王 果

（重慶商社（集團(tuán)）有限公司 404100）

目前粉煤灰在國(guó)內(nèi)外被公認(rèn)為一種建材資源。在混凝土中摻加粉煤灰己成為國(guó)內(nèi)外一項(xiàng)比較成熟、工藝比較簡(jiǎn)單且有明顯節(jié)約水泥效果的措施。通常,在混凝土中摻加一噸磨細(xì)粉煤灰不僅可代替或節(jié)約水泥650kg,而且還能改善水泥混凝土性能,故美國(guó)一學(xué)者指出,“與其把粉煤灰當(dāng)作混凝土中的水泥代用品或摻加材料,還不如把它當(dāng)作混凝土的組成材料,更能反映其實(shí)際價(jià)值,單純以波特蘭水泥來配制混凝土將步恐龍后塵”。還在60年代,美國(guó)等一些國(guó)家在混凝土路面工程中摻加20%～30%的粉煤灰所配制的混凝土能取得與硅酸鹽水泥同樣效果,除早期強(qiáng)度略有降低外,其他性能均有提高。

一、我國(guó)粉煤灰綜合利用研發(fā)現(xiàn)狀

我國(guó)是煤炭資源豐富的國(guó)家,是世界最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和煤炭消費(fèi)國(guó)。以煤為燃料的火力發(fā)電迅速,發(fā)電量達(dá)1.3億千瓦小時(shí),其中火力發(fā)電占79.6%,由此而產(chǎn)生的粉煤灰排放量逐年增加,至2002年底,全國(guó)粉煤灰排放量1.6億噸,粉煤灰的堆存量達(dá)8億多噸,占地20多萬畝,粉煤灰的處置受到整個(gè)社會(huì)的關(guān)注。因此,自從1987年國(guó)家把它確立為資源綜合利用突破口以來,如何對(duì)粉煤灰資源進(jìn)行合理有效的利用,成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。粉煤灰是火山灰質(zhì)材料,它具潛在活性高,礦物體化學(xué)穩(wěn)定性好,顆粒細(xì),有害物質(zhì)少,可以改善混凝土或砂漿物理性能等優(yōu)點(diǎn)。綜合利用粉煤灰能夠改善生態(tài)環(huán)境、變廢為寶、節(jié)約能源,具有顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益,是一項(xiàng)利國(guó)、利民、利企業(yè)的工作,符合保護(hù)土地,合理開發(fā)自然資源的基本國(guó)策。

概述

粉煤灰在道路混凝土中應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外已有大量的先例:早在50～60年代,國(guó)內(nèi)就用粉煤灰作為混凝土的摻合料修筑過路面,但是不成功。70年代以來,由于粉煤灰的質(zhì)量提高,在混凝土路面中的應(yīng)用有所發(fā)展。例如北京西門立交橋施工時(shí),摻用30%粉煤灰的混凝土澆筑了一段路面板,使用20多年仍完好;河南焦作在同期也采用摻30%粉煤灰的混凝土鋪筑一段試驗(yàn)路,據(jù)了解使用情況也尚好。到80年代末,廣西南寧—北海的公路采用碾壓混凝土施工了1.1km路面,混凝土中摻用粉煤灰達(dá)46%,水泥用量?jī)H為154 與171kgm3 ,混凝土試件的28d抗折強(qiáng)度在4.5～8MPa;180d芯樣的劈裂抗拉試驗(yàn)折算抗折強(qiáng)度為5.8～7.6MPa,除碾壓外,采用滑模攤鋪工藝施工的 水泥混凝土路面,也因?yàn)閾接梅勖夯叶〉昧己玫男Ч?。例如河北省?992年8～9月采用滑模攤鋪8km天津—高碑店高等級(jí)公路,施工中先后從北京用散裝運(yùn)輸車運(yùn)送300多t粉煤灰至高碑店工地,以15%～30%摻量加入混凝土,其90d鉆芯劈裂抗拉強(qiáng)度折算成抗折強(qiáng)度,不摻對(duì)照組為6MPa;摻15%粉煤灰組6.5MPa;摻30%粉煤灰組達(dá)到7MPa。

在國(guó)外,一些國(guó)家應(yīng)用粉煤灰于路面混凝土,已有大量工程實(shí)例。如在英國(guó),以粉煤灰:水泥為75:25(體積比)的混合膠結(jié)料用于路面工程(A483Gresford-Pulford段)。此前,早在1983年,倫敦的第二國(guó)際機(jī)場(chǎng)就以摻有16%(重量比)粉煤灰的混凝土和不摻 粉煤灰的普通混凝土,鋪筑了兩條相鄰的路面進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),經(jīng)過4年飛機(jī)與各種車輛的運(yùn)行后,摻有粉煤灰的一條車道,表面抗滑構(gòu)造完好如初;而未摻粉煤灰的一條已經(jīng)斑斑點(diǎn)點(diǎn)。

