粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，粉煤灰是火力發(fā)電廠鍋爐排出的主要固體廢物。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)上各個(gè)行業(yè)對(duì)粉煤灰進(jìn)行開發(fā)和利用，加上近幾年來我國(guó)國(guó)家建設(shè)中市政道路迅猛發(fā)展，對(duì)粉煤灰的利用率越來越高，不僅僅將粉煤灰這一工業(yè)廢料成功解決掉，而且將它轉(zhuǎn)變成各種有利用價(jià)值的工業(yè)原料。粉煤灰的合理化應(yīng)用，不但使工程造價(jià)大大降低，而且可以節(jié)約土地資源，保護(hù)環(huán)境。然而在粉煤灰的應(yīng)用中，土木工程領(lǐng)域占據(jù)了很大一部分。目前我國(guó)粉煤灰形勢(shì)雖然依然嚴(yán)峻，治理粉煤灰費(fèi)耗巨大，但是土木工程領(lǐng)域粉煤灰的合理化應(yīng)用很大程度上解決了這方面的問題。粉煤灰在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用不僅僅解決粉煤灰的處理難題，而且促進(jìn)了土木工程長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。
    我國(guó)熱電廠粉煤灰年排放量接近一億噸，而利用率只有25％，大量粉煤灰貯入灰場(chǎng)，部分甚至流入江河。不僅占用土地，耗費(fèi)資金，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。鼓勵(lì)粉煤灰的綜合利用是國(guó)家的一項(xiàng)長(zhǎng)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。
    國(guó)外對(duì)粉煤灰在工程中的應(yīng)用研究一直很重視。許多發(fā)達(dá)國(guó)家70年代粉煤灰的利用率已經(jīng)超過50％，80年代以來在土建工程中大量利用粉煤灰作填料。90年代初，日本開始進(jìn)行粉煤灰作鐵路路基填料的研究。在使用石膏添加劑的粉煤灰填筑路基方面有很大進(jìn)展[1，2]。
    國(guó)內(nèi)對(duì)粉煤灰用于工程的研究起步較晚，80年代初，水電部門開始研究粉煤灰貯灰壩和粉煤灰混凝土[3|，而公路部門進(jìn)行了粉煤灰筑路的研究[4|，并進(jìn)行了若干路段的原位試驗(yàn)。而后在上海、天津、西安等地大量使用粉煤灰修筑公路路堤。
  然而，粉煤灰在鐵路正線建設(shè)中的應(yīng)用至今還是空白。鐵路工程中的土石方調(diào)配數(shù)量大，占用耕地多，能夠?yàn)榉勖夯业拇笠?guī)模利用（而非作為建筑材料摻加劑的小數(shù)額利用）開辟廣闊前景。當(dāng)粉煤灰運(yùn)價(jià)低時(shí)，可以考慮用其代替土方填筑路堤。這樣，一方面變廢為寶，保護(hù)了環(huán)境，另一方面，減少了耕地的占用量，降低了鐵路造價(jià)。
    為此，結(jié)合工程進(jìn)行了粉煤灰工程性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)、粉煤灰填筑鐵路路堤的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)和載荷試驗(yàn)、粉煤灰中加筋條的室內(nèi)拉拔試驗(yàn)和加筋粉煤灰鐵路擋墻現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。本文在總結(jié)這些成果的基礎(chǔ)上探討粉煤灰用于鐵路正線路基建設(shè)的可行性和開發(fā)研究設(shè)想。
 一、粉煤灰產(chǎn)生的效應(yīng)
    （一）和易性效應(yīng)。混凝土和易性主要受漿體的體積、水灰比、配合比設(shè)計(jì)、骨料的級(jí)配、形狀、孔隙率等因素影響，其中粉煤灰是影響混凝土和易性的重要因素。由于粉煤灰在混凝土中特性之一是增大漿體的體積（相同質(zhì)量粉煤灰的體積要比水泥約大30%）。如果我們?cè)诨炷林休^好的利用粉煤灰特性，用粉煤灰取代等重量的水泥（根據(jù)強(qiáng)度要求按重量比大于1：1用粉煤灰取代水泥時(shí)，又稱超量取代），多加的粉煤灰增大了細(xì)屑含量，因此增大了漿體－-骨料比。大量的漿體填充了骨料間的孔隙，包裹并潤(rùn)滑了骨料顆粒，從而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料顆粒可以減少漿體－-骨料間的界面磨擦，在骨料的接觸點(diǎn)起滾珠軸承效果，從而改善了混凝土的和易性。
    （二）泌水效應(yīng)。粉煤灰的摻入可以補(bǔ)償細(xì)骨料中的細(xì)屑不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性。同時(shí)，粉煤灰作為水泥的取代材料在同樣的稠度下，會(huì)使混凝土的用水量有不同程度的降低。因而，摻用粉煤灰對(duì)防止混凝土的泌水是有利的。
