邢 振 贤 （华北水利水电学院，郑州市北环路36号，450011）

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1 邢 振 贤 （华北水利水电学院，郑州市北环路36号，450011） 2007.11
中国高性能粉煤灰混凝土 发展现状与应用 邢 振 贤 （华北水利水电学院，郑州市北环路36号，450011）

2 汇 报 提 纲 中国基础工程的高速发展 中国水泥混凝土的巨大用量 有效利用粉煤灰 粉煤灰性能研究 加强混凝土科学基础研究 结论

3 一、基础工程蓬勃发展 这里的基础工程包括大坝、桥梁、公路、机场、隧道、港口、码头、海上海下建筑以及工业和民用建筑等所有的建筑业，在过去的100年中，中国的建筑业以惊人的速度发展，特别是近二十年来更是盛况空前。

4 我国重大砼工程建造规模巨大 高速公路建设到2020年由2.5万公里扩大6.44万公里。
公路通车里程到2020年由1.7万公里扩大2.74万公里。 铁路建设2020年由7.2万公里扩大14万公里。 电力设施到2049年装机总量达到15亿千瓦，水电装机总量达4.3亿千瓦，相当与24个三峡工程。 基础工程 大规模兴建 高速公路 公路通车程 桥梁建设 治山、治水 治沙、治海 国防防护 西气东输 南水北调 港口建设 水电工程 铁道建设 孙老师“土木工程论坛”PPT

5 我国城市化建设迅猛推进 发达国家城市化建设基本完成，城市人口占80％。 我国城市化建设刚开始起步，仅有40％左右。
2050年，我国城市化程度将达到80％。 巨量人口搬迁，导致生活、娱乐、交通、通讯等建筑迅猛增加。 基础工程大规模兴建和城市化高度推进无一不与发展新型高性能土木工程结构材料密切相关。 孙老师“土木工程论坛”PPT

6 典型工程实例 大型水利工程: 三峡工程 主坝用1650万m3粉煤灰砼。 为控制温升，主坝用砼中掺加 100万吨粉煤灰。
(a) 坝体 (b) 船闸

7 小湾工程 高度达292m。 对混凝土的5大要求： 高强 (C40) 高极限延伸率 低温度梯度 微膨胀 低弹性模量 粉煤灰取代30%水泥。

8 正在和即将建造的大坝: 锦平拱坝高305m是世界上最高拱坝。 龙滩碾压砼重力坝高度为192m,是世界最高重力坝。
在不久还要相继建造更多的大坝。 在建和将建的大坝中要结束“无坝不裂”的历史， 以确保耐久性。 要进一步优化材料组成与结构及组成设计方法。

9 主要的桥梁工程建设: 在中国180万公里的大陆上已有32万座桥梁。 长度超千米的特大型桥梁有717座。
重大桥梁的设计寿命均为100年或100年以上。 每座桥的服役条件十分不同，对结构材料的要求越来越高。

10 典型桥梁工程: 润扬长江公路大桥 主要特点： 是悬索塔和斜拉桥复合的形式。 不同结构部位采用了不同粉煤灰掺 量的高性能砼。
粉煤灰在预应力箱梁中得到了有效 利用。 结束了粉煤灰掺入会增大箱梁预应 力损失和推迟张拉预应力筋的争论。 第一次通过力学因素和环境因素耦 合作用下对该桥各主体部位进行了 寿命预测。

11 苏通长江公路大桥 主要特点： 该桥有4个世界第一：主跨1088m，群 桩长度113.75m，宽度48.1m，拉索长
不同结构部位采用了不同粉煤灰掺量 和不同关键技术性能的粉煤灰砼。 对具有特殊要求和特殊部位采用了粉 煤灰与钢纤维复合增强技术。 超大体积承台采用大掺量粉煤灰砼， 使内外温差控制在15℃之内。

12 一大批重大桥梁正在全国各地建造，如 上海东海大桥（已通车）。 浙江省舟山连岛工程 山东省青黄大桥。 江苏省泰州大桥、崇启大桥。
（西候门大桥、 金塘大桥）。 山东省青黄大桥。 江苏省泰州大桥、崇启大桥。 南京第三长江大桥。

