粉煤灰混凝土配合比设计及应用

1、.：.；粉煤灰混凝土配合比设计及运用 摘要：混凝土中掺适量的粉煤灰，能改善混凝土的性能，降低工程本钱。重点讨论不同质量的粉煤灰在取代或超代水泥配制混凝土的原资料选择，粉煤灰混凝土的 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计及施工本卷须知。列出不同强度等级要求的粉煤灰混凝土与普通混凝土的参考 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=

2、%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比。关键词：粉煤灰；混凝土； HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计；施工本卷须知；原资料选择 混凝土中掺人适量的粉煤灰，既可降低工程施工本钱，改善混凝土的和易性、可 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index

3、2.php?key=%B1%C3&sotname=%BB%FA%D0%B5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 泵性，添加混凝土的黏性，减少混凝土离析与泌水，又可使混凝土的凝结时间相对延伸，坍落度损失减小，降低水化热，减少或消除混凝土中碱集料反响的危害。但也存在粉煤灰质量动摇大，混凝土早期强度偏低的缺陷。假设在 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计时，对原资料、粉

4、煤灰取代率及超掺量系数作正确选择，其混凝土能满足设计施工要求。本文论述桥梁构造中C25灌注桩、承台，C30墩帽及墩身，C40、C50后张法预应力混凝土箱梁的粉煤灰混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计，原资料选择及施工本卷须知。1 原资料 1粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其质量分为I、3个等级，主要技术目的见表1。 桥梁构造混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:

5、8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计时，选择I、级粉煤灰，其中I级灰用于强度大于40 MPa的混凝土，级灰用于混凝土强度等级小于C30的桩基、承台、立柱、墩台帽工程。 粉煤灰活性：粉煤灰越细，比外表积越大，粉煤灰的活性就越容易被激发，因此，所用粉煤灰越细，混凝土早期强度越高、耐久性越好。 粉煤灰烧失量对需水性影响显著，随粉煤灰烧失量添加，粉煤灰的需水量添加，当烧失量大于10%时，粉煤灰对流动扩展度无有利作用；粉煤灰含碳量增高，烧失量增

6、大，在混凝土搅拌、运送、成型过程，粉煤灰更容易浮到外表，影响混凝土的外观与内在质量。另外，由于烧失量增大，还会降低减水剂的运用效果。 需水量与粉煤灰的细度、烧失量也有一定的关系，普通来说粉煤灰需水量越小，对混凝土性能越有利。粉煤灰越细，需水量越小；烧失量越大，需水量也越大。所以粉煤灰的需水量目的可以综合反映出粉煤灰的性能。含水量过高，会降低粉煤灰的活性，直接影响运用效果。 SO3含量影响混凝土的强度增长极限和凝结时间，同时粉煤灰中SO3 含量过多还能够呵斥硫酸盐侵蚀。 2水泥：混凝土强度等级小于C30时，选用325或425的普通硅酸盐水泥；混凝土强度等级大于C30时，选用425或525的硅酸盐

7、水泥或普通硅酸盐水泥。 3黄砂：满足类砂要求的条件下，优先选择级配良好的江砂或河砂。由于江砂或河砂含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配普通都能满足要求。山砂中含泥量较大，且含有较多风化颗粒，普通不能运用。砂的细度模数控制在24 30，其中C50混凝土用砂的细度模数宜控制在2630，因细度模数小于25时，C50混凝土拌和物显得太黏稠，施工中难于振捣， HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%B1%C3&sotname=%BB%FA%D0%B5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 泵送较困难。砂的细度模数大于30时

8、，容易引起新拌混凝土在运输浇筑过程中离析及保水性能差，从而影响混凝土内在和外观质量。 4碎石：粗集料的强度、级配、颗粒外形、外表特征、杂质的含量、吸水率对混凝土强度及耐久性有着重要的影响。所用碎石应满足类碎石技术要求。碎石的压碎值通常被用来间接地断定岩石的强度，混凝土的强度等级与岩石抗压强度及碎石压碎值关系见表2。 碎石宜选择延续级配碎石，单粒级碎石易引起混凝土离析。C40以下混凝土宜选择最大粒径不大于315 mm碎石，粒径过大会引起混凝土在运输、浇筑过程中的离析。C40以上的混凝土，碎石最大粒径不宜大于25 mm。由于C40以上混凝土特别是C50混凝土水泥浆较富余，而大粒径集料比同质量小粒径