    （三）拌和物引氣作用效應(yīng)。混凝土的空氣含量一般在３％以內(nèi)，與水泥的細(xì)度、骨料形狀、級(jí)配以及震搗密實(shí)的程度等有關(guān)。當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰時(shí)，由于細(xì)屑組分的影響會(huì)使混凝土的空氣含量減少１％左右。對(duì)燒失量超過６％的粉煤灰，由于碳顆粒在冷卻過程中變成了封閉的玻璃態(tài)，因而防止了對(duì)引氣劑的吸附，保持了混凝土拌和物的原有含氣量。
    （四）凝結(jié)時(shí)間效應(yīng)。摻粉煤灰的混凝土雖然初凝、終凝一般都能滿足規(guī)范要求，但由于受其摻量、細(xì)度、化學(xué)成分等因素影響，混凝土?xí)霈F(xiàn)凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)緩凝現(xiàn)象。然而，與水泥性能、用水量、環(huán)境溫度、濕度等因素相比，粉煤灰對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響是極小的。
    （五）抗壓強(qiáng)度效應(yīng)。混凝土的抗壓強(qiáng)度主要取決于水灰比，對(duì)摻與不摻粉煤灰的混凝土，如果二者的早期強(qiáng)度相同，則粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度將高于不摻的，粉煤灰對(duì)混凝土有三重影響：減少用水量、增大膠結(jié)料含量和通過長(zhǎng)期火山灰反應(yīng)提高強(qiáng)度。
    當(dāng)原材料和環(huán)境條件一定時(shí)，摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)主要決定于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰中玻璃態(tài)的活性氧化硅、氧化鋁與混凝土的水泥漿體中的Ca(OH)2作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣。一些研究認(rèn)為：粉煤灰在混凝土中，當(dāng)Ca(OH)2薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時(shí)，就開始發(fā)生火山灰效應(yīng)。但由于在Ca(OH)2薄膜與粉煤灰顆粒之間存在著水解層，鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性成分反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在層內(nèi)逐漸聚集，水解層未被火山灰反應(yīng)產(chǎn)物充滿到某種程度時(shí)，不會(huì)使強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。隨著水解層被反應(yīng)產(chǎn)物充滿，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長(zhǎng)，這就是摻粉煤灰的混凝土早齡期強(qiáng)度較低，后齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)較多的主要原因。
    （六）水化熱效應(yīng)。混凝土中水泥的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)。在混凝土中摻入粉煤灰可以降低水化熱，原因是減少了水泥的用量。水化放熱的多少和速度取決于水泥的物理、化學(xué)性能和摻入粉煤灰的量。
    由于近年來大型、超大型混凝土結(jié)構(gòu)的建造，構(gòu)件斷面尺寸相應(yīng)增大；混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高，使所用水泥等級(jí)提高，單位用量增大；又由于實(shí)行水泥新標(biāo)準(zhǔn)后，使早強(qiáng)礦物硅酸三鈣含量提高，粉磨細(xì)度加大，這些因素的疊加，導(dǎo)致混凝土硬化過程溫升明顯加劇，溫峰升高。在達(dá)到溫峰后的降溫期間，混凝土產(chǎn)生溫度收縮（也稱熱收縮）引起彈性拉應(yīng)力；另一方面混凝土的水灰比（水膠比）降低，早期水化加快，混凝土的彈性模量隨強(qiáng)度提高而增大，進(jìn)一步加劇彈性拉應(yīng)力增長(zhǎng)。這是導(dǎo)致近些年來許多結(jié)構(gòu)物在施工期間，模板剛拆除時(shí)就發(fā)現(xiàn)大量裂縫的原因。這種硬化混凝土早期出現(xiàn)的裂縫往往深而長(zhǎng)，為了防止可見裂縫的出現(xiàn)，通常采取外包保溫的方法，以減少內(nèi)外溫差，因而被認(rèn)為是有效措施得到迅速推廣。但卻忽略了，由于外保溫阻礙了混凝土水化熱的散發(fā)，進(jìn)一步加劇體內(nèi)的溫升，使混凝土體內(nèi)溫度繼續(xù)升高，水泥水化加速，早期強(qiáng)度發(fā)展更加迅速，因此也更容易出現(xiàn)裂縫，只是由于鋼筋的約束和對(duì)應(yīng)力的分散作用，使少量寬而長(zhǎng)的可見裂縫轉(zhuǎn)化為大量分散的不可見裂縫，它們將為侵蝕性介質(zhì)提供通道，影響結(jié)構(gòu)的使用功能。
