第一篇：高摻量粉煤灰碾壓混凝土(HVFARCC)文獻綜述范文

高摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）文獻綜述

專業：材 料 化 學

學生姓名：

郭

磊

指導教師：陳連發 副教授 完成時間：2013年4月3日

摘要

綜述了大水膠比、高摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）的定義、現在的發展狀況、性能（抗壓強度方面）、原材料要求、配合比設計等方面的特點。介紹了高摻量粉煤灰碾壓混凝土在大壩、道路、橋梁、房屋、港口等工程中的應用情況。對高摻粉煤灰碾壓混凝土的抗碳化能力有必要作進一步的研究。

關鍵字:大水膠比

高摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）1

第一章 概述及RCC的主要應用

第一節 概述

1.1 引言：

近年來，大摻量粉煤灰碾壓混凝土（High Volume Fly Ash Running Compacted Concrete 簡稱HVFARCC）已經日趨發展成熟，并逐步在我國的橋梁、道路、水利、港口等工程中得到了越來越廣泛的應用。

從HVFARCC的發展來看，二十世紀七十年代問世的水工碾壓混凝土筑壩技術和減水劑尤其是高效減水劑的普及是促進HVFARCC應用技術快速發展的兩個最主要的因素。

從開發HVFARCC的意義來看，它將普通混凝土、粉煤灰、和環保型低水泥用量混凝土的概念加以有機的結合，對于拓展三者的涵義，走新型建材、綠色建材的道路，具有重要意義。

從HVFARCC的效益來看，對于粉煤灰應用技術的提高，綜合利用效益的提高，供需雙方經濟效益的提高，環境保護力度的提高等方面均有顯著效果，粉煤灰混凝土不僅能節約水泥，還減少了細骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經濟效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環境污染，因此，具有一定的經濟、技術、社會三重效益。

因此，HVFARCC的開發，是一條走“可持續發展”之路，走“綠色建材”之路的新型環保混凝土的技術路線的體現。為節約能源，改善環境和控制污染，高效消納工業廢渣走出了一條面面俱佳的新路。

1.2 定義

大摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）碾壓混凝土是和其他混凝土一樣，也是有水泥、摻和料、砂石、骨料、外加劑和水等材料組成，但各成分所占比例同常態混凝土有較大差別。目前，我國的摻和料主要是粉煤灰。大多數文獻認為HVFARCC的含義，是根據我國幾十年來在混凝土中粉煤灰取代水泥率15%左右而談的，即粉煤灰取代水泥率30%以上（含30%）配制的碾壓混凝土可稱為HVFARCC；但很多國家標準或規程都將粉煤灰摻量為40%做為上限，故本文根據我國經驗和習慣把粉煤灰含量在30%以上的定義為HVFARCC。

1.3 研究的現狀

HVFARCC對水泥、骨料無特殊的要求，基本與普通混凝土相同，為了配制性能良好的碾壓混凝土，HVFARCC需摻用高效減水劑。為使混凝土的拌和物具有一定的含氣量，改善混凝土的流動性，一般在摻高效減水劑的同時還要摻引氣劑。如果有較高早期或后期強度要求的還需要加入相應的激發劑。

一些文獻認為大摻量粉煤灰混凝土與普通混凝土在原材料方面最大的差別是要摻大量的粉煤灰。英國的Dunstan認為，不是粉煤灰的質量，而是其質量的變異性才是最重要的。高摻量、低質量粉煤灰可以配制出性能良好的碾壓混凝土，只要其質量的變異性不是十分顯著。加拿大的Malhotra用了美國8種高粉煤灰摻量、大水膠比配制了的碾壓混凝土，抗壓強度性能僅僅是我國現行規范的二級或三級標準。

更多文獻認為，高粉煤灰摻量的碾壓混凝土，粉煤灰對其強度的增長沒有多大作用，更多的是為了利用粉煤灰的防滲作用。故在我國，大多是：在水膠比（一般小于0.4）很小時才摻用高粉煤灰，在大水膠比（一般在0.4~0.7之間）時摻用不超過30%的粉煤灰，也就是低粉煤灰用量。

