粉煤灰混凝土配合比設計及應用

1、粉煤灰混凝土配合比設計及應用摘要：混聯(lián)I.中摻適址的粉煤灰，能改善混凝土的性能，降低匸程成本。重點探討不同品質(zhì)的粉煤灰在取 代或超代水泥配制混凝土的原材料選擇，粉煤灰混凝丄的配合比設計及施匚注總爭項。列出不同強度等級 要求的粉煤灰混凝土與普通混凝土的參考配合比。關(guān)鍵詞：粉煤灰：混凝土：配合比設訃：施匸注意爭項：原材料選擇混凝土中摻人適雖的粉煤灰.既可降低工程施工成木.改善混凝上的和易性、可泵性，增加混凝丄的黏 性，減少混凝上離析與泌水.又可使混凝上的凝結(jié)時間相對延長.坍落度損失減小.降低水化熱減少或 消除混凝土中堿集料反應的危害。但也存在粉煤灰品質(zhì)波動大，混凝土早期強度偏低的缺點。若在配合比

2、設汁時，對原材料、粉煤灰取代率及超摻雖系數(shù)作正確選擇.其混凝土能滿足設計施匚嬰求。木文論述橋 梁結(jié)構(gòu)中C25灌注樁、承臺，C30墩傭及墩身.C40、C50后張法傾應力混凝土箱梁的粉煤灰混凝上配合 比設訃，原材料選擇及施工注意事項。1原材料（1）粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品質(zhì)分為L IK III3個等級.主要技術(shù)抬標見表1。表I粉煤灰質(zhì)技術(shù)指標%等級細度（45 nm）需水Eso.倉水駐112W5W95WIn20105m45W156060W201C60-C40N120=13噴出火成巖4 ；C35-C1080C30水成巖包括石慶巖、砂巖等；變質(zhì)巖包括片麻巖石英巖 等;深成火成巖包括花崗巖等；噴出

3、火成巖包話玄武巖等。碎石宜選擇連續(xù)級配碎石，單粒級碎石易引起混凝上離析。C40以下混凝上宜選擇最大粒徑不大于315 mm碎石.粒徑過大會引起混凝上在運輸.澆筑過程中的離析。C40以上的混凝土，碎石最大粒徑不宜大 于25|山】。因為。40以上）昆凝丄（特別是C50混凝上）水泥漿較富余而大粒徑集料比同質(zhì)址小料徑集料 表浙枳小.其與砂漿粘結(jié)面枳小.粘結(jié)力低且混凝上的均質(zhì)性差.所以用大粒徑集料不可能配制出商強度 混凝土。粗集料的顆粒形狀、表面持征對混凝丄的粘結(jié)性能有一定的影響，特別是對C50混凝土影響較大.宜選 擇表面粗糙多棱角，顆粒近似立方體的碎石。C40以下混凝上中的針片狀碎石總含量應不超過15%

4、,在C50 混凝上中不宜超過8%。外加劑：通常選用商效減水劑、高效緩凝減水劑.高效早強減水劑.如NF. UNF、JC等。商效減水劑同時具有増加混凝上強度和流動性的作用。摻商效減水劑的混凝土坍落度損失一般較快，施 工時最好采用后摻法.這樣可提商島效減水劑減水作用使混凝上的流動性増加在溫度低于81(TC時， 商效減水劑雖能増加和易性.但増加強度的作用大大降低.所以兩效減水劑宜在春秋季節(jié)使用拓效緩凝減水劑有利于控制水泥的早期水化使混凝上拌和物坍落度損失小。一般來說.摻雖大時凝結(jié) 時間相應増長.但摻址過大會降低早期強度，通常根據(jù)施1：季節(jié)調(diào)整摻址。尚效緩凝減水劑宜在夏季或結(jié) 構(gòu)復雜、配筋密集的構(gòu)件中使

5、用.這樣可避免形成冷縫.方便施匸的安排。高效早強減水劑一般在冬季使用，能提高混凝土的早期強度，使用時婆慎重，因為島效早強減水劑能加 快早期強度的發(fā)展.但混凝上的后期強度一般會降低。試配時要認真做好驗證工作。2粉煤灰混凝土的配合比設計粉煤灰混凝土的配合比設計.以基準混凝丄配合比為基礎(chǔ).按等稠度、等強度的原則，用超雖取代法進 行調(diào)整C粉煤灰混凝丄配合比設il的主要目的是確定一個經(jīng)濟的混合材料垠佳組合.主要設汁于段是通過 試驗、試配來完成。設訃方法如下：根據(jù)混凝土設計強度,il算試配強度如式(1):人如1ZM(I)式中：一混凝上的施匸配制強度.MPa：九k一混凝土的設計強度,MPa：6-施:収位的混