    與純水泥混凝土一樣，摻粉煤灰的混凝土由于水泥的水化隨本體溫度升高而加快，強(qiáng)度發(fā)展也因此加快。這使得粉煤灰混凝土，包括大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展在低水膠比的條件下，很快通過最初的緩慢凝結(jié)與硬化期，強(qiáng)度的發(fā)展迅速加快。有研究資料表明摻適當(dāng)比例的粉煤灰后，不僅溫升可以降低，使混凝土因溫度收縮和開裂的危險(xiǎn)減少，同時(shí)由于溫升相同，其抗壓強(qiáng)度在3d之前就超過了不摻粉煤灰類混凝土。
    （七）凍融耐久性效應(yīng)。當(dāng)粉煤灰質(zhì)量較差、粗顆粒多、含碳量高時(shí)，都會(huì)對(duì)混凝土抗凍融性有不利影響。質(zhì)量差的粉煤灰隨摻量的增加，其抗凍融耐久性劇烈降低。但當(dāng)摻用質(zhì)量較好的粉煤灰同時(shí)適當(dāng)降低水灰比，則可以收到改善抗凍融耐久性的效果。試驗(yàn)資料表明，摻粉煤灰的混凝土水灰比在0.50以下，粉煤灰摻量在30%以內(nèi)，混凝土抗凍融耐久性降低較少。此外，摻粉煤灰的混凝土只要抗壓強(qiáng)度與含氣量與不摻粉煤灰的混凝土相同，即在等強(qiáng)度、等含氣量條件下，摻粉煤灰混凝土與不摻粉煤灰混凝土具有相等的抗凍融耐久性。關(guān)鍵在于混凝土引氣后硬化混凝土中存在均勻分布的微氣孔，這些微氣孔在混凝土受凍時(shí)可容納水結(jié)冰時(shí)所增大的部分體積。使混凝土免于因冰脹作用而破壞。
    （八）炭化和鋼筋阻銹效應(yīng)。通過長(zhǎng)期研究和工程實(shí)踐，尤其是近年來的工程調(diào)研資料表明，防止摻粉煤灰混凝土炭化，首要因素是確保粉煤灰混凝土的密實(shí)度。密實(shí)度差的不摻粉煤灰的混凝土同樣有碳化問題。研究和調(diào)查結(jié)果表明，當(dāng)用礦渣水泥摻15%粉煤灰，普通水泥摻20%粉煤灰，硅酸鹽水泥摻25%粉煤灰時(shí)，采用超量取代法設(shè)計(jì)混凝土配合比，滿足等稠度和等強(qiáng)度的要求時(shí)，摻粉煤灰的混凝土抗碳化性能、鋼筋銹蝕性能與不摻粉煤灰混凝土相比均明顯增大。
二、粉煤灰的化學(xué)組成和物理力學(xué)性質(zhì)
    為探討粉煤灰組成成分對(duì)其工程性質(zhì)的影響，對(duì)青島四方、淄博南定兩個(gè)熱電廠的粉煤灰取樣進(jìn)行了全面的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。
（一） 化學(xué)組成
    粉煤灰室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果見表1。粉煤灰的化學(xué)成分和顆粒級(jí)配隨燃煤的品種、燃燒設(shè)備、燃燒方式和排灰方式的不同而有所不同。但主要成分是s．0，和A|，0 3，兩項(xiàng)含量超過70％。一定含量的c a0使得粉煤灰有自凝聚作用，即隨著齡期的增長(zhǎng)，其強(qiáng)度有所增長(zhǎng)。此外還有其它含量較少的鹽類。其pH值約為14，呈堿性。高，非飽和粉煤灰的φ值一般超過30度，而且具有一定的粘聚力。對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飽和后粉煤灰的強(qiáng)度和變形降低很小，不足5％，證明其水穩(wěn)性很好。
（二）粉煤灰的擊實(shí)特性

為了進(jìn)一步探討粉煤灰填筑鐵路路堤的可行性，確定工程技術(shù)措施，1993年在青島四方電廠專用線修建了一段40 m長(zhǎng)的試驗(yàn)路堤。進(jìn)行了壓實(shí)試驗(yàn)和承載力試驗(yàn)，施工按課題組推薦的設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行，即堤心填筑素粉煤灰，兩側(cè)邊坡及堤頂包50 cm厚的砂粘土，分層填筑，人工攤鋪，采用光面碾和輪胎式鏟運(yùn)機(jī)碾壓。碾壓試驗(yàn)結(jié)果見圖2。試驗(yàn)表明：虛鋪40 cm，含水量控制在30％左右，碾壓5遍，壓實(shí)系數(shù)可達(dá)90％以上。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)：一方面粉煤灰的現(xiàn)場(chǎng)可壓實(shí)性比室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)要好得多，另一方面，輪胎式鏟運(yùn)機(jī)和羊足碾優(yōu)于光面碾。這是粉煤灰的一個(gè)重要特征，文獻(xiàn)[1]也得出了相似結(jié)論。分析其原因，主要是由于粉煤灰類似于粉砂和粉土，在既受剪又受壓的應(yīng)力狀態(tài)下比只受正壓力的應(yīng)力狀態(tài)下更容易壓實(shí)。
