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摘要 ：粉煤灰作为煤燃烧后的一种废弃物，随着科学技术的不断发展与应用，成为一种活性材料，高铁工程建设中,在混凝土中掺入适量的粉煤灰取代部分水泥,不仅能改善混凝土的和易性、流动性、密实性、耐久性等多方面性能,还能节约投资。本文结合贵广铁路工程建设实际，进一步阐明粉煤灰应用中的注意事项，保障工程质量符合设计要求。
关键词 高铁；粉煤灰；应用
Abstract: As a kind of waste coal fly ash after burning, with the continuous development and application of science and technology, become a kind of active material, high-speed rail construction, the incorporation of proper amount of fly ash to replace part of cement, many can not only improve concrete workability, liquidity, compactness, durability and performance, but also can save investment. In this paper, combined with the actual construction of Guiyang-Guangzhou railway project, to further clarify the matters needing attention in the application of fly ash, ensure project quality meets the design requirements.
Key word high-speed rail; fly ash; application
中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）1-0020-03
1 开言
随着我国经济高速发展，高速铁路、高速公路、高层建筑等构筑物不断进入人们生活，其工程质量优劣，直接关乎生命安全和财产安全，成为国家和个人关注的热点和重点。新建贵阳至广州正线全长857km，客运专线，目标速度值250公里/小时，基础设施预留进一步提速条件，是西部连接珠三角经济区域一条重要的出海通道，是构建国家高速铁路网东西向的一条重要大动脉。粉煤灰，作为工程质量的组成材料之一，也成为关注的重点。粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒,亦称飞灰，其化学成分主要是二氧化硅SiO2(45%～65%)、氧化铝Al2O3(20%～35%)及氧化铁Fe2O3(5%～10%)和氧化钙CaO(5%)等。通过大量的工程实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其耐久性、密实性、和易性得到大幅度的改善，能延长结构物的使用寿命。粉煤灰作为一种优良的活性掺合料，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，还能与水泥互补短长，均衡协合，改善混凝土的一系列性能，具有明显的技术经济效益。
2 粉煤灰在混凝土中的作用
2.1 改善混凝土拌和料和易性。
掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，可以减少浆体与骨料间的界面摩擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果,从而改善了混凝土拌和物的和易性。粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用, 使它们分布得更均匀, 阻止了水泥颗粒的粘聚。
2.2 降低混凝土的水化热
掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少结构物由于温度应力而造成的裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。
2.3 提高混凝土的耐久性和耐磨性。
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子级配，填充混凝土部分空隙，提高了混凝土的密实度，也可以有效地抑制碱骨料反应， 避免混凝土发生膨胀破坏。由于粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。
2.4提高混凝土的抗裂性和抗渗性。
粉煤灰的掺入减少了水泥用量， 从而减少水泥水化过程中的硬化收缩，粉煤灰二次水化的产物填充了混凝土的毛细孔，减少了混凝土中游离水的数量，阻断了泌水路线，这就大大减小了因泌水和水份蒸发引起的失水收缩，提高了混凝土的密实性，也减少了骨料与胶合料间的沉缩变形，从而减少了混凝土的塑性收缩裂缝，因此，提高了混凝土的抗裂能力和抗渗能力。
2.5提高混凝土的强度和抗冻融能力。
粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的, 因此它的水化速度比水泥慢, 待水泥水化后，粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2 反应形成硅酸钙凝胶，既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构，增强了界面薄弱层，又对水泥石孔结构起到填实的作用，而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2, 随着粉煤灰掺量的增加，早期强度(28天以前)逐减，而后期强度逐渐提高，从而提高了混凝土的强度和抗冻融能力。
2.6 减小混凝土的变形。
实验证明，粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性干裂较普通混凝土略低，粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。
3 高铁建设工程中粉煤灰等级划分
表1 粉煤灰的性能
注：在冻融破坏环境下，粉煤灰的烧失量不宜大于3.0%
4粉煤灰主要性能指标对混凝土的影响及注意事项
4.1粉煤灰细度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，掺量过高对强度也有影响。细度越细，比表面积越大，粉煤灰的活性就越容易被激发，因此，所用粉煤灰越细，混凝土早期强度越高、耐久性越好，反之亦然。