二、粉煤灰在混凝土中所起的作用

在水泥砼中適當(dāng)?shù)負(fù)饺敕勖夯液?，改善了砼的工作性能，降低了泌水率和水泥水化速度，使之更適合滑模攤鋪施工，提高了路面的抗折強(qiáng)度和抗磨性，提高了高速公路工程質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境，取得了可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。雖然存在干縮性大、早期強(qiáng)度低等缺陷，但通過合理的技術(shù)措施和加強(qiáng)施工管理，這些問題完全可以解決，并不妨礙粉煤灰的使用。粉煤灰水泥砼在高速公路水泥路面工程中值得推廣。

通過幾十年國(guó)內(nèi)外在混凝土利用粉煤灰的大量實(shí)踐,似乎應(yīng)該從宏觀作用到微觀機(jī)理都十分清楚了。但實(shí)際上,由于應(yīng)用的局限性,許多問題看來還有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)的必要。 如上所述,粉煤灰作為一種火山灰質(zhì)混合材,自50年代起就在水泥生產(chǎn)過程中或低標(biāo)號(hào)混凝土中摻用。70年代以來,高效減水劑在國(guó)內(nèi)外得到日益廣泛的應(yīng)用,這種應(yīng)用為混凝土技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊的天地。因?yàn)楦咝p水劑對(duì)水泥的強(qiáng)烈分散作用,能使混凝土的水灰比大大降低的直接效果是可以制備出非常密實(shí)、強(qiáng)度非常高的混凝土。例如在北歐,摻有高效減水劑和硅粉制備的高強(qiáng)混凝土,抗壓強(qiáng)度達(dá)到100～150MPa,鋪筑出可以與花崗石的耐磨耗性能相當(dāng)?shù)穆访?能很好抵擋住冬季嚴(yán)寒季節(jié)里帶釘輪胎車輛的強(qiáng)烈磨蝕作用。在美國(guó),摻有高效減水劑與硅粉,密實(shí)度很高,從而滲透系數(shù)很低的混凝土,大量用于橋面板的修補(bǔ)與更新,以抵抗除冰鹽溶液與凍融循環(huán)的腐蝕,延長(zhǎng)橋梁使用壽命。 從大量有關(guān)高強(qiáng)混凝土的研究與實(shí)踐中,得到一個(gè)重要的啟發(fā):用添加高效減水劑或者其它辦法,把水灰比盡量地降低,就能獲得強(qiáng)度和耐磨耗等耐久性能優(yōu)良的混凝土。那么摻大量粉煤灰,使膠結(jié)料用量顯著增大,并使水灰比盡量減小,是不是也有類似的效果呢

三、摻粉煤灰路面混凝土的性能

路面混凝土與普通混凝土有很大差別。首先,混凝土路面板承受彎拉應(yīng)力并以混凝土抗折強(qiáng)度為施工與驗(yàn)收指標(biāo),而且國(guó)內(nèi)的路面板一般不配筋;其次,混凝土路面板的暴露面積很大,對(duì)其表面有很高的耐磨耗性能要求;再者,由道路的施工特點(diǎn)所決定:路面板常常要在澆筑后很長(zhǎng)時(shí)間才承受荷載;它所受磨耗作用,是逐漸地向深下里發(fā)展的。這種差別決定對(duì)路面混凝土要“區(qū)別對(duì)待”。 路面混凝土可以摻入引氣型減水劑,通過引氣作用和減水作用降低水膠比。上述英國(guó)大摻量粉煤灰混凝土(粉煤灰:水泥75:25)道路的鋪筑中正是“因?yàn)?摻用了新型的外加劑,解決了引氣作用”(因?yàn)樵诖髶搅糠勖夯覘l件下,通?；炷烈龤廨^困難,且不容易 穩(wěn)定)而得到成功。 當(dāng)然,由于引氣作用使混凝土的含氣量增大,其抗壓強(qiáng)度通常會(huì)有降低。但是由于引氣作用形成了大量微小、形狀較規(guī)則的氣泡,堵塞了混凝土中的毛細(xì)孔,起減小泌水與離析作用;同時(shí)在硬化后的混凝土中,由于引氣劑的表面活性作用形成的氣孔有利于減小局部應(yīng)力集中的薄弱點(diǎn),因此在抗壓強(qiáng)度降低的同時(shí),混凝土抗折強(qiáng)度不降低或反而提高。

四、水泥混凝土路面材料與工藝存在問題與改進(jìn)