（三）承載力試驗(yàn)
    圓形荷載板面積2 500 cm 2，加荷級(jí)差50 kPa，最大加荷550 kPa，總壓縮量5．7 m m，共進(jìn)行了兩組平行試驗(yàn)。靜力觸探采用M卜15型靜力觸探儀，平均貫入阻力為16．1 M Pa，共進(jìn)行了3組平行試驗(yàn)。由上述兩種試驗(yàn)測(cè)得路堤的承載力標(biāo)準(zhǔn)值大于160 kPa。可見粉煤灰易于壓實(shí)，強(qiáng)度高，符合鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)承載力的要求。由于粉煤灰的強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)，因此，上述強(qiáng)度值是最低強(qiáng)度。
（四）試驗(yàn)段運(yùn)營(yíng)狀況
    試驗(yàn)路堤已運(yùn)營(yíng)5年，歷經(jīng)了多次大到暴雨的考驗(yàn)，下沉甚微，也未出現(xiàn)其它病害，狀況良好。證明粉煤灰填筑鐵路專用線路堤是完全可行的。
    在四方電廠積累經(jīng)驗(yàn)以后，1994年又在淄博南定電廠用粉煤灰填筑鐵路專用線路基，交付運(yùn)營(yíng)三年，線路狀態(tài)完好，無任何不良現(xiàn)象。
三、利用粉煤灰填筑路堤的技術(shù)措施
    粉煤灰填筑鐵路專用線路堤不需要專門施工機(jī)械，只需采用如下技術(shù)措施：
    （一）室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)表明，粉煤灰可以在小于最佳含水量較寬的含水量范圍內(nèi)進(jìn)行施工，這為粉煤灰路基的施工提供了很大的方便。具體的含水量控制是，運(yùn)輸時(shí)，最好接近施工含水量，不宜低于20％，以免飛揚(yáng)；采用重型碾壓機(jī)械時(shí)，施工含水量宜控制在25％～35％；采用輕型碾壓機(jī)械時(shí)，施工含水量宜控制在30％～40％，含水量不足應(yīng)灑水，過量應(yīng)涼曬，無論如何不得超過最佳含水量。
   （二）應(yīng)采用羊足碾或輪胎式碾壓機(jī)械，不宜使用光面碾。
   （三）在路基兩側(cè)及頂部要設(shè)置50 cm厚的砂粘土包層。包層必須與粉煤灰同步填筑、同步壓實(shí)，以使灰土形成一個(gè)整體。外包層對(duì)粉煤灰的穩(wěn)定至關(guān)重要，運(yùn)營(yíng)期間如有沖蝕要及時(shí)修補(bǔ)。
    （四）粉煤灰的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為：基床表層95％（木目當(dāng)于修正普氏標(biāo)準(zhǔn)86％），表層以下90％（木目當(dāng)于修正普氏標(biāo)準(zhǔn)81％），一般虛鋪厚度為30 cm，重型機(jī)械表層碾壓6～7遍，表層以下5～6遍，輕型機(jī)械適當(dāng)增加2～3遍，即可達(dá)到上述要求。
    （五）由于飽和松散粉煤灰有液化現(xiàn)象，因此，路堤底部應(yīng)高于地下水位或長(zhǎng)期滯水0．5 m以上，否則應(yīng)在粉煤灰以下設(shè)置隔水墊層。粉煤灰不得填筑浸水路堤。
四、粉煤灰在建筑材料方面的應(yīng)用 
  目前粉煤灰大量的應(yīng)用于土木工程的建筑材料方面，主要應(yīng)用于混凝土、燒結(jié)磚、墻材制品等。 
 （一）粉煤灰在混凝土上的應(yīng)用，主要是作為一種添加劑添加在混凝土中。添加粉煤灰的混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能都有提高或者改善。 
  首先，在力學(xué)強(qiáng)度方面，由于粉煤灰的摻入可分散水泥顆粒，使水泥水化更充分，提高了水泥漿的密實(shí)度，有利于混凝土中的骨料——水泥漿界面強(qiáng)度的提高；而且粉煤灰顆粒與氫氧化鈣反應(yīng)生成了水化硅酸鈣膠體，極大的提高了混凝土的強(qiáng)度。其次，混凝土中添加粉煤灰可以減小混凝土的徐變。實(shí)驗(yàn)表明與普通混凝土等強(qiáng)度的粉煤灰混凝土在此后所有齡期的徐變均小于普通混凝土。 
  另外，添加粉煤灰能有效降低混凝土的水化熱，有利于降低混凝土的絕熱升溫。由于添加的粉煤灰減少了混凝土的孔隙，使混凝土的抗?jié)B性明顯提高，從而改善了混凝土的抗化學(xué)腐蝕的能力，還能有效地減小反應(yīng)引起的混凝土膨脹，很大程度地提高了混凝土的耐久性。而且添加粉煤灰可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗?jié)B性和抗銹蝕性。 