6、凝上強度標準差。無近期同一品種混凝上強度資料時.混凝上強度等級分別為低干20. 2535和大于35時.其強度標準 差6分別可取40. 5. 0和60o確定基準配合比。其方法與普通混凝上配比設計方法相同，即確定水灰比，用水雖及水泥用址，砂率： 用絕對體積法計算出砂、石用量。選擇粉煤灰取代水泥百分率值如表3所示。3梢品資料推薦表3粉煤灰取代水泥百分率氏值CISC20C25-C30取代晉通硅酸鹽朮泥13-2501515-20取代礦渣硅馥鹽水泯倍201010-15通常C30以下混凝土.収代率選擇10%- 15% （水泥為普通硅酸鹽水泥：C40以上混凝土，特別是有 早期強度要求時.取代率不超過10%。計

7、算每立方粉煤灰普通混凝上的水泥用雖（C）見式（2） 1我）式中：Gl基準混凝土的水泥用量.kg：一粉煤灰取代水泥百分率。確定粉煤灰超雖系數(shù)，如表4所示。袤4粉煤友翅jt系數(shù)粉煤灰級別1IIin超就系數(shù)（8U10-1.4 （C25以下取上隈）1.2-L71.5-2.0 （C25以上取下限）通常：C30以下混凝丄用II級灰時.超雖系數(shù)取15或16O C40以上混凝上用I級灰時，超雖系數(shù) 収1.3或14。每立方混凝土中粉煤灰的用雖（F）按式（3）計算：晦（C4式中：&_粉煤灰超雖系數(shù)。用絕對體積法求出粉煤灰超出水泥的體枳，按粉煤灰超出的體枳，扣除同體枳的細料用址.碎石用雖不 變?；炷林猩坝胒its

8、按式（4）計算。g-（C/p 尹P 廠 S）5式中：S。一基準配合比的砂用雖:：Ps 一砂相對密度：C。一基準混凝土的水泥用址：c 一粉煤灰混凝丄中水泥用址：Pc 一水泥相對密度：F 粉煤灰混凝上中粉煤灰用雖:Pf為粉煤灰相對密度（一般取22g/cn ） o粉煤灰混凝土的用水址.按基準配合比的用水址選取。根據(jù)il算得到粉煤灰混凝丄配合比，在試配確保和易性.水灰比不變的基礎(chǔ)上，進行配合比的試拌調(diào)整。 根據(jù)調(diào)整后的配合比，確定為粉煤灰混凝土的理論配合比c3粉煤灰混凝土施工注意事項（1）對每批進入施匸現(xiàn)場的粉煤灰均需認真檢驗，測定粉煤灰的細度.燒失雖、需水雖比等。（2）摻粉煤灰的混凝上，施匸中拌和時

9、間要比基混凝土延長30 S.以便混凝土拌和均勻。（3）正確振搗.避免過振引起混凝上表面形成浮漿層。同時，須保證振搗密實，確保構(gòu)件的外觀質(zhì)雖 與內(nèi)在質(zhì)雖:。（4）加強粉煤灰混凝上養(yǎng)護.保持混凝土表面濕潤，通常潮濕養(yǎng)護14d熱天或干燥氣候潮濕養(yǎng)護不 得少于21 d。（5）對早期強度要求島的構(gòu)件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因為冬季氣溫低，不利于粉 煤灰的火山灰反應。4不同強度等級的混凝土參考配比各強度等級的粉煤灰混凝土與普通混凝土參考配合比見表5。* s不間暹決尊級的合比盤畫土St i. ft?fi 比/mmKfESat/MPii/MPa-吩4決眞砂緇石3d7 d28 37.825 tt-

10、2ISO2897?10423.490Q的21552437.2CM168359?5I13266.1030.46813525.8*7!434CM KM168323712im6.4470.44.114S2L631.441.2CW-I17243R-W210979.8840 393ISOMB41.351.8C40I1723WI0Q782800.3741552X53.850.9CM16749109$熱20Q網(wǎng)1504?r752.9$283怡IPcwa-i16744264636low10.120J3015541950.66IX)3.90x1 (T表5中水泥為金貓水泥廠P. 042. 5水泥：粉煤灰C25.