9、集料外表积小，其与砂浆粘结面积小，粘结力低且混凝土的均质性差，所以用大粒径集料不能够配制出高强度混凝土。 粗集料的颗粒外形、外表特征对混凝土的粘结性能有一定的影响，特别是对C50混凝土影响较大，宜选择外表粗糙多棱角，颗粒近似立方体的碎石。C40以下混凝土中的针片状碎石总含量应不超越15%，在C50混凝土中不宜超越8%。 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%CD%E2%BC%D3%BC%C1&sotname=%CD%E2%BC%D3%BC%C1&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 外加剂：通常选用高效减水剂、

10、高效缓凝减水剂、高效早强减水剂，如NF、UNF、JC等。 高效减水剂同时具有添加混凝土强度和流动性的作用。掺高效减水剂的混凝土坍落度损失普通较快，施工时最好采用后掺法，这样可提高高效减水剂减水作用，使混凝土的流动性添加。在温度低于810 高效缓凝减水剂有利于控制水泥的早期水化，使混凝土拌和物坍落度损失小。普通来说，掺量大时凝结时间相应增长，但掺量过大会降低早期强度，通常根据施工季节调整掺量。高效缓凝减水剂宜在夏季或构造复杂、配筋密集的构件中运用，这样可防止构成冷缝，方便施工的安排。 高效早强减水剂普通在冬季运用，能提高混凝土的早期强度，运用时要慎重，由于高效早强减水剂能加快早期强度的开展，但混

11、凝土的后期强度普通会降低。试配时要仔细做好验证任务。2 粉煤灰混凝土的 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计 粉煤灰混凝土的 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计，以基准混凝土

12、 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比为根底，按等稠度、等强度的原那么，用超量取代法进展调整。粉煤灰混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比设计的主要目的是确定一个经济的混合资料最

13、正确组合，主要设计手段是经过实验、试配来完成。设计方法如下：根据混凝土设计强度，计算试配强度如式1： 式中： 一混凝土的施工配制强度，MPa； 一混凝土的设计强度，MPa；一施工单位的混凝土强度规范差。 无近期同一种类混凝土强度资料时，混凝土强度等级分别为低于20、2035和大于35时，其强度规范差 分别可取40、50和60。 确定基准 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比。其方法与普通混

14、凝土配比设计方法一样，即确定水灰比，用水量及水泥用量，砂率；用绝对体积法计算出砂、石用量。 选择粉煤灰取代水泥百分率 值如表3所示。 通常C30以下混凝土，取代率选择10%一15%水泥为普通硅酸盐水泥；C40以上混凝土，特别是有早期强度要求时，取代率不超越10%。 计算每立方粉煤灰普通混凝土的水泥用量C见式2。 式中：Co 基准混凝土的水泥用量，kg； 一粉煤灰取代水泥百分率。 确定粉煤灰超量系数，如表4所示。 通常：C30以下混凝土用级灰时，超量系数取15或16。C40以上混凝土用I级灰时，超量系数取1.3或14。每立方混凝土中粉煤灰的用量F按式3计算： 式中： 粉煤灰超量系数。用绝对体积法

15、求出粉煤灰超出水泥的体积，按粉煤灰超出的体积，扣除同体积的细料用量，碎石用量不变。混凝土中砂用量S按式4计算。 式中：So一基准 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比的砂用量； Ps 一砂相对密度； Co一基准混凝土的水泥用量； C一粉煤灰混凝土中水泥用量； Pc 一水泥相对密度； F一粉煤灰混凝土中粉煤灰用量； PF一为粉煤灰相对密度普通取22 gcm3 。 粉煤灰混凝土的用水量，按基准

16、 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比的用水量选取。 根据计算得到粉煤灰混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比，在试配确保和易性、水灰比不变的根底上，进展 HYPERLINK 2

17、22.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比的试拌调整。根据调整后的 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比，确定为粉煤灰混凝土的实际 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index

18、2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比。3 粉煤灰混凝土施工本卷须知 1对每批进入施工现场的粉煤灰均需仔细检验，测定粉煤灰的细度、烧失量、需水量比等。 2掺粉煤灰的混凝土，施工中拌和时间要比基混凝土延伸30 S，以便混凝土拌和均匀。 3正确振捣，防止过振引起混凝土外表构成浮浆层。同时，须保证振捣密实，确保构件的外观质量与内在质量。 4加强粉煤灰混凝土养护，坚持混凝土外表潮湿，通常潮湿养护14 d，热天或枯燥气候潮湿养护不得少于21 d。 5对早期强度要求高的构件，冬季施