第二節 RCC的主要工程應用及歷程

2.1 早期的RCC的發展

碾壓混凝土是近幾十年發展起來的一種新型混凝土。它具有獨特的性能，未凝固前碾壓混凝土的性能與常規混凝土的性能完全不同，而凝固后有與常規混凝土的性能非常相近。

碾壓混凝土是將土石方施工機械容量大、速度快、大面積作業的優點和混凝土強度高、耐久性強的特點融合到一體，從而達到快速經濟施工的目的。

為了使土石方施工機械能在混凝土面上作業，碾壓混凝土稠度又要很干，干到足以使推土機，振動碾、自卸汽車不下陷。碾壓混凝土比工業民用建筑上的干硬性混凝土還要干，是一種坍落度為零的超干硬性混凝土。用維勃儀來進行測定即：碾壓混凝土在一定頻率的維勃儀上震動，達到液化所需要的時間，定義為碾壓混凝土的稠度，又稱碾壓混凝土的工作度即VC值，單位為：秒（S）。從工藝學角度，經過振動碾碾壓的混凝土，只有壓實到接近密實容重，才具有結構設計 3

所要求的強度、抗滲性和抗凍性。

據各國資料統計，碾壓混凝土施工方法最多用于大壩工程和公路工程，經驗證明也是最經濟的方法。

2.2 RCC用于筑壩的發展

碾壓混凝土用于筑壩的思想是在1970年和972年美國工程基金會在美國加利福尼亞州阿斯勞瑪爾召開的兩次會議上提出的。在“碾壓混凝土快速施工”第一次會議上，拉菲爾（J．Ｍ．Ｒaphael）教授提出“最佳條件重力壩”論文。他是根據我國臺灣石門壩圍堰采用水泥砂礫土材料修筑的經驗提出來的，該圍堰高 ６５米，是用土壩施工機械填筑和壓實。他提出了基于水泥土理論及應用的許多觀點。他建議使用高效率、大容量的土石方運輸機械和壓實機械施工，并用水泥、砂礫石混合料作為筑壩材料。他還認為，水泥固結砂礫石材料的抗剪強度較高，從而可以壩的斷面比典型的土石壩較小；因此使用類似于土石壩施工的連續澆筑的方法，與傳統的混凝土壩施工方法相比，能縮短施工時間并減少施工費用等。更重要的是能使工程提前產生效益。1972年，在阿斯勞瑪爾召開的“混凝土壩經濟施工”會議上，美國天納西流域管理局的羅伯特康農（Rober W.Cannon）發表了題為《用土料壓實方法建造混凝土壩》的論文，進一步發展了拉菲爾的設想。康農介紹了在泰斯.福特（Tims Ford）壩實驗塊上，無坍落度的貧混凝土用自卸車運輸、前端裝載機鋪筑，振動碾壓實的試驗結果。1973年，在第十一屆國際大壩會議上，莫法特（A.I.B.Moffat）宣讀了題為《適用于重力壩施工的干貧混凝土研究》的論文。他推薦將早在20世紀50年代英國路基上使用的干貧混凝土用于修筑混凝土壩，用筑路機械將其壓實。他預計，壩高在40米以上的壩，將造價降低15%。

碾壓混凝土用于筑壩，于1960~1961年期間在我國臺灣省石門壩的心墻上曾用過。但對于碾壓混凝土壩的發展產生過重要影響的是巴基斯坦塔貝拉（Tarbela）壩的遂洞修復工程。1974年，該壩的泄洪遂洞出口被洪水沖垮，修復工作必須在春季融雪之前完成，于是采用碾壓混凝土進行修復。在42天時間里鋪筑了35萬立方米碾壓混混凝土。舉世矚目的三峽工程三期碾壓混凝土圍堰工程自2002年12月16日施工以來，創造了5項世界紀錄：澆筑倉面面積世界最大，最大倉面達到19012平方米；月澆筑強度47．6萬立方米；碾壓混凝土日 4

澆筑、班澆筑、小時澆筑量分別達到21066立方米、7438．5立方米、1278立方米，分別刷新了世界紀錄。這有力的證明了碾壓混凝土施工的快速性和我國在碾壓混凝土施工方面技術的先進性凝土，日平均鋪筑量8300余立方米，最大日鋪筑強度達1.8萬立方米。