11、C30為II級灰，C40. C50為I級灰。減水劑為 JC 一 3型。黃砂滿足II類砂要求，C25、C30用砂的細度模數(shù)為250, C40、C50用砂的細度模數(shù)為2. 70： 碎石滿足II類碎石婆求.粒徑為5-25 mm連續(xù)級配。C25基一 1、C25粉一 1為鉆孔灌注樁混凝土配合比. 其余為泵送混凝丄配合比。5箱品資料推薦用于水泥混凝土的粉煤灰的技術(shù)要求1.4用干水泥混凝上的粉煤灰的技術(shù)要求按照國家標準用干水泥和混凝上中的粉煤灰（GB/T 1596-2005）.拌制混凝上用的粉煤灰分為F 類粉煤灰和C類粉煤灰兩類。F類粉煤灰是由無煙煤或煙煤鍛燒收集的.其CaO含雖不大于10%或游離 CaO含

12、址不大于1%： C類粉煤灰是由褐煤或次煙煤燉燒收集的.其CaO含雖大于10%或游離CaO含雖大 于1%，又稱高鈣粉煤灰。F類和C類粉煤灰又根據(jù)其技術(shù)要求分為I級、II級和III級三個等級?；炷齺A用粉煤灰的技術(shù)要求可 見表2。表2拌制混凝土用粉煤灰技術(shù)要求技術(shù)要求（不大于/%）I級II級III級細度（45um方孔篩篩余）F類粉煤灰（不大于/%）C類粉煤灰12.025.045.0需水雖比，不大于/%F類粉煤灰C類粉煤灰95.0105.0115.0燒失雖.不大于/%F類粉煤灰C類粉煤灰5.0&015.0含水雖，不大于/%F類粉煤灰C類粉煤灰1.0三氧化硫，不大干/%F類粉煤灰C類粉煤灰3.0游離氧化

13、鈣，不大于F類粉煤灰C類粉煤灰1.04.0安定性（宙氏夾沸點后增加距離）F類粉煤灰不大于/ mmC類粉煤灰5.0與F類粉煤灰相比，C類粉煤灰一般具有需水雖比小、活性島和自換性好等特征。但由于C類粉煤灰中往 往含有游離氧化鈣.所以在用作混凝上摻合料時，必須對其體枳安定性進行合格檢驗?；炷羴A程選用粉煤灰時應按粉煤灰混凝土質(zhì)址技術(shù)規(guī)范（GBJ 146-90） o對于不同的混凝丄 工程.選用相應等級的粉煤灰：(1) 1級灰適用于鋼筋混凝土和跨度小于6m的預應力鋼筋混M L：(2) 11級灰適用于鋼筋混凝土和無筋混凝土:(3) 111級灰主要用于無筋混凝上：但大于C30的無筋混凝土,宜采用I、II級灰

14、：(4) 用于預應力混凝上、鋼筋混凝上及設汁強度等級C30及以上的無筋混凝土的粉煤灰等級如試驗論 證，可采用比上述三條規(guī)定低一級的粉煤灰。粉煤灰在混凝土中的基本效應1.5粉煤灰在混凝上中的基木效應粉煤灰在水泥混凝土中主要有三個基木效應即形態(tài)效應.火山灰效應和微集料效應?？刂七@三個效應 向有利方向發(fā)展，即可利廢為寶、改善混凝丄的性能。(1) 形態(tài)效應粉煤灰的形態(tài)效應.主要是指粉煤灰的顆粒形貌、粗細、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效應。粉 煤灰微珠顆?？梢云鸬綕L珠的作用.降低混凝土拌和的內(nèi)摩擦力而提商流動性。粉煤灰的密度小于水泥. 因而等雖替代后可増加漿體的體積，從而改善對粗細集料的潤滑程度.也有

15、利于提商混凝丄拌合物的流動 性。此外.還可以提高混凝上的勻質(zhì)性、粘聚性和保水性。劣質(zhì)粉煤灰由于含有較筍不規(guī)則的多孔顆粒和未燃盡的碳.而導致需水址増加和保水性變差，對混凝 土帶來負面效應。(2) 火山灰效應(活性效應)粉煤灰屬于活性礦物摻合料。粉煤灰中含有的玻璃態(tài)的氧化硅和氧化鋁屬于活性氧化硅和活性氧化鋁. 它們可以與水泥水化生成的氫氣化鈣和水發(fā)生水化反應(該水化反應亦稱二次反應)，生成具有水鎖性特點 的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等.并填充于毛細孔隙內(nèi)。這些水化產(chǎn)物同樣具有強度.特別是水化硅酸鈣. 該水化反應在28d時較弱，特別是在7d以內(nèi)，而在28d以后逐步明顯。粉煤灰的細度越大，即顆粒越小，活性

16、越商，水化反應能力越商;溫度越商水化反應能力越強，強度増長越 快。溫度低于5時該水化反應基木停止.強度發(fā)展緩慢.火山灰效應可以提扁混凝丄以后的強度，以后的強度婆拓于不摻粉煤灰的混凝土，且齡期越長該差界 越大。因而對早期承載能力耍求不大的匸程可利用其60 90d. 180d時的強度。（3）微集料效應粉煤灰微珠具有極商的強度.其填充在水泥顆粒間的空隙，疏減少了毛細孔隙，又起到r微骨架作用。 隨水化的不斷進行.粉煤灰的水化產(chǎn)物與未水化的粉煤灰內(nèi)核的粘結(jié)力不斷提商.這也有利于提商粉煤灰 的微集料效應。除上述三個基木效應外.粉煤灰還有許女其它效應，如免疫效應（抑制就集料反應效應.提島耐腐蝕性 效應等）、