根據(jù)幾十年來國(guó)內(nèi)外對(duì)粉煤灰綜合利用發(fā)展模式的探索,應(yīng)該在技術(shù)開發(fā)引進(jìn)、資金的運(yùn)作、人才的培養(yǎng)、制度的建立、信息的互通,橫向協(xié)作等方面借鑒經(jīng)驗(yàn)。

(1)成立專門機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)研發(fā)與引進(jìn)、改造。為進(jìn)一步提高粉煤灰綜合利用率,更大限度地利用廢棄資源,拓寬粉煤灰利用途徑和渠道,開發(fā)出高附加值、科技含量高、用灰量大的產(chǎn)品,有必要成立專門的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)。同時(shí),粉煤灰綜合利用部門應(yīng)相互聯(lián)系,相互交流粉煤灰綜合利用經(jīng)驗(yàn),取長(zhǎng)補(bǔ)短。引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),對(duì)原有綜合利用技術(shù)進(jìn)行改造,節(jié)約時(shí)間、資金。

(2)相關(guān)制度的建立與改善，應(yīng)在政策、規(guī)章等方面給予綜合利用企業(yè)寬松的經(jīng)營(yíng)環(huán)境,調(diào)動(dòng)綜合利用企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)積極性。深入企業(yè)內(nèi)部,虛心聽取他們?cè)谏a(chǎn)經(jīng)營(yíng)方面需要解決的實(shí)際困難,在各項(xiàng)政策、規(guī)章中予以完善,切實(shí)為企業(yè)解決困難。

(3)領(lǐng)導(dǎo)重視程度,資金傾斜,宣傳力度加大，領(lǐng)導(dǎo)部門對(duì)綜合利用的重要性意識(shí)增強(qiáng),重視程度進(jìn)一步提高,各項(xiàng)政策不斷完善,執(zhí)行力度不斷擴(kuò)大。在項(xiàng)目科研和項(xiàng)目投產(chǎn)等方面給予相當(dāng)?shù)馁Y金傾斜。

(4)及時(shí)把握國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài),加強(qiáng)粉煤灰利用信息技術(shù)交流。結(jié)合自身的實(shí)際情況,放眼于國(guó)內(nèi)外技術(shù)信息市場(chǎng),加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的聯(lián)系互動(dòng)。一要同國(guó)內(nèi)外大專院校、科研機(jī)構(gòu)建立長(zhǎng)期的合作關(guān)系,定期進(jìn)行有目的、有重點(diǎn)的學(xué)術(shù)和技術(shù)交流,二是同有一定創(chuàng)新開發(fā)能力的企業(yè)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)與成果實(shí)施,共同探討技術(shù)開發(fā)、引進(jìn)和消化創(chuàng)新中的問題,三是及時(shí)掌握國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用動(dòng)態(tài),避免低水平的重復(fù)研究所造成的浪費(fèi)。

(5)加強(qiáng)粉煤灰綜合利用科技創(chuàng)新系統(tǒng)建設(shè),促進(jìn)創(chuàng)新系統(tǒng)的要素聯(lián)動(dòng)部分企業(yè)雖已建立了粉煤灰綜合利用科技創(chuàng)新系統(tǒng),但系統(tǒng)的各要素之間相互聯(lián)系和互動(dòng)作用還較弱,企業(yè)在該系統(tǒng)中處于核心地位,科研機(jī)構(gòu)、院校主要從事基礎(chǔ)性研究和技術(shù)開發(fā)研究與技術(shù)轉(zhuǎn)移,為粉煤灰利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持,企業(yè)則主要是將成熟的粉煤灰技術(shù)成果引進(jìn)并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。目前,必須加強(qiáng)粉煤灰綜合利用的集成創(chuàng)新和整體聯(lián)動(dòng),促進(jìn)科研院所和企業(yè)的聯(lián)動(dòng),利用公共政策評(píng)價(jià)工作,聽取企業(yè)的意見,適時(shí)調(diào)整粉煤灰利用政策。大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)與綜合利用企業(yè)要緊密結(jié)合,使大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)的智力知識(shí)資源與企業(yè)的資本、資源互為補(bǔ)充,有必要使一部分科研機(jī)構(gòu)進(jìn)入企業(yè),更為重要的是,大中型企業(yè)的綜合利用要建立與院校、科研機(jī)構(gòu)和其它企業(yè)對(duì)接的技術(shù)研發(fā)中心,提升自已的研究開發(fā)、消化吸收和創(chuàng)新能力。

(6)加強(qiáng)綜合利用企業(yè)增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力,形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