2.3 碾壓混凝土筑壩的特點

碾壓混凝土是由水泥、摻和料、水、砂、石子、及外加劑等六種材料組成。我過碾壓混凝土由于摻用較大比例的摻和材料，故一般使用強度不低于32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥。為了適應碾壓施工，碾壓混凝土拌和物屬于超干硬拌和物。拌和物粘聚性較差，施工過程中粗骨料易發生分離，為減少以至避免粗骨料分離現象，一般都限制粗骨料最大粒徑不大于80mm，且適應當減少最大粒徑級粗骨料所占的比例。砂中細粉（我國是指小于0.16 mm的顆粒）含量對改善碾壓混凝土的性能有不可忽視的作用。我國水利水電行業標準《水工碾壓混凝土施工規范》推薦碾壓混凝土使用的人工砂中，細粉含量達到10~20%。為適用碾壓混凝土的連續、快速碾壓施工，一般不在碾壓混凝土中設置冷卻水管以降低碾壓混凝土的溫升。因此，碾壓混凝土中的水泥用量應盡可能的降低。但是，為了滿足施工對拌和物工作度及壩體設計對碾壓混凝土提出的技術性能要求，碾壓混凝土的水泥用量有不宜過小。這就存在矛盾。解決矛盾的可行而有效的方法是在碾壓混凝土中摻用較大比例的摻和材料。外加劑是碾壓混凝土必不可少的組成材料之一。碾壓混凝土中膠凝材料較少、砂率大，為了改善拌和物的施工性能，必須加入減水劑。減水劑的加入可以降低拌和物的VC值（Vibrating Compacted Value，即在固定振動頻率及振幅，固定壓強條件下，拌和物從開始至表面泛漿時所需要的時間），改善其粘聚性或抗離析性能。碾壓混凝土大面積施工的特點，要求拌和物具有較廠的初凝時間，以減少冷縫的出現，改善施工層面的粘結特性，為此必須加入緩凝劑。在嚴寒的地區使用碾壓混凝土，還有必要考慮加入引氣劑，以提高碾壓混凝土的抗凍性能。由于碾壓混凝土拌和物的干硬性以及摻合材料的吸附性，因此碾壓混凝土拌和物摻入外加劑的量要略大于常態混凝土。

碾壓混凝土雖屬混凝土但又有別于常態混凝土。碾壓混凝土拌和物與常態混凝土拌和物比較，骨料用量多、水泥用量較少，雖摻用一定量的摻和材料，但膠 5

凝材料漿用量仍較少。拌和物不具有流動性，坍落度為零粘聚性小，一般不泌水。拌和物在振動壓實機所施加的振動和動壓力作用下，膠凝材料漿由凝膠轉變為溶膠（即發生液化）而具有一定的流動性。固相顆粒位置得到重新排列，顆粒之間產生相對位移，彼此接近。小顆粒被擠壓填充到大顆粒之間的空隙中，空隙里的氣體因受擠壓而逐漸逸出，拌和物逐漸密實。因此，碾壓混凝土拌和物的振動壓實既具有混凝土的基本特性，也具有土料壓實的一些特性。碾壓混凝土的特定施工方法要求拌和物必須具有適當的工作度——既能承受住振動碾在其上行走不陷落，又不能過于干硬，以免振動碾難于或無法將其碾壓密實。

碾壓混凝土與常態混凝土比較，技術性能有其明顯的特點：由于碾壓混凝土中摻有較大比例的摻和料，而多數摻和料早期水化反應較少，使硬化`碾壓混凝土的絕熱溫升明顯低于常態混凝土，最高溫升出現時間明顯推遲，溫降緩慢；碾壓混凝土的自生體積變形及干縮變形明顯小于常態混凝土。

在實際工程中碾壓混凝土的性能受到施工質量的影響較大。施工層面的粘結質量對碾壓混凝土的性能影響尤其突出。

2.4 碾壓混凝土在公路上的發展

碾壓混凝土的另一個廣泛應用領域是公路工程。碾壓混凝土路面的特點是承受車輛磨蝕；冬天承受凍融破壞和防冰化學劑作用；強度要求高，28天齡期抗壓強度30~40MPa，彎曲抗壓強度4.5 MPa；路面要求密實和平整。

早在第一次世界大戰前后，比利時、丹麥、德國、法國及其它一些歐洲國家已有人碾壓修筑了水泥混凝土路面。但是，由于當時具有的碾壓手段難以保證良好的工程質量，這種筑路技術未能得到發展。

我國是從80年代初開始進行碾壓混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局開始進行室內試驗，1982年鋪筑第一段試驗路。1983年、1984年，安徽省公路局和交通部公路科學研究所及江蘇省交通廳合作，進行了擴大試驗，取得了不少研究成果。1988年開始的國家科技工作引導性項路面發展對策及修筑技術研究》中，又組織江蘇省公目《我國水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通廳等單位對碾壓混凝土路面修筑技術進行了研究。從施工機械來看，當時進口的大型瀝青攤鋪等機械還比較少，即使擁有這些機械的單位一般也不愿用來鋪筑碾壓混凝土路面，只能采用人工或小型機械施工，路面質量難以提高。因此，這一時期的 6