 （二）粉煤灰燒結(jié)磚。粉煤灰燒結(jié)磚是以粉煤灰為主要原料，摻入煤矸石粉或粘土等膠結(jié)磚料，經(jīng)一系列的工序而制成的磚塊。粉煤灰燒結(jié)磚是以粉煤灰為主要原料，粉煤灰摻入的質(zhì)量不小于總質(zhì)量的一半，粘土等膠結(jié)料則應(yīng)為次要或輔助原料。粉煤灰在燒結(jié)磚中具有成孔加氣作用，可以制成高孔隙率、高絕熱能力的輕質(zhì)燒結(jié)磚。大量摻入粉煤灰的粉煤灰燒結(jié)磚的保溫性能由于引起材料體積密度的變化，從而使導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生巨大改變，導(dǎo)致其影響了材料的保溫性能。并且由于空隙度增大，因而大大地增強(qiáng)了燒結(jié)磚的保溫性能。 
五、粉煤灰在道路方面的應(yīng)用 
（一）粉煤灰用于路面基層。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，粉煤灰類基層已成為我國(guó)公路，特別是高速公路路面基層的主要類型。現(xiàn)在常采用摻加化學(xué)添加劑或水泥以加速石灰和煤灰混合料強(qiáng)度的形成。 
（二）粉煤灰用于路面面層。粉煤灰可以用于瀝青混凝土路面面層。粉煤灰可以顯著改善瀝青混凝土路面的水穩(wěn)性和溫度穩(wěn)定性，有利于通過提高瀝青路面的質(zhì)量來達(dá)到延長(zhǎng)路面的使用時(shí)間的目的。高粉煤灰用量的混凝土開始于20 世紀(jì)60 年代的英國(guó)、美國(guó)等一些國(guó)家的混凝土路面工程，其抗壓強(qiáng)度和和易性以及抗彎強(qiáng)度相較于普通混凝土毫不遜色。因此，粉煤灰混凝土不僅用于普通路面，而且使用于高級(jí)路面。 
（三） 粉煤灰填筑道路路堤。粉煤灰路堤是一種輕質(zhì)路堤，可以很大程度地減輕軟土土基的附加應(yīng)力。利用粉煤灰填筑路堤可不用摻加其它材料，也不需要很多工時(shí)。路堤可采用全灰，也可采用間隔灰。由于道路路堤土方量大，所以用粉煤灰填筑路堤是大量使用粉煤灰的有效途徑，可以大量處理粉煤灰工業(yè)廢料。 
（四） 粉煤灰用于加筋擋墻工程。加筋粉煤灰擋墻是由加筋擋墻發(fā)展起來的，它屬于柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)于軟土地基的適應(yīng)性較強(qiáng)，因而可采用天然地基。 
  粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用有著廣泛的前景，在應(yīng)用中只要找出與其它材料最合適的配合比設(shè)計(jì)，便可以應(yīng)用。但是由于各地粉煤灰的種類不同，因而需要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析應(yīng)用。 
六、粉煤灰在建筑施工方面的應(yīng)用 
  粉煤灰在建筑施工方面的應(yīng)用主要是體現(xiàn)在在混凝土和建筑砂漿中的應(yīng)用，在混凝土中的應(yīng)用上文已經(jīng)介紹，下面主要介紹粉煤灰在建筑砂漿中的應(yīng)用。 
 （一）粉煤灰摻入砂漿后，會(huì)影響砂漿的性能，由于粉煤灰存在大量微粒的作用，這不僅可以降低砂漿的需水量，還能促使砂漿體中水泥顆粒均勻分散，擴(kuò)大了水泥的水化空間和水化產(chǎn)物的生成場(chǎng)所，從而促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)。 
 （二）粉煤灰含有的硅鋁質(zhì)玻璃體在有水條件下與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)并生成具有膠凝性水化物。在粉煤灰玻璃體微粒表層生成的反應(yīng)產(chǎn)物，與水泥水化物類似，這使抗拉強(qiáng)度的增加，極大地改善了砂漿的性能。 
  粉煤灰顆粒均勻分布于水泥砂漿之中。對(duì)粉煤灰顆粒和水泥凈漿間及水泥緊密處的顯微研究表明，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，粉煤灰和水泥漿體的界面接觸越來越緊密。在界面上形成的粉煤灰水化凝膠的硬度大于水泥凝膠。粉煤灰微粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好，有助于改善新拌砂漿的硬化。可見粉煤灰在建筑砂漿中的應(yīng)用極大地改善了建筑砂漿的性能。4加筋粉煤灰鐵路擋墻
   （三） 如果粉煤灰能夠填筑鐵路路堤，也必定能夠成為鐵路支擋建筑物的填料。有人進(jìn)行過公路加筋粉煤灰擋墻的研究，但鐵路加筋粉煤灰擋墻的研究尚無先例。作為粉煤灰工程性質(zhì)綜合研究項(xiàng)目的一部分，進(jìn)行了粉煤灰中鋼筋混凝土筋條拉拔室內(nèi)試驗(yàn)和加筋粉煤灰擋墻現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
七、室內(nèi)筋條拉拔試驗(yàn)
    模型槽尺寸為1．08 m×0．47 m×1．o m，采用鍍鋅鐵帶和混凝土板兩種筋條。共進(jìn)行了68根次不同埋深、不同密實(shí)度和不同含水量粉煤灰中的筋條拉拔試驗(yàn)。