13 正在建造的隧道工程: 武汉过江隧道 厦门翔安海底隧道 特点： 特点： 全长3.63公里 海底隧道长5.95公里 长江第一隧道
全长8.65公里 海底隧道长5.95公里

14 其他5大隧道正在建造: 湖南雪峰山隧道工程 西安秦岭隧道群工程 上海崇明岛隧道工程 南京过江隧道工程 青黄海底隧道 广州钟南山隧道工程
特点： 全长6.17公里 海底隧道长3.3公里

15 大 型 建 筑 工 程 中国国际商贸中心三期工程 新中央电视台

16 China International Trade Center 3rd Project, Tower A
底板厚 4.5m. 体积 m3. 强度 C45R60. 北京最高的房屋330m

17 New CCTV Center 两塔楼高 234m, 倾斜 6 度. 在塔顶有14 层的挑出 75m 远. 建筑面积 473,000 m2.

18 二、重大工程的高速发展带来 水泥与混凝土用量巨幅提升

19 表1 中国水泥年产量变化表（百万吨） 年份 产量 1908 1949 1962 1978 1990 2003 2005 0.01 0.66
表1 中国水泥年产量变化表（百万吨） 年份 1908 1949 1962 1978 1990 2003 2005 产量 0.01 0.66 6.00 65.24 210 823 1060

20 表 、2005全球水泥产量（亿吨）前10名的国家 No. 国家 2004 2005 1 中国 9.34 10.60 2 印度 1.25 1.30 3 美国 0.99 4 日本 0.67 0.66 5 韩国 0.54 0.50 6 西班牙 0.47 0.48 7 俄罗斯 0.43 0.45 8 泰国 0.36 0.40 9 巴西 0.38 0.39 10 意大利 全球 21.30 22.80

21 我国水泥产量占世界的47％，约为其他9国产量总和的2倍。2005年我国钢产量为3
我国水泥产量占世界的47％，约为其他9国产量总和的2倍。2005年我国钢产量为3.52×108 t，占有全球总量的30％以上。水泥和钢材主要用于建筑业，由此可见我国基建工程可能为世界总量的30～40％。但我国2005年的GDP为2.23亿美元，仅占世界的4％，人口也仅为世界的1/5。这些对比数据可以充分说明我国的基建工程规模在整个国民经济中占有极大的比例，仅建筑工人就达到4000万之多（其中河南137万，全国排第6）。 要建设节约型社会，最值得重视的应该是这一领域。因此，使用粉煤灰生产高性能混凝土，真正提高基建工程寿命以节约资源、能源，应该是我国当前刻不容缓的重要战略目标。

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23 三、充分利用粉煤灰 要以空前规模建设基础工程，又希望不因水泥产量增加而造成环境污染，唯一途径就是增加水泥中混合材的掺量，这样既能增加水泥基材料的数量又不增加或少增加熟料产量。现我国中长期规划提出2020年实现水泥零增长，我们能否考虑在2015年左右实现水泥熟料零增长，以增加工业废渣的用量来满足工程的巨大需求？2005年我国原煤产量已达21.9亿t,估计粉煤灰量可达2.7亿t，加上煤矸石以及油页岩渣，仅此工业废渣就将达到5~6亿t，加上钢渣5000万t和矿渣1.2亿t，若能充分利用，对节约资源能源实现可持续发展将有重要意义。

24 对于利用粉煤灰，我国已积累了长期经验，应该说比国外时间更长，应用得更为广泛，也进行过系统研究。

25 三门峡水利枢纽工程 三门峡水利工程在施工中为了节约水泥，率先在混凝土中掺用郑州热电厂的粉煤灰，仅1959年就使用了3万吨粉煤灰，节约了2万吨水泥，这在当时是不得了的事情。

26 贵州东风水电站 在坝体混凝土中掺用35%的粉煤灰，并掺加复合减水剂，混凝土强度没有降低，有效地降低了水化热，且节约了建设投资。

27 贵州普定水电站 在碾压混凝土中使用35%~55%粉煤灰，大大降低了工程投资，缩短工期1/3。

28 China International Trade Center 3rd Project, Tower A
底板厚 4.5m. 体积 m3. 强度 C45R60. 北京最高的房屋330m

29 Concrete mixture proportion（国贸中心）
The adding rate of fly ash is 44% PO42.5 Portland cement 230 kg/m3 Class I fly ash 190 kg/m3 Coarse aggregate 1020 kg/m3 Fine aggregate 770 kg/m3 Water 165 kg/m3 W/b ratio 0.39 Superplasticizer 9.7 kg/m3

