粉煤灰在砼施工中的應(yīng)用

楊祝

（重慶電力建設(shè)總公司，重慶 400060）

1 前言

粉煤灰是火力發(fā)電廠煙囪中收集到的細(xì)粉末，英文名flyash，故又稱為“飛灰”。其顆粒多呈球形，表面光滑，與火山灰質(zhì)混合材料相比，其結(jié)構(gòu)較細(xì)密，內(nèi)比面積小，且對(duì)水的吸附能力小，需水量較小，優(yōu)質(zhì)粉煤灰配制的砼流動(dòng)性大。并且由于粉煤灰的火山灰活性，在砼中能與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)而生成具有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，且能變硬發(fā)展強(qiáng)度，可用來替代砼中一部分水泥，配制而得的粉煤灰砼具有顯著的效益：

1.1 由于粉煤灰球狀粒形，需水量少，可改善砼拌和物的工作性，減少砼泌水，防止集料離析。

1.2 由于減少了水泥，也就減少了高水化熱的C3A、C3S，可降低水化熱，防止大體積砼產(chǎn)生溫度裂縫。

1.3 由于C3A，含量減少，提高了砼抗硫酸鹽腐蝕的能力。

1.4 粉煤灰水化消耗了砼中的Ca(OH)2，可減少由于堿-集料反應(yīng)引起的膨脹。

1.5 粉煤灰的火山灰活性，可提高砼后期強(qiáng)度。

1.6 提高砼的密實(shí)性、抗?jié)B性。

1.7 由于水泥生產(chǎn)過程（原料破碎、干燥、初磨、煅燒、細(xì)磨）需耗能，而粉煤灰是由非常細(xì)小的顆粒構(gòu)成的，無需加工即可投入使用，既解決了火力發(fā)電廠的環(huán)境污染問題，又得到高效節(jié)能的綠色建筑材料。

2 粉煤灰及粉煤灰砼的技術(shù)性質(zhì)

2.1 粉煤灰的技術(shù)性質(zhì)

粉煤灰(Fzysh)是燃燒粉煤灰后收集到的灰粒，亦稱飛灰。它可以作為生產(chǎn)水泥的原料；而在工程中，大量是用于作為混凝土的組成材料。供拌混凝土的粉煤灰主要從下列兩方面考察其性能。

2.1.1 化學(xué)成分。粉煤灰的化學(xué)成分與煤的品種和燃燒條件有關(guān)，一級(jí)燃燒煤和無煙煤鍋爐排出的粉煤灰，其SiO2含量為45%～60%，Al203。為20%～35%；Fe03為 5%～10%，CaO含量約為5%左右，燒矢量約為5%～30%，但多數(shù)不大于15%。粉煤灰的化學(xué)成分中硅、鋁和鐵的氧化物的含量是評(píng)定粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的主要指標(biāo)。通常低鈣粉煤灰，這些氧化物含量可達(dá)75%以上。

2.1.2 技術(shù)指標(biāo)用于拌制混凝土作為摻合料的粉煤灰，按我過國現(xiàn)國標(biāo)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)》(GB164～90)規(guī)定，粉煤灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有下列四項(xiàng)：①細(xì)度 細(xì)度是以45μm方孔篩的篩余量表示。②需水量比 是指在相同流動(dòng)下，粉煤灰的需水量與硅酸鹽水泥的需水量之比。③燒失量 是指粉煤灰在高溫的灼燒下?lián)p失的質(zhì)量。④SO3含量粉煤灰中SO3含量超過一定限量，可使混凝土后期生成的有害鈣礬石，導(dǎo)致危害。S03含量是測(cè)定硫酸含量計(jì)算。

2.2 粉煤灰混凝土的技術(shù)性質(zhì)

粉煤灰摻入混凝土后，不僅可以取代部分水泥，而且能改善混凝土的一系列性能。根據(jù)現(xiàn)代研究認(rèn)為，粉煤灰在混凝土中，能與水泥互補(bǔ)短長、均衡協(xié)合，所以粉煤灰可以充當(dāng)混凝土的減水劑、釋水劑、增塑劑、密實(shí)劑、抑熱劑、抑脹劑等一系列復(fù)合功能的基本材料。

3 粉煤灰混凝土施工中的應(yīng)用

3.1 粉煤灰在使用的優(yōu)點(diǎn)

①在混凝土中摻加了粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細(xì)骨料；②減少了用水量；⑦改善了混凝土拌和物的和易性；④增強(qiáng)了混凝土的可泵性：⑤減少了混凝土的質(zhì)變：⑥減少水化熱、熱能膨脹性；⑦提高混凝土抗?jié)B能力；⑧增加混凝土的修飾性。

3.2 粉煤灰的摻加也對(duì)混凝土的使用產(chǎn)生了一定的副作用

3.2.1 抗凍性降低

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，摻加了粉煤灰的混凝土較基準(zhǔn)混凝土抗凍指標(biāo)有所下降，如要提高抗凍性能，則要提高強(qiáng)度或延長養(yǎng)護(hù)齡期。

