淺析粉煤灰混凝土配合比設(shè)計及應(yīng)用

李文莉,王旭明,袁吉娜

(1,3河南省水利科學(xué)研究院 河南省水利工程安全技術(shù)重點實驗室,450002;2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,450003)

在混凝土中摻雜一定量的粉煤灰，不僅能夠有效節(jié)約混凝土當(dāng)中水泥的成分，有效降低了施工成本，并且對于改善和提升混凝土的和易性有著非常明顯的作用，對于增加混凝土的整體粘性，還有有效降低混凝土和泌水的分離，同時還可以使得混凝土的凝結(jié)時間加長，材料損失性較少，有效降低了水化熱，能夠有效減少并且消除出現(xiàn)在混凝土當(dāng)中的堿性材料產(chǎn)生的不當(dāng)危害，并且有效減少溫度變化以及混凝土的內(nèi)應(yīng)力，有效抑制因為溫差造成的裂縫，但是也有可能存在著因為粉煤灰的品質(zhì)太差或者說波動大，而出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度偏低并且極易碳化這一缺點。在進(jìn)行配合比設(shè)計的時候，應(yīng)該對原材料以及粉煤灰的取代率進(jìn)行正確的選擇，使得混凝土能夠充分滿足施工需求。

1 原材料

1.1 粉煤灰

被運用于混凝土當(dāng)中的粉煤灰可以按照摻雜的比例分為三個等級，分別是I、II、III三個等級，主要的技術(shù)指標(biāo)相見下表1。

在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，混凝土和粉煤灰的配合比進(jìn)行設(shè)計的時候，一般較長使用I和II級的粉煤灰，I級粉煤灰一般運用到強(qiáng)度高于40Mpa的混凝土結(jié)構(gòu)中，II級粉煤灰一般被運用到強(qiáng)度等于或者小于C30的混凝土強(qiáng)度中，比如說樁基、立柱以及承臺等等。

粉煤灰的活性：一般認(rèn)為，粉煤灰如果越細(xì)，則其比表面積將越大，意味著粉煤灰的活性將越加容易被激發(fā)出來，所以，粉煤灰如果越細(xì)的話，則混凝土的強(qiáng)度也就越高，其耐久性也比較好。粉煤灰的燒失量對于水性的需求影響也是比較明顯的，隨著粉煤灰的燒失量增加，粉煤灰的需水量也在逐漸增加。粉煤灰的細(xì)度以及需水量，還有燒失量都有很大的關(guān)系，通常來說，如果粉煤灰的需水量比較小，則其對于混凝土的性能比較有利，而且需水量越小的話，對于混凝土的性能將越加有利。如果含水量太高的話，將有可能降低所有粉煤灰的活性，而且直接影響到粉煤灰的使用效果。三氧化硫的含量將直接影響到混凝土的強(qiáng)度以及混凝土的凝結(jié)時間，并且粉煤灰中含有的三氧化硫含量太多的話將有可能導(dǎo)致硫酸鹽的侵蝕。

1.2 水泥

如果混凝土的強(qiáng)度低于C30的時候，則可以選擇使用32.5或者是42.5的普通的硅酸鹽水泥；如果混凝土的強(qiáng)度等級高于C30的時候，則可以選擇使用42.5或者是52.5的較濃的硅酸鹽水泥或者是較為普通的硅酸鹽水泥。

1.3 黃砂

在能夠滿足II類砂的基本要求之下，最先選擇級別較高的配合程度較好的江砂或者是河砂。并且砂的細(xì)度模數(shù)需要控制在2.4—3.0之間，對于C50的混凝土使用砂的細(xì)度模數(shù)應(yīng)該控制在2.6—3.0之間。

1.4 碎石

粗集料的級配、強(qiáng)度以及顆粒形狀，還有表面特征等等都會對混凝土的強(qiáng)度以及耐久性產(chǎn)生非常重要的影響。因此，所使用的碎石應(yīng)該盡量滿足II類的碎石技術(shù)的基本要求。在選擇碎石的時候應(yīng)該盡量選擇具有連續(xù)級配的碎石，因為單粒級的碎石和混凝土進(jìn)行配置的時候易性交差，并且容易產(chǎn)生離析情況發(fā)生。粗集料的表面特征以及顆粒形狀都對混凝土的粘性產(chǎn)生很大影響。C40以下的混凝土內(nèi)的針片狀的碎石其總體含量應(yīng)該不超過15%，而在C50的混凝土中最好不應(yīng)該超過8%。

1.5 外加劑

一般選用比較高效的減水劑，還有高效混凝的減水劑等等。高效減水劑能夠有效增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度以及流動性。高效混凝減水劑能夠有效控制水泥的過早水化，能夠使得混凝土和雜物進(jìn)行攪拌的時候減少損失度。因此，在試配的時候一定要實現(xiàn)做好驗證工作。