    室內(nèi)試驗(yàn)得到的一個(gè)耐人尋味的結(jié)論是，混凝土筋條的視摩擦系數(shù)不小于1．5。這一數(shù)值比直剪儀中測(cè)得的粉煤灰內(nèi)摩擦系數(shù)大得多，也比改造的直剪儀中粉煤灰與混凝土接觸面上的視摩擦系數(shù)大得多，這一結(jié)論也被后來的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所證實(shí)。
現(xiàn)場(chǎng)筋條拉拔試驗(yàn)
 
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工點(diǎn)在青島四方熱電廠鐵路專用線上的加筋粉煤灰擋墻。墻高3．4m，長(zhǎng)75．6m，矩形面板75 cm×55 cm×1 0 cm，筋條斷面為20 cm×7 cm，每一段長(zhǎng)1 m，總長(zhǎng)4．0～5．0 m。共設(shè)三個(gè)斷面，斷面1和斷面2為拉拔試驗(yàn)斷面，斷面3為靜力測(cè)試斷面。每個(gè)斷面自下而上等距排列5根筋條。現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)曲線見圖3，由鋼筋混凝土筋條的拉拔試驗(yàn)確定的極限摩擦系數(shù)平均值為1．526，與室內(nèi)試驗(yàn)的1．5吻合很好。鋼筋混凝土筋條的視摩擦系數(shù)比較大的原因是：①筋條表面粗糙，而粉煤灰被碾壓后很密實(shí)。筋條受拉后引起筋條附近粉煤灰的剪脹是不可避免的。形成筋條附近應(yīng)力集中，引起視摩擦系數(shù)增大。②由于分段連接的鋼筋混凝土筋條在鋪設(shè)時(shí)不可能完全平直，在受拉過程中有“被動(dòng)土壓力"的作用，使視摩擦系數(shù)增大。
    目前，加筋土工程中視摩擦系數(shù)的設(shè)計(jì)值，一般是將極限視摩擦系數(shù)除以2～3的安全系數(shù)后得到的。故建議粉煤灰與鋼筋混凝土筋條間的視摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值取0．5～o．75。
    從竣工后一年的測(cè)試結(jié)果可以看出，由于粉煤灰內(nèi)部應(yīng)力的調(diào)整和粉煤灰長(zhǎng)期強(qiáng)度的提高，墻后土壓力明顯減小。
八、加筋粉煤灰試驗(yàn)擋墻的運(yùn)營(yíng)狀況
    竣工至今三年，墻面平整如初，沒有凸凹現(xiàn)象。墻頂路基面穩(wěn)定，未見異常。
    加筋粉煤灰擋墻與普通加筋土擋墻的設(shè)計(jì)施工基本一致，僅需注意以下問題：①粉煤灰的腐蝕性強(qiáng)，應(yīng)采用耐腐蝕筋條或?qū)顥l進(jìn)行防腐處理。使用鋼筋混凝土筋條時(shí)應(yīng)在段與段之間的接頭處包瀝青布防腐。②與粉煤灰路堤相似，在路基頂面和裸露邊坡處，包50 cm厚砂粘土保護(hù)層。盡量采用羊足碾或輪胎式機(jī)械進(jìn)行碾壓。③鋪設(shè)筋條時(shí)，筋條與墻面板卡環(huán)連接處務(wù)必拉緊，不留有縫隙，以免墻面板產(chǎn)生過大的側(cè)移，導(dǎo)致整個(gè)墻面凸凹不平。
九、結(jié)論
    通過一系列試驗(yàn)和理論研究得出如下結(jié)論：
    （1）粉煤灰用作鐵路專用線路堤或加筋土擋墻的填料是完全可行的；
    （2）粉煤灰用作填方（尤其是包層后）時(shí)，可溶物對(duì)環(huán)境的污染低于環(huán)保部門的限值；
    （3）粉煤灰作填方時(shí)其含碳量（即燒失量）可以突破8％的限制；
    （4）粉煤灰壓實(shí)時(shí)，羊足碾和輪胎式機(jī)械優(yōu)于光面碾；
    （5）壓實(shí)系數(shù)為90％時(shí)（現(xiàn)行規(guī)范），壓實(shí)粉煤灰承載力不低于160 kPa；
    （6）加筋粉煤灰擋墻的側(cè)向土壓力合力大小介于靜止與主動(dòng)土壓力之間；
    （7）一系列研究表明，粉煤灰具有容重小、強(qiáng)度高、易于壓實(shí)、水穩(wěn)性強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，用作鐵路正線路基填料的前景也是光明的；
    （8）對(duì)粉煤灰用于鐵路正線路基的主要擔(dān)心是鐵路正線運(yùn)量大、行車密度高、沖擊動(dòng)載大。動(dòng)載長(zhǎng)期作用下是否會(huì)出現(xiàn)諸如“顆粒破碎"、  “積累變形大"等病害。筆者認(rèn)為，粉煤灰的顆粒很小覘表1），且隨著齡期的增長(zhǎng)壓實(shí)粉煤灰具有自凝聚性。與細(xì)粒土類似，普通荷載要改變其顆粒結(jié)構(gòu)是不可能的。另一方面，主要承擔(dān)動(dòng)載作用的基床表層是粉煤灰的包層，可使用規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)填料填筑或加固；即使是重載鐵路，路基面以下0．5 m處的最大應(yīng)力也不大于50 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1 60 kPa。研究證明，壓實(shí)粉煤灰的變形小于一般粘性土；