研究成果主要為采用人工或中小型配套機械施工的各種復合式碾壓混凝土路面或用于較低等級公路的全厚式碾壓混凝土路面施工技術。隨著高等級公路的迅速發展，進口的高密實度攤鋪機、振動壓路機等大型設備越來越多，國內的一些筑路機械生產廠家也紛紛研制或引進技術生產施工機械，因此公路工程單位的大型機械保有量迅速增加，再加上京津塘高速公路等一些工程明確規定水泥穩定基層必須采用“廠拌機鋪”，改變了一些工程技術人員的認識，從而為我國高等級公路碾壓混凝土路面施工中采用高密實度攤鋪機等大型機械創造了條件。1991年在國家“八五”重點科技項目(攻關)《高等級公路水泥混凝土路面材料及應用開發研究》中，交通部組織交通部公路科學研究所、山西省交通廳和廣西壯族自治區交通廳等單位進行了碾壓混凝土路面成套技術的研究，以應用于高等級公路為目標，從材料、施工技術、抗滑技術、接縫技術等方面進行了系統研究，在路面平整度、抗滑及接縫等方面取得了突破性進展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等級公路碾壓混凝土路面施工成套技術。

2.5 橋梁工程中的應用

1995年在美國佛羅里達州的一座海邊高架橋下部的混凝土中采用了HVFARCC，用粉煤灰取代了50%的水泥。日本采用粉煤灰、礦粉復合材料在名石跨海大橋的預應力橋墩中應用了70%以上的高摻量粉煤灰碾壓混凝土。我國在建的濱州黃河公路大橋的鉆孔灌注樁和承臺均為C25~C30普通混凝土。采用等量取代法，最大粉煤灰摻量為30%。

參考文獻

1．高等級公路碾壓混凝土路面施工成套技術的研究(課題總報告).1996，2

2．高等級公路碾壓混凝土路面施工技術的研究(85—403—01—03專題總報告).1996，2

3．高等級公路碾壓混凝土路面材料的研究(85—403—01—02專題總報告).1996，2

4．高等級公路碾壓混凝土路面施工技術指南(課題共用分報告).1996，2

5．碾壓混凝土施工工藝及施工組織微機管理系統（發表日期：2003-9-11 來源：山西省交通廳

6．《黃河規劃設計》高摻量粉煤灰對碾壓混凝土耐久性影響研究 張濤 韓志廣

第二篇：大摻量粉煤灰混凝土的作用及其機理分析

大摻量粉煤灰混凝土的作用及其機理分析

2010-4-8 15:8

1.粉煤灰的主要作用

粉煤灰在混凝土中的主要作用表現在以下幾個方面：

（1）填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層，由于粉煤灰的容重（表觀密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（質量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密實，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。

（2）對水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當混凝土水膠比較低時，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。

（3）粉煤灰和富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結晶發生火山灰反應，不僅生成具有膠凝性質的產物（與水泥中硅酸鹽的水化產物相同），而且加強了薄弱的過渡區，對改善混凝土的各項性能有顯著作用。

（4）粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對防止混凝土產生溫度裂縫十分有利。

（5）粉煤灰高性能混凝土的性能粉煤灰是一種呈玻璃態實心或空心的球狀微顆粒，比水泥粒子小得多，比表面積極大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化鋁。摻入混凝土中的粉煤灰主要產生以下幾方面影響：

1.活性效應：在常溫下，由于粉煤灰的水化反應比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期強度得不到補償，所以混凝土早期強度隨粉煤灰摻量的增加而降低。隨著時間的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3與水泥水化生成的Ca（OH）2發生反應，生成大量水化硅酸凝膠。粉煤灰外部的一些水化產物在成長過程中也會象樹根一樣伸入顆粒空隙中，填充空隙，破壞界面區Ca（OH）2的擇優取向排列，大大改善了界面區，促進了混凝土后期強度的增長。

2.微集料密實填充及顆粒形態效應：均勻分散在混凝土中的粉煤灰顆粒不會大量吸水，不但起著滾珠作用，而且與水泥粒子組成了合理的微級配，減少填充水數量，影響系統的堆積狀態，提高堆積密度，具有減水作用，使新拌混凝土工作性優良，硬化混凝土微結構更加均勻密實。而且，不會發生泌水離析現象，可施工性和抹面性好，抗滲性、抗凍性好。