表1 粉煤灰質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

I級粉煤灰作用于后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的構(gòu)建以及跨度≦6m的先張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，II級粉煤灰用于普通鋼筋混凝土及C30以下無筋混凝土，III級粉煤灰主要作用于無筋混凝土以及砂漿。

2 粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計

根據(jù)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，計算的試配強(qiáng)度其公式如下：

在這一公式中，指的是混凝土的施工配制強(qiáng)度，單位為MPa。

根據(jù)混凝土強(qiáng)度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料顯示，混凝土的可以分為多個等級，比如說低于20的為一個等級，20—35的為一個等級，大于35的又為一個等級，并且，混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ可以分別取4.0,5.0和6.0三種。按照不同的基準(zhǔn)進(jìn)行配合。配合方法和一般的普通混凝土相比配比方法有所不同，也就是說先確定水灰比，然后確定用水量以及水泥的用量，還有砂率。計算出砂和石子的用量，主要采用的是絕對體積法。在選擇粉煤灰的時候可以用水泥來取代，其百分率βc 值可以通過表2做出詳細(xì)分析。一般來說，處于C30以下的都被稱之為混凝土，一般此種混凝土的取代率選擇在10%到15%之間；而C40以上的混凝土，尤其是需要具備早期強(qiáng)度的，混凝土的取代率不應(yīng)該超過10%。在計算的時候，每立方的粉煤灰搭配的混凝土水泥量參考公式：C=C0( 1-βc) 在這個公式中，Co代表的是混凝土中摻雜的水泥用量，單位為kg，βc代表的是粉煤灰用作取代水泥時的百分率。對于如何確定粉煤灰是否超量，可以根據(jù)表3進(jìn)行對照。一般情況下： C30 以下的混凝土通常用II級灰進(jìn)行混合使用，超量系數(shù)選擇在1.5或者是1.6。而C40以上的混凝土一般配用的是I級灰，選擇的超量系數(shù)為1.3或者是1.4。每立方混凝土中粉煤灰的用量(F)按式(3) 計算:F=δc(C- C0) (3)式中: δc—粉煤灰超量系數(shù)。用絕對體積法求出粉煤灰超出水泥的體積,按粉煤灰超出的體積,扣除同體積的細(xì)料用量,碎石用量不變。混凝土中砂用量S 按式(4) 計算。S=S- (C/ρc+F/ρF- C0/ρc) ρs (4)式中: So—基準(zhǔn)配合比的砂用量;ρs—砂相對密度;C0—基準(zhǔn)混凝土的水泥用量;C—粉煤灰混凝土中水泥用量;ρc—水泥相對密度;F—粉煤灰混凝土中粉煤灰用量。

表2 粉煤灰取代水泥百分率βc值（%）

表3 粉煤灰超量系數(shù)

ρF—為粉煤灰相對密度(一般取2.2 g/cm3)。粉煤灰混凝土的用水量,按基準(zhǔn)配合比的用水量選取。根據(jù)計算得到粉煤灰混凝土配合比,在試配確保和易性、水灰比不變的基礎(chǔ)上,進(jìn)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。

3 粉煤灰混凝土配合比設(shè)計一般規(guī)定

3.1 粉煤灰用于港口工程混凝土可根據(jù)粉煤灰等級、混凝土強(qiáng)度等級和耐久性要求，按規(guī)定應(yīng)用。

3.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)采用Ⅰ級粉煤灰。

3.1.2 鋼筋混凝土、C30及C30以上素混凝土應(yīng)采用 Ⅰ級、Ⅱ級粉煤炭，海水港浪濺區(qū)鋼筋混凝土應(yīng)采用需水量比不大于100%的Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰。

3.1.3 C30以下素混凝土可采用Ⅲ級粉煤灰。

3.1.4 有抗凍要求的混凝土，應(yīng)采用 Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰。

3.1.5 用于預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土、C30及 C30以上素混凝土的粉煤灰等級，經(jīng)混凝土強(qiáng)度和耐久性試驗論證后，滿足設(shè)計要求。

3.2 摻用粉煤灰的混凝土宜摻入減水劑，減水劑的適用性和合理摻量由試驗確定。

3.3 根據(jù)各類工程和各種施工條件的不同要求，粉煤灰可與各類外加劑同時使用、外加劑的適用性和摻量由試驗確定。

4 總結(jié)

在混凝土中摻雜一定量的粉煤灰，不僅能夠降低了施工成本，還能增強(qiáng)混凝土的內(nèi)應(yīng)力，減少溫差裂縫的產(chǎn)生，所以在進(jìn)行配合比設(shè)計的時候，應(yīng)該對原材料以及粉煤灰的取代率進(jìn)行正確的選擇，使得混凝土能夠充分滿足施工需求。

表4 不同強(qiáng)度等級的混凝土參考配合比

[1]劉文永、付海明、 馮春喜.高摻量粉煤灰固結(jié)材料.中國建材工業(yè)出版社,2007.11.

[2]楊偉軍、 李煒.蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊生產(chǎn)及應(yīng).中國建筑工業(yè)出版社,2011.10.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.7.