3.2.2 抗剪強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度有所降低

粉煤灰在使用中利遠(yuǎn)大于避，粉煤灰在混凝土中貢獻(xiàn)還主要取決于其品質(zhì)及對(duì)它的效應(yīng)發(fā)揮的程度。盡管現(xiàn)在對(duì)粉煤灰效益的理解還是比較淡薄，但粉煤灰效應(yīng)是形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)等三種效應(yīng)的綜合，這一粉煤灰的顆粒形態(tài)特征直接影響新拌混凝土的需水量保水性以及流變性質(zhì)，它決定混凝土初始結(jié)構(gòu)，也奠定了硬化混凝土的基本結(jié)構(gòu)。

3.3 砼施工中摻粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)

現(xiàn)在很多混凝土施工中摻用粉煤灰的配合比都是采用超量取代法。

3.3.1 配合比設(shè)計(jì)原則摻粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)，是以基準(zhǔn)混凝土(即未摻粉煤灰的混凝土)的配合比為基礎(chǔ)，按等稠度、等強(qiáng)度等極的原則，用超量取代法進(jìn)行調(diào)整。

所謂“等稠度”和“等強(qiáng)度”等級(jí)，是指配制成的粉煤灰混凝土具有與基準(zhǔn)混凝土拌和物相同的稠度和硬化后指定齡期的強(qiáng)度等級(jí)相等。所謂“超量取代法”是粉煤灰總摻入量中，一部分取代等體積的水泥，超量部分粉煤灰取代等體積的砂。

3.3.2 配合比設(shè)計(jì)摻粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)共有七種，下面就介紹其中最典型的一種水下C25混凝土的配合比設(shè)計(jì)。

3.3.2.1 設(shè)計(jì)情況

混凝土的抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C25，使用部位：基礎(chǔ)鉆孔樁。

3.3.2.2 原材料情況

水泥采用普通硅酸鹽水泥。各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢驗(yàn)均合格：碎石由規(guī)格為1-2cm。該碎石級(jí)配、含泥量、針片狀含量等指標(biāo)均符合要求。所用砂為砂場(chǎng)生產(chǎn)的機(jī)制砂，該砂石粉含量小于7%(亞甲藍(lán)試驗(yàn)MB值小于規(guī)定值)，經(jīng)篩分試驗(yàn)確定為粗砂，符合設(shè)計(jì)要求；所用粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足II級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2.3 水泥混凝土配合比計(jì)算設(shè)計(jì)中C25水下混凝土為基礎(chǔ)鉆孔樁灌注用，考慮到施工特殊環(huán)境，其水灰比、水泥用量、坍落度、砂率等指標(biāo)方面較普通混凝土提高標(biāo)準(zhǔn)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求的計(jì)算方法和步驟，同時(shí)參照有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行。

3.3.2.4 計(jì)算基準(zhǔn)混凝土配合比

根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，計(jì)算得基準(zhǔn)配合比。工作性滿足施工要求后，混凝土拌和物的基準(zhǔn)配合比為：水泥：水：砂：碎石=418：230：701：1051

3.3.2.5 粉煤灰配合比設(shè)計(jì)

粉煤灰配合比設(shè)計(jì)是以基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ)，用粉煤灰超量取代法進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，最終達(dá)到目的。

A選取粉煤灰取代水泥率為15%

B按取代水泥率計(jì)算出水泥用量(C)C=CoX(1-f)=418×(1-0.15)=355kg/m3

C選定粉煤灰超量加入時(shí)后超量系數(shù)

根據(jù)GBJl46-90中規(guī)定，Ⅱ級(jí)粉煤灰的超量系數(shù)范圍在1.3-0.7之間，此配比，選k=1.3

D計(jì)算粉煤灰的摻量

F=K(Co-C)=1.3×(418-355)=82kg/m3

E計(jì)算粉煤灰超出水泥的體積

F多余的粉煤灰量用來取代砂的量，所以1m3混凝土中砂的實(shí)際用量為：S=S0-Vs×ρs=701-0.017×2640=656kg/m3

G水和石子用量維護(hù)基準(zhǔn)混凝土用量

H按以上材料各比例進(jìn)行試拌、混合料在砂的用量不進(jìn)行調(diào)整的情況下，再增加1kg/m3的粉煤灰，工作性才可以滿足施工需要。

I求出粉煤灰混凝土配合比

3.3.2.6 檢驗(yàn)強(qiáng)度，確定試驗(yàn)室配合比

確定一個(gè)基準(zhǔn)配合比后，采用水灰比0.50，0.55，0.60 分別拌制三組混凝土拌和物，保持粗骨料用量不變，但砂率可以相應(yīng)增加或減少1%，用水量亦保持不變，進(jìn)行混合物拌和，按規(guī)范要求制成混凝土抗壓試塊，在溫度20±30C相對(duì)濕度大于90%條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)得7天抗壓強(qiáng)度達(dá)到試配比強(qiáng)度的70%以上方可使用。

4 結(jié)語

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間慢，水化熱低，坍落度損失少，后期強(qiáng)度高，抗?jié)B性能和干縮性等方面都有所改善，抗凍，碳化性能有所下降。粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細(xì)骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環(huán)境污染，因此，具有一定社會(huì)效益。

[1](英)德海爾(Dhir.R.K).粉煤灰的試驗(yàn)研究及其工程應(yīng)用，1992.1.

[2]《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)有技術(shù)規(guī)程(JGJ 28-86)》中國建筑工業(yè)出版社出版.