    （9）對(duì)粉煤灰的另一擔(dān)心是其液化現(xiàn)象[7]。但液化必須具備兩個(gè)條件：飽和、松散。只要排水、隔水措施得力，不將粉煤灰用于浸水地區(qū)和降雨量富足地區(qū)，液化問題也可以避免。
粉煤灰的這些特性決定了其在公路中利用的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。
  既可廢物利用，又能提高工程質(zhì)量，還可增加經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰作為混凝土的摻和料，可以替代一定量的水泥，由于粉煤灰的價(jià)格僅是水泥價(jià)格的三分之一，故雖在混凝土中超量取代水泥，但其直接經(jīng)濟(jì)效益也是很明顯的。
  在混凝土中摻加粉煤灰，填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層，由于粉煤灰的容重只有水泥的 2/3 左右，而且粒形好，因此能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著; 而且對(duì)水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻，在水膠比較低時(shí)，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。還可延緩水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。又因粉煤灰比重小，增加了膠結(jié)材料的體積。
  如果摻入的粉煤灰的重量超過取代水泥的重量，那么粉煤灰增加的部分可以代替部分細(xì)集料，從而改善了細(xì)集料的級(jí)配，使?jié){體與集料比值有更大的增加，有足夠的砂漿來填充空隙，從而提高了混合料的內(nèi)聚力和流動(dòng)性，改善了混凝土的質(zhì)量。
  綜上所述，在混凝土中摻入粉煤灰具有使混凝土后期強(qiáng)度高、干縮性小、和易性好、水化熱低、抑制堿骨料膨脹、抗硫酸鹽腐蝕性能好、改善混凝土質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。但取代水泥量按強(qiáng)度等級(jí)的不同而異，即強(qiáng)度等級(jí)較低的取代量大，強(qiáng)度等級(jí)較高的取代量小，其超量系數(shù)則也相應(yīng)由大到小。通過試驗(yàn)摻入粉煤灰混凝土的水灰比較基準(zhǔn)混凝土小，這對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度及減少收縮都是有利的; 其早期的強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土略低，后期強(qiáng)度則有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。這在常規(guī)施工中，尤其是大體積混凝土和泵送混凝土工程中應(yīng)用效果十分顯著。
  工程實(shí)例: 蒙蚌高速公路的懷洪新河特大橋主橋施工，此橋主橋?yàn)?30 + 7 ×45 + 30( m) =375m九跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)梁，斜腹板，按雙幅布置，單箱單室箱形梁，采用 C50 混凝土。施工圖設(shè)計(jì)規(guī)定，上部構(gòu)造箱梁 0 ～2 號(hào)塊及邊跨 6． 35m段采用托架和支架施工。其余梁段均采用掛籃懸臂澆注，單 T 劃分為 6 個(gè)梁段，施工最大懸臂長(zhǎng)度21. 5m，懸澆塊件最大長(zhǎng)度 3． 5m，主橋 14#～ 17#墩又全位于水中，受閘道不定時(shí)放水和流水的影響，給混凝土澆注造成很大困難。主橋箱梁懸臂澆注混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C50，梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90% 以上時(shí)方可施加預(yù)應(yīng)力，為加快工程進(jìn)度，爭(zhēng)取工期，并滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，要求在盡量短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度，且初凝時(shí)間不宜過短，混凝土坍第 6 期 北 方 交 通·59·落度控制在 12 ～ 15cm。所需配合比除符合上述條件外，還要考慮外界因素的影響:
  ( 1) 夏季氣溫較高，混凝土凝結(jié)速度加快;( 2) 主橋位于水中，致使輸送泵管加長(zhǎng)，容易引起管道堵塞;( 3) 河?xùn)|澆注時(shí)，混凝土運(yùn)輸車需繞道而行，容易產(chǎn)生離析和坍落度損失;( 4) 水泥費(fèi)用較高，在確保混凝土收縮性、和易性、耐久性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，盡量節(jié)約水泥。