17、減熱效應（降溫升效應）、泵送效應等.不過這些效應都離不開上述三個基木效應。粉煤灰的物理性質(zhì)1.2粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰的比重在1.95-2.36之間.松干密度在450kg/nP700kg/nf范囤內(nèi)，比表面枳在220 kg/nV588 kg/m】之間。由于粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性.在松散狀態(tài)下具有良好的滲透性，其滲透系數(shù)比粘 性上的滲透系數(shù)大數(shù)百倍。粉煤灰在外荷栽作用下具有一定的壓縮性，同比粘性上其斥縮變形要小的多。粉 煤灰的毛細現(xiàn)象十分強烈，其毛細水的上升拓度與壓實度有著密切關(guān)系。粉煤灰是一種商度分散的微細顆粒集合體.主要由氧化硅玻璃球組成，根據(jù)顆粒形狀可分為球形顆粒與 不規(guī)則顆粒。

18、球形顆粒又可分為低鐵質(zhì)玻璃微珠與高鐵質(zhì)玻璃微珠，若據(jù)其在水中沉降性能的差界，則可分 出飆珠.輕珠和沉珠：不規(guī)則顆粒包括藝孔狀玻璃體.女孔碳粒以及其他碎屑和復合顆粒。通常用掃描電鏡來觀察粉煤灰的顆粒形貌。掃描電鏡可以觀察到粉煤灰的絕大部分粒徑范可以從 lpm到400pm。通過電鏡可以觀察到小顆粒粉煤灰表面為表血光滑的球形顆粒較大顆粒的粉煤灰（ 250pm）形狀則不規(guī)則。圖1是一組粉煤灰顆粒形貌的電鏡照片.（a）為低鈣粉煤灰.（b）為高鈣粉煤灰比較 之下，島鈣粉煤灰的顆粒表面粘附有很多微粒.而低鈣粉煤灰的表而則顯得比較光滑。（a）低鈣粉煤灰（b）為島鈣粉煤灰圖1粉煤灰的顆粒形貌掃描電號圖片粉煤灰的

19、產(chǎn)生粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，是丄業(yè)三廢、之一。鍋爐在操作時.煤粉與商 速氣流混合在一起噴入爐膛的燃燒帶中.使煤粉顆粒里的有機物質(zhì)得到充分的燃燒.但燃燒的完全程度 取決于鍋爐的效率和操作的水平.爐膛溫度一般是很難測準的.運行良好的現(xiàn)代化電廠的煤粉爐爐膛最島 溫度可能達到或超過1600C.足以使灰分中除了少雖石英（細粒的結(jié)晶）以外的所有礦物全部熔融?？墒蔷?數(shù)舊電廠鍋爐的實際燃燒溫度婆比上述溫度低得多.在較低的溫度下.只能熔融一小部分的無機物質(zhì).而 且爐膛溫度并不是十分均勻的，因此即使在同一鍋爐中.粉煤灰燒成的條件也不相同，更不必說不同的鍋 爐了。在燃燒過程中，煤炭中的無機

20、雜質(zhì)也發(fā)生了一系列的反應和變化，包括達到不同的溫度時，含水的 礦物如粘土、石膏等一一脫水，碳酸鹽中二氧化碳與硫化物中三氧化硫的排出，還有堿在島溫下也要揮發(fā). 其中較細的粒子隨氣流掠過燃燒區(qū)，立即熔融.到了爐膛外面.受到腺冷.就將熔融時由于表面張力作用 形成的圓珠形態(tài)保持下來，成為玻璃微珠.煤粉粒子越細，越容易成球其中有些熔融的微珠內(nèi)部，截留 了爐內(nèi)氣休.形成了空心微珠。另有一些微珠，團聚在一起或粘連在一起.就形成魚卵狀的復珠（即子僚珠） 和粘連體.也有一些來不及完全變成液態(tài)的粗灰，結(jié)果變成了渣狀的命孔玻璃體（海綿狀玻璃）。在冷卻過 程中也有一些冷卻比較緩慢而再結(jié)晶的礦物以及在顆粒表而上生成的結(jié)晶礦物、化合物和獨自存在的未熔 融石英等礦物。從煤塊磨成煤粉.把原來團聚的礦物磨粹.因此每一顆煤粉粒子的礦物成分也是不同的， 燃燒以后.每一粒粉煤灰的成分、I然也不可能相同.所以粉煤灰化學成分分析也只能是表示粉煤灰中各種顆粒混合