3.交互作用：水泥、粉煤灰、外加劑等不同粉料間會產生物理、化學的交互作用。例如，水泥水化生成的Ca（OH）2是粉煤灰的活性激發劑，而被激發了的粉煤灰一旦水解，降低液相堿度，又會進一步促進未水化水泥水化。又如混凝土坍落度經時損失的原因之一是隨著水化反應的進行，高效減水劑的濃度降低，通過SEM觀察，發現超細粉末的粉煤灰顆粒存在大量比表面積相當大的微珠以及一定量的多孔海綿狀的不規則小塊，可吸附外加劑，是外加劑的理想載體由于粉煤灰水化反應緩慢，吸附在其上的高效減水劑在短時間內不會起作用，之后才隨粉煤灰的水化得以逐漸釋放，因此新拌粉煤灰混凝土的坍落度經時損失小。另外，目前生產的水泥含堿量不斷提高，粉煤灰的使用大大節約水泥熟料，抑制堿——骨料反

應；水泥中C3A含量少，水化產生的熱量少，減少了混凝土構件由于內外溫差過大而引起其表面開裂的危險；粉煤灰水化消耗大量Ca（OH）2，混凝土不耐蝕成分減少，因而耐化學侵蝕性比普通混凝土強得多。同時徐變、干縮等變形性能也優于普通混凝土綜上所述，大摻量粉煤灰高性能混凝土具有令人滿意的工作性、耐久性，力學性能也能達到設計要求，盡管早期強度低，但后期強度高，強度儲備大。用高質量的粉煤灰取代部分水泥可大大改善新拌混凝土的工作性，因為：

（1）粉煤灰是由大小不等的球狀顆粒的玻璃體組成，表面光滑致密，在混凝土拌合物中能起滾珠作用；

（2）新拌混凝土中水泥顆粒易聚集成團，粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來潤滑骨料；

（3）能減少用水量，使混凝土的水灰比降到更小水平，減少泌水和離析現象；

（4）具有良好的保水性，有利于泵送施工良好的工作性可大大改善混凝土的外觀質量，同時也是混凝土內在質量的保證大摻量粉煤灰混凝土的良好的工作性能，對于解決目前混凝土存在的許多問題有很重要的作用。通過對粉煤灰摻量不同的新拌高性能混凝土進行坍落度試驗表明，摻加粉煤灰對混凝土工作性的改善十分明顯，各摻量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基準混凝上。取代率大于40%以后，隨著摻量的提高，由于粉煤灰的密度比水泥小，膠凝材料體積增大，需水量會有所上升，但即使粉煤灰摻量高達70%，混凝土坍落度仍大于基準混凝土。同時，在實踐中可看到粉煤灰高性能混凝土的粘聚性·保水性好，無離析泌水現象。

2.粉煤灰在混凝土中的機理分析

（1）粉煤灰的形態效應粉煤灰的主要礦物組成是海綿狀玻璃體，鋁硅酸鹽玻璃微珠，這些球狀玻璃體表面光滑、粒度細，質地致密，內比表面積小，不僅使水泥漿需水量小，而且它們往往填充水泥漿體孔隙中，使混凝土密實性大大提高，或者在相同用水量的情況下，可增大流動性，改善和易性和可泵性。

（2）粉煤灰的微集料效應粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，阻止了水泥顆粒的相互粘聚，而處于分散狀態有利于水化反應的進行，同時減少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密實度得以提高。

（3）粉煤灰的活性效應粉煤灰的活性效應也稱火山灰效應，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3與水泥和石灰的水化產物在水溶液中發生反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，繼而與石膏反應生成水化硫鋁酸鈣。上述這些反應幾乎都是在水泥漿孔隙中進行的，大大降低了混凝土內部的孔隙率，改變了孔結構，提高了混凝土的密實度。

長期以來，國內外的混凝土中常摻有一定量粉煤灰，但作為水泥的替代材料，絕大多數情況下是以如下三種方式應用的：在旱期強度要求很低，長期強度大約在2535MPa的大體積混凝土中，大摻量的替代水泥使用；在結構混凝土里較少量的替代水泥（10%～25%）；在強度要求很低的回填或道路基層里大量使用。由于高效減水劑的應用，使混凝土的水膠比

可以大幅度降低，從而使摻用粉煤灰的性能能夠大幅度的提高。

大摻量粉煤灰混凝土作為一種新型材料，具有自身獨特的優越性，但是目前應用范圍不大，這與人們的傳統觀念及技術上的差距有關。隨著該項技術不斷完善，大摻量粉煤灰混凝土一定會在各項建設中大顯身手人類要尋求與自然和諧，大摻量粉煤灰混凝上必將以其優良的性能在保護環境、協調人類與自然的關系等方面起到積極的作用，擁有廣闊的應用前景。