  考慮到上述因素，用不摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土和摻入不同量粉煤灰的混凝土進(jìn)行試拌、試配，研究用水量及坍落度之間的變化，摻入粉煤灰后混凝土用水量可降低，在相同用水量的情況下坍落度則明顯提高。摻入一定量粉煤灰后，提高了混凝土的工作性，最后在混凝土中摻加減水劑和粉煤灰，減水劑采用南京江寧道路建設(shè)材料廠生產(chǎn)的 JM － A 高效減水劑，摻量為 0． 9%，可改善混凝土和易性、保水性、可泵性，提高混凝土的早期強(qiáng)度; 粉煤灰采用安徽平圩電廠生產(chǎn) I 級(jí)粉煤灰，可改善混凝土的和易性，由于粉煤灰含有一定數(shù)量的玻璃珠，可提高混凝土的可泵性。最終配合比為: 水泥用量 442kg/m3、粉煤灰用量 70kg/m3、砂用量 642kg/m3、碎石用量1092kg / m3、外加劑用量 4． 61kg/m3、水用量 174kg/m3。在整個(gè)施工過程中，未出現(xiàn)卡管、離析等現(xiàn)象，拆除模板后外觀質(zhì)量良好，28d 后進(jìn)行實(shí)體檢測(cè)強(qiáng)度等指標(biāo)完全滿足規(guī)范要求，不僅提高了工程質(zhì)量，加快了工程進(jìn)度，還帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
 粉煤灰在水泥混凝土路面中的應(yīng)用高速公路采用水泥混凝土路面是我國(guó)公路路面主要形式之一，它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，然而因長(zhǎng)期直接經(jīng)受車輛荷載的反復(fù)作用，車輪對(duì)路面的沖擊、擠壓以及路面上堅(jiān)硬物質(zhì)的不斷磨損破壞，所以要求路面混凝土能滿足混凝土路面攤鋪工作性( 和易性) 、彎拉強(qiáng)度、耐久性與經(jīng)濟(jì)性的要求。摻入粉煤灰，是提高水泥混凝土性能的有效技術(shù)手段。
  粉煤灰大部分成分為玻璃微珠和顆粒較小、較密實(shí)、孔隙小的玻璃體，這些成分具有強(qiáng)度高、耐久性好、顆粒細(xì)等特點(diǎn)，有利于降低混凝土的含氣量，將其摻入混凝土中能改善混凝土的工作性能，提高混凝土的耐久性和抗折強(qiáng)度; 因水泥混凝土路面的抗磨性與強(qiáng)度成線性正比的關(guān)系，故隨著路面抗折強(qiáng)度的提高，抗磨性也隨之提高; 摻入粉煤灰可降低混凝土的泌水率，有利于混凝土的運(yùn)輸; 還可降低水泥水化速度，混合料凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，有利于高溫季節(jié)施工，并有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
 我國(guó)自 1994 年后，使用滑膜機(jī)械將粉煤灰應(yīng)用在高速公路水泥混凝土路面工程中，到目前為止，使用摻入粉煤灰的水泥混凝土路面的高速公路有廣東廣花高速公路 10km、深汕高速公路 320km、佛開高速公路 50km、湖北省黃黃高速公路 80km 等。
  粉煤灰在公路路堤上的應(yīng)用粉煤灰路堤是指全部采用粉煤灰或部分采用粉煤灰填筑的公路路堤。路堤施工中使用粉煤灰，可以減少與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地，采取一定技術(shù)措施，能夠滿足不同等級(jí)公路的技術(shù)要求。粉煤灰質(zhì)輕、多孔隙、顆粒均勻，具有重量輕、壓縮性小、滲透性好、摩擦系數(shù)大、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，其路用性能滿足公路路堤的技術(shù)要求，特別適用于軟弱地基上高路基的修筑，能充分利用粉煤灰質(zhì)量輕的特點(diǎn)，減輕路堤自重、減輕軟土地基的附加應(yīng)力，從而減少總沉降并提高路堤的穩(wěn)定性。粉煤灰吸水量大，泄水能力強(qiáng)，施工壓實(shí)含水量要求范圍比較寬，給施工帶來方便，尤其是雨季施工，更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。
  修筑粉煤灰路堤必須掌握好攤鋪厚度、含水量控制、壓實(shí)機(jī)械的選擇和壓實(shí)遍數(shù)等幾項(xiàng)關(guān)鍵因素。
十、結(jié)論 
  粉煤灰作為一種需要國(guó)家投入大量資金處理的工業(yè)廢料，在土木工程領(lǐng)域具有很大的使用市場(chǎng)，這不僅可以解決粉煤灰的占用土地、環(huán)境污染的問題，還可以將其作為有利用價(jià)值的資源進(jìn)行利用，而且極大地降低了土木工程的成本。粉煤灰在土木工程方面利用的前景廣闊，今后的重點(diǎn)應(yīng)是推行大用量低成本高質(zhì)量的粉煤灰在土木工程上使用的新技術(shù)。