(7)加強(qiáng)粉煤灰成果轉(zhuǎn)化,使粉煤灰成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。目前粉煤灰技術(shù)成果很多,但是真正實(shí)施的不足一半,加強(qiáng)現(xiàn)有粉煤灰技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化實(shí)施工作是當(dāng)務(wù)之急,使現(xiàn)有成果經(jīng)過進(jìn)一步熟化形成生產(chǎn)能力。從企業(yè)在加強(qiáng)成果的再開發(fā)創(chuàng)新能力和技術(shù)的配套能力上下工夫,使科研機(jī)構(gòu)和院校服務(wù)于企業(yè),為企業(yè)解決成果的轉(zhuǎn)化問題。

(8)重視粉煤灰綜合利用人才建設(shè) 。人才是粉煤灰綜合利用事業(yè)發(fā)展的根本,沒有一支高素質(zhì)的研究開發(fā)和管理人才隊(duì)伍,這項(xiàng)事業(yè)很難長(zhǎng)久發(fā)展。在人才隊(duì)伍建設(shè)上,要有大氣派、有戰(zhàn)略眼光,適時(shí)引進(jìn)一批國(guó)內(nèi)外的高級(jí)粉煤灰技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新管理人才,同時(shí)加大現(xiàn)有人才的培訓(xùn)、培養(yǎng)工作,通過多種途徑更新現(xiàn)有人才的知識(shí),提高現(xiàn)有人才的科技開發(fā)和創(chuàng)新管理能力。要抓緊制定粉煤灰利用科技人才資源開發(fā)和利用規(guī)劃,構(gòu)建吸引人才和發(fā)揮人才作用的制度環(huán)境,企業(yè)要尊重人才,盡快建立人才管理的薪酬、培訓(xùn)、交流機(jī)制,以待遇和事業(yè)留住人才,以求提升粉煤灰綜合利用水平。 粉煤灰利用信息交流工作,要發(fā)揮電子政務(wù)和電子商務(wù)為粉煤灰利用服務(wù)的功能,進(jìn)一步加強(qiáng)粉煤灰研究機(jī)構(gòu)間的學(xué)術(shù)交流,發(fā)揮社會(huì)中介組織在粉煤灰信息交流中的作用。

（10）粉煤灰的“物盡其用”

如上所述,粉煤灰是一種大宗工業(yè)廢料,又是一 種良好的輔助膠凝材料。如何把它作為一種資源,使其得到充分的利用,是個(gè)重要的課題。從多年來在路面混凝土中應(yīng)用粉煤灰的過程中,體會(huì)到粉煤灰作為路面混凝土的輔助膠凝材料,或者更廣泛一些,作為混凝土的輔助膠凝材料,是充分發(fā)揮粉煤灰的作用,獲得顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。 當(dāng)前我國(guó)正處在大建設(shè)時(shí)期,以水泥混凝土路面高等級(jí)公路為例,每年要鋪筑數(shù)千公里(如92年為6千公里),發(fā)展速度是世界上罕見的。以每一米路面需要澆筑2～6m3混凝土計(jì)算,一公里路面消耗水泥可達(dá)一、兩千t。另一方面,道路工程的特點(diǎn)是遍布全國(guó)各處,不像水電工程修大壩是集中于幾個(gè)點(diǎn),因此不需要遠(yuǎn)途運(yùn)輸粉煤灰,可以就近使用。所以在道路工程,特別是路面混凝土中大量應(yīng)用粉煤灰作為輔助膠凝材料,效益尤為顯著。 綜上所述,采用水泥用量不高、粉煤灰(或其它輔助膠凝材料)和外加劑(高效減水劑、普通減水劑、引氣型外加劑)摻量較大,以適宜的配合比制備早期強(qiáng)度較高、后期強(qiáng)度發(fā)展幅度大(耐磨耗性能隨強(qiáng)度的發(fā)展能明顯增長(zhǎng))、收縮小、滲透性很低(因而抗凍融與抗腐蝕性能優(yōu)異)的混凝土,近年來在國(guó)際上受到廣泛重視,被稱為高性能混凝土,代表著今后水泥混凝土路面材料的一種發(fā)展方向。因?yàn)樗粌H使用性能優(yōu)異,可以隨著道路交通量的逐年增大而增長(zhǎng),有益于延長(zhǎng)道路的使用壽命,且造價(jià)可以降低,又有著節(jié)約能源(因?yàn)樯a(chǎn)水泥耗能很大)、保護(hù)環(huán)境等多方面的優(yōu)越性。

[1] 許 永 馮立南 粉煤灰在路面混凝土中的應(yīng)用效果 第2期(總第89期)中國(guó)市政工程2000年6月25日

[2] 王璐,尹延輝 我國(guó)粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀、存在問題及其對(duì)策

[3] 覃維祖 應(yīng)用技術(shù) 粉煤灰在路面混凝土中的應(yīng)用