30 New CCTV Center 两塔楼高 234m, 倾斜 6 度. 在塔顶有14 层的挑出 75m 远. 建筑面积 473,000 m2.

31 C40R60 Concrete mixture proportion（电视中心）
PO42.5 Portland cement 200 kg/m3 Class I fly ash 197 kg/m3 Coarse aggregate 1120 kg/m3 Fine aggregate 719 kg/m3 Water 160 kg/m3 W/b ratio 0.40

32 四、粉煤灰研究 由于粉煤灰在配制高性能混凝土时的重要性，对于粉煤灰在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用机理的研究近年来一直是水泥混凝土科学研究领域的热点。

33 粉煤灰效应 粉煤灰-水泥浆体性能 形态效应 微集料效应 火山灰效应 填充作用 润滑作用 减水作用 微粒强度 密实作用 活性微集料
蒸养粉煤灰-石灰-水系统 热力学计算 需水性 孔径分布 粉煤灰悬浮液的pH值 理论分析

34 ？ ？ 粉煤灰-水泥浆体性能 粉煤灰总体作用＝物理作用 ＋化学作用 力学性能 水化速率 水化程度 微观结构 物理作用 化学作用
颗粒分布 比强度法 颗粒填充 界面过渡区密实性 粒径与强度关联度 与纯水泥相比 物理作用 化学作用 改善颗粒粒径分布 化学激发 ？ ？ 粉煤灰总体作用＝物理作用 ＋化学作用 品质 掺量 水胶比 养护制度

35 五、基础研究 中国水泥产量约占世界的50％，基础设施建设估计将占有世界的30～40％，因此我国的基础研究也应该和必须占有相当重要的地位，否则要长期持续促进水泥混凝土领域的技术发展是不可能的，在开展基础理论研究时有如下几点思考： （1）作为材料科学的一个分支，该领域的微观研究似应着眼于各种尺度的孔结构，从纳米至毫米。我们应该将Powers开创的孔结构研究继续发展，创建低W/C和混合材高掺量条件下的水泥水化硬化理论。 （2）应同时并重整体论（holistic approach）和还原论（Reductionistic approach）。水泥混凝土太复杂，只强调还原论，只是分散的无联系的结论是不行的，但无还原论为基础的整体论往往是空洞的，没有实用价值。

36 （3）从基础科学研究专业领域的问题，如热力学、动力学、结晶学、细观力学，特别是近年来提出的“孔力学（poromechanics）【13】”等。才能真正了本质原因。
（4）借鉴当代科学技术的强力发展，充分利用数学、模糊数学、混沌理论、计算机功能来解释和解决水泥混凝土科学技术中的复杂问题。 （5）测试技术。过去水泥混凝土领域的测试设备多为机械类型，用手工肉眼测定的。测凝结时间的“维卡仪”和流动度的坍落度仪都用了近200年，我们应该用光、声、电、自动测量取代，这将显著提高其精确度。

37 （6）材料试验领域的“中间试验”。 目前水泥混凝土实验室内试块均为小型的，不能完全模拟工程的实际情况，如碱集料反应集料最大粒径为2 cm，而大坝工程中可达15～45 cm，因此我们要建立类似“中间试验工厂”的大型试件或更接近工程实际的试件，如4×5 m的机场跑道块和10 m以上的大型试块来测定混凝土的温度应力和膨胀收缩性能。这主要不是仅测定力学性能（强度），主要还是测定其体积稳定性如变形性能、开裂行为等等。全国若有一个以上这种权威测试中心，对确定工程的施工性能和工程的长期寿命将起关键作用。

38 结 论 中国的水泥产量已占世界的50％，基建工程预计为全球的30～40％。我们一定要以科学的发展观为指导，有效利用粉煤灰，研究和生产高性能混凝土，提高工程的耐久性，以达到既要快速发展，又能节约资源、能源，保护环境，维护混凝土科学的可持续发展，建设和谐社会。

39 谢谢！