4.2粉煤灰烧失量：对需水性影响显著，随粉煤灰烧失量增加，需水量增加，当烧失量大于10%时，粉煤灰对流动扩展度无有利作用，粉煤灰含碳量增高，烧失量增大，在混凝土搅拌、运送、成型过程，粉煤灰更容易浮到表面，影响混凝土的外观与内在质量。另外，由于烧失量增大，降低了粉煤灰的减水效应和活性效应，还会降低减水剂的使用效果，严重影响粉煤灰效用的充分发挥，同时也影响混凝土中含气量的控制。
4.3粉煤灰需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量、混凝土需水量等，与粉煤灰的细度、烧失量有逻辑关系，一般来说，粉煤灰需水量越小，对混凝土性能越有利，粉煤灰越细，需水量越小；烧失量越大，需水量也越大。所以，粉煤灰的需水量指标可以综合反映出粉煤灰的性能。含水量过高，会降低粉煤灰的活性，直接影响使用效果。
4．4粉煤灰三氧化硫（SO3）：其含量大小影响混凝土的强度增长极限和凝结时间，同时，粉煤灰中SO3 含量过多还可能造成硫酸盐侵蚀，影响水泥体积安定性（水泥体积安定性是表征水泥硬化后体积变化均匀性的物理性能指标），就是说，若水泥发生不均勻体积变化会导致水泥膨胀、开裂、翘曲等，另外影响体积安定性的主要因素还有水泥中的游离氧化镁、游离氧化钙含量。
4.5粉煤灰掺量：较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水化热，只有掺量超过25%时，粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善， 粉煤灰混凝土最佳掺量范围为30%-50%。但是，由于水泥本身所能提供的碱性环境是有限的，因此在未掺入粉煤灰活化剂的情况下，粉煤灰的掺量不宜大于20%，若要加大粉煤灰的掺量，就必须同时掺入粉煤灰活化剂。
4.6认真做好粉煤灰与水泥、砂石料、水、外加剂、矿粉等掺和料的试配实验工作，充分验证其相容性以及混凝土水胶比能否有效地降低，各类等级的混凝土试件必须按照规定的龄期进行检验检测，检测的各项性能指标符合设计要求。粉煤灰、水泥、砂石料、水、外加剂、矿粉等原材料更换生产厂家时，应重新进行试配实验工作。
4.7根据不同的混凝土等级选用不同等级的粉煤灰，可以高代低，不能低代高。各项性能指标进场前必须抽样化验，200t为一检验批，不足200t按一批计，各项性能指标符合表1要求。
4.8掺入混凝土的粉煤灰，只能是生产厂原厂的“飞灰”经过分选后的产品，不能将粗灰经过磨压等非高温燃烧方式加工的粉煤灰来代替，因为合格的粉煤灰灰粒，是球状玻璃体，能起到填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层和对水泥颗粒物理分散作用，若是将粗灰经过磨压等非高温燃烧方式来降低了细度，其球状玻璃体的物理结构已经在磨压过程中被改变，检验时，细度指标虽合格，但掺入混凝土中，就会降低其和易性、密室性、耐久性，因此，粉煤灰装卸运输过程中，应派员进行监装封签，保证原厂原灰，认真做好源头质量控制。
5结语
粉煤灰在混凝土中的充分应用，既能提高和改善混凝土性能的需要，又能利废、节能减排、保护环境，还能获得经济效益和社会效益，实现可持续发展的需要。因此，高铁建设中，粉煤灰的应用，有着十分重大的意义。
参考文献：《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）
《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）
关键词 高铁；粉煤灰；应用
Abstract: As a kind of waste coal fly ash after burning, with the continuous development and application of science and technology, become a kind of active material, high-speed rail construction, the incorporation of proper amount of fly ash to replace part of cement, many can not only improve concrete workability, liquidity, compactness, durability and performance, but also can save investment. In this paper, combined with the actual construction of Guiyang-Guangzhou railway project, to further clarify the matters needing attention in the application of fly ash, ensure project quality meets the design requirements.
Key word high-speed rail; fly ash; application
中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）1-0020-03
1 开言
随着我国经济高速发展，高速铁路、高速公路、高层建筑等构筑物不断进入人们生活，其工程质量优劣，直接关乎生命安全和财产安全，成为国家和个人关注的热点和重点。新建贵阳至广州正线全长857km，客运专线，目标速度值250公里/小时，基础设施预留进一步提速条件，是西部连接珠三角经济区域一条重要的出海通道，是构建国家高速铁路网东西向的一条重要大动脉。粉煤灰，作为工程质量的组成材料之一，也成为关注的重点。粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒,亦称飞灰，其化学成分主要是二氧化硅SiO2(45%～65%)、氧化铝Al2O3(20%～35%)及氧化铁Fe2O3(5%～10%)和氧化钙CaO(5%)等。通过大量的工程实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其耐久性、密实性、和易性得到大幅度的改善，能延长结构物的使用寿命。粉煤灰作为一种优良的活性掺合料，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，还能与水泥互补短长，均衡协合，改善混凝土的一系列性能，具有明显的技术经济效益。
2 粉煤灰在混凝土中的作用
2.1 改善混凝土拌和料和易性。
掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，可以减少浆体与骨料间的界面摩擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果,从而改善了混凝土拌和物的和易性。粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用, 使它们分布得更均匀, 阻止了水泥颗粒的粘聚。
2.2 降低混凝土的水化热
掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少结构物由于温度应力而造成的裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。
2.3 提高混凝土的耐久性和耐磨性。
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子级配，填充混凝土部分空隙，提高了混凝土的密实度，也可以有效地抑制碱骨料反应， 避免混凝土发生膨胀破坏。由于粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。
2.4提高混凝土的抗裂性和抗渗性。
粉煤灰的掺入减少了水泥用量， 从而减少水泥水化过程中的硬化收缩，粉煤灰二次水化的产物填充了混凝土的毛细孔，减少了混凝土中游离水的数量，阻断了泌水路线，这就大大减小了因泌水和水份蒸发引起的失水收缩，提高了混凝土的密实性，也减少了骨料与胶合料间的沉缩变形，从而减少了混凝土的塑性收缩裂缝，因此，提高了混凝土的抗裂能力和抗渗能力。
2.5提高混凝土的强度和抗冻融能力。
粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的, 因此它的水化速度比水泥慢, 待水泥水化后，粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2 反应形成硅酸钙凝胶，既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构，增强了界面薄弱层，又对水泥石孔结构起到填实的作用，而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2, 随着粉煤灰掺量的增加，早期强度(28天以前)逐减，而后期强度逐渐提高，从而提高了混凝土的强度和抗冻融能力。
2.6 减小混凝土的变形。
实验证明，粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性干裂较普通混凝土略低，粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。
3 高铁建设工程中粉煤灰等级划分
表1 粉煤灰的性能
注：在冻融破坏环境下，粉煤灰的烧失量不宜大于3.0%
4粉煤灰主要性能指标对混凝土的影响及注意事项
4.1粉煤灰细度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，掺量过高对强度也有影响。细度越细，比表面积越大，粉煤灰的活性就越容易被激发，因此，所用粉煤灰越细，混凝土早期强度越高、耐久性越好，反之亦然。
4.2粉煤灰烧失量：对需水性影响显著，随粉煤灰烧失量增加，需水量增加，当烧失量大于10%时，粉煤灰对流动扩展度无有利作用，粉煤灰含碳量增高，烧失量增大，在混凝土搅拌、运送、成型过程，粉煤灰更容易浮到表面，影响混凝土的外观与内在质量。另外，由于烧失量增大，降低了粉煤灰的减水效应和活性效应，还会降低减水剂的使用效果，严重影响粉煤灰效用的充分发挥，同时也影响混凝土中含气量的控制。
4.3粉煤灰需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量、混凝土需水量等，与粉煤灰的细度、烧失量有逻辑关系，一般来说，粉煤灰需水量越小，对混凝土性能越有利，粉煤灰越细，需水量越小；烧失量越大，需水量也越大。所以，粉煤灰的需水量指标可以综合反映出粉煤灰的性能。含水量过高，会降低粉煤灰的活性，直接影响使用效果。
4．4粉煤灰三氧化硫（SO3）：其含量大小影响混凝土的强度增长极限和凝结时间，同时，粉煤灰中SO3 含量过多还可能造成硫酸盐侵蚀，影响水泥体积安定性（水泥体积安定性是表征水泥硬化后体积变化均匀性的物理性能指标），就是说，若水泥发生不均勻体积变化会导致水泥膨胀、开裂、翘曲等，另外影响体积安定性的主要因素还有水泥中的游离氧化镁、游离氧化钙含量。
4.5粉煤灰掺量：较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水化热，只有掺量超过25%时，粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善， 粉煤灰混凝土最佳掺量范围为30%-50%。但是，由于水泥本身所能提供的碱性环境是有限的，因此在未掺入粉煤灰活化剂的情况下，粉煤灰的掺量不宜大于20%，若要加大粉煤灰的掺量，就必须同时掺入粉煤灰活化剂。
4.6认真做好粉煤灰与水泥、砂石料、水、外加剂、矿粉等掺和料的试配实验工作，充分验证其相容性以及混凝土水胶比能否有效地降低，各类等级的混凝土试件必须按照规定的龄期进行检验检测，检测的各项性能指标符合设计要求。粉煤灰、水泥、砂石料、水、外加剂、矿粉等原材料更换生产厂家时，应重新进行试配实验工作。
4.7根据不同的混凝土等级选用不同等级的粉煤灰，可以高代低，不能低代高。各项性能指标进场前必须抽样化验，200t为一检验批，不足200t按一批计，各项性能指标符合表1要求。
4.8掺入混凝土的粉煤灰，只能是生产厂原厂的“飞灰”经过分选后的产品，不能将粗灰经过磨压等非高温燃烧方式加工的粉煤灰来代替，因为合格的粉煤灰灰粒，是球状玻璃体，能起到填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层和对水泥颗粒物理分散作用，若是将粗灰经过磨压等非高温燃烧方式来降低了细度，其球状玻璃体的物理结构已经在磨压过程中被改变，检验时，细度指标虽合格，但掺入混凝土中，就会降低其和易性、密室性、耐久性，因此，粉煤灰装卸运输过程中，应派员进行监装封签，保证原厂原灰，认真做好源头质量控制。
5结语
粉煤灰在混凝土中的充分应用，既能提高和改善混凝土性能的需要，又能利废、节能减排、保护环境，还能获得经济效益和社会效益，实现可持续发展的需要。因此，高铁建设中，粉煤灰的应用，有着十分重大的意义。
参考文献：《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）
《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）