于颗粒更细，增加了二次水化反应的新界面，使粉煤灰的活性提高，混凝土的早期强度也得以提高。我国的粉煤灰绝大多数是F级粉煤灰（CaO10%），自身活性很低。粉煤灰烧失量的大小在一定程度上反映了燃烧完全的程度和含碳量指标，烧失量对混凝土的需水性和密实度以及化学外加剂的掺量影响很大。同时，含碳量高的粉煤灰需水量大，对混凝土的流变性、强度和变形都有不利的影响。而粉煤灰的颜色可以直观地反映其含碳量、烧失量和细度指标。在混凝土生产中应严格控制粉煤灰的颜色，只要是含碳量很低，颜色很浅，对其细度不必苛求。粉煤灰中SO3的含量应该控制在一个安全的范围内。适量的SO3含量虽然可以形成较多的钙矾石，有利于增进混凝土的强度，但是，如果生成的钙矾石过多，会导致粉煤灰混凝土体积不安定。 (三) 粉煤灰混凝土的施工 粉煤灰的种类和掺量对混凝土的用水量影响很大。因为并不是所有的粉煤灰都有减水作用，即使是有减水作用的粉煤灰，也有一定的减水范围，而且不同粉煤灰，其掺量影响也不同。掺粉煤灰时，外加剂的选用应先通过试验，粉煤灰应与外加剂相适应。还有需要注意的是，无论是抑制硫酸盐的腐蚀，还是抑制碱-集料反应，粉煤灰只有低钙（CaO10%）的才有效。粉煤灰和硅粉或磨细矿渣的复合使用在HPC和HSC中有良好的效果。由于粉煤灰对混凝土的收缩影响很小，在HPC和HSC中复合掺入粉煤灰和硅粉或磨细矿渣，可以补偿硅粉或磨细矿渣所引起的混凝土收缩，同时，硅粉和磨细矿渣还可以提高混凝土的早期强度。粉煤灰混凝土在进行浇筑施工时应严格控制其塌落度，避免塌落度过大；同时，在保证充分振捣的前提下，要防止混凝土的过振，过振将使混凝土表面出现明显的粉煤灰浮浆层，影响混凝土的强度、耐久性及外观。粉煤灰混凝土应及早开始养护，但与水泥混凝土所进行的湿养护不同的是粉煤灰混凝土只需要及早用塑料薄膜或喷洒养护剂覆盖，以免水分从表面蒸发，致使处于表面层的粉煤灰因缺水而不能进行二次水化，从而导致表面层微结构疏松，并为内部水分进一步蒸发提供通道，导致粉煤灰混凝土的密实性下降。而如果对刚硬化不久的粉煤灰混凝土进行浇水等湿养护，尤其是在水胶比较大或者温度较低时，会使表层混凝土水胶比加大，同样也会形成疏松的结构，并使水分不断向里渗透，对混凝土整体性能造成类似的影响。这就是长期以来许多粉煤灰混凝土试验研究得出粉煤灰掺量增大时，性能下降的重要原因。在低温季节施工，要采取早强和保温措施，粉煤灰表面最低温度不得低于5，以使混凝土尽快获得所需的强度。五、取得的经济效益、社会效益和环境效益粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物。至2005年，我国粉煤灰的排放量达1.4亿吨。 目前我国粉煤灰的总堆存量已超过10亿吨，而且还正在以每年1千万吨的速度增加。大量粉煤灰的排放不仅侵占大量土地，而且严重污染环境，构成了对生态和环境的双重破坏。另一方