19、工不宜采用粉煤灰混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比。由于冬季气温低，不利于粉煤灰的火山灰反响。4 不同强度等级的混凝土参考配比 各强度等级的粉煤灰混凝土与普通混凝土参考 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9

20、%FA t _blank 配合比见表5。 表5中水泥为金猫水泥厂P0425水泥；粉煤灰C25、C30为级灰，C40、C50为I级灰。减水剂为JC一3型。黄砂满足类砂要求，C25、C30用砂的细度模数为250，C40、C50用砂的细度模数为270；碎石满足类碎石要求，粒径为525 mm延续级配。C25基一1、C25粉一1为钻孔灌注桩混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比，其他为 HYP

21、ERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%B1%C3&sotname=%BB%FA%D0%B5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 泵送混凝土 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%C5%E4%BA%CF%B1%C8&sotname=%BC%BC%CA%F5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 配合比。用于水泥混凝土的粉煤灰的技术要求 1.4 用于水泥混凝土的粉煤灰的技术要求按照国家规范GB/T 15962005，拌制混凝土用的粉煤灰

22、分为F类粉煤灰和C类粉煤灰两类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤煅烧搜集的，其CaO含量不大于10%或游离CaO含量不大于1%；C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧搜集的，其CaO含量大于10%或游离CaO含量大于1%，又称高钙粉煤灰。F类和C类粉煤灰又根据其技术要求分为I级、II级和III级三个等级。混凝土用粉煤灰的技术要求可见表2。表2 拌制混凝土用粉煤灰技术要求 技术要求不大于/ %I级II级III级 细度45um方孔筛筛余不大于/%F类粉煤灰12.0 25.0 45.0 C类粉煤灰需水量比，不大于/%F类粉煤灰95.0 105.0 115.0 C类粉煤灰烧失量，不大于/ %F类粉煤灰5.0 8.0

23、 15.0 C类粉煤灰含水量，不大于/ %F类粉煤灰1.0 C类粉煤灰三氧化硫，不大于/ %F类粉煤灰3.0 C类粉煤灰游离氧化钙，不大于/ %F类粉煤灰1.0 C类粉煤灰4.0 安定性(雷氏夹沸煮后添加间隔 )不大于/ mmF类粉煤灰5.0 C类粉煤灰与F类粉煤灰相比，C类粉煤灰普通具有需水量比小、活性高和自硬性好等特征。但由于C类粉煤灰中往往含有游离氧化钙，所以在用作混凝土掺合料时，必需对其体积安定性进展合格检验。混凝土工程选用粉煤灰时，应按GBJ 14690。对于不同的混凝土工程，选用相应等级的粉煤灰：(1)I级灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土；(2)II级灰适用于钢筋

24、混凝土和无筋混凝土；(3)III级灰主要用于无筋混凝土；但大于C30的无筋混凝土，宜采用I、II级灰；(4)用于预应力混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如实验论证，可采用比上述三条规定低一级的粉煤灰。粉煤灰在混凝土中的根本效应 1.5 粉煤灰在混凝土中的根本效应粉煤灰在水泥混凝土中主要有三个根本效应,即形状效应、火山灰效应和微集料效应。控制这三个效应向有利方向开展，即可利废为宝、改善混凝土的性能。(1) 形状效应粉煤灰的形状效应，主要是指粉煤灰的颗粒形貌、粗细、外表粗糙程度等特征在混凝土中的效应。粉煤灰微珠颗粒可以起到滚珠的作用，降低混凝土拌和的内摩擦力而提

25、高流动性。粉煤灰的密度小于水泥，因此等量替代后可添加浆体的体积，从而改善对粗细集料的光滑程度，也有利于提高混凝土拌合物的流动性。此外，还可以提高混凝土的匀质性、粘聚性和保水性。劣质粉煤灰由于含有较多不规那么的多孔颗粒和未燃尽的碳，而导致需水量添加和保水性变差，对混凝土带来负面效应。(2)火山灰效应(活性效应)粉煤灰属于活性矿物掺合料。粉煤灰中含有的玻璃态的氧化硅和氧化铝属于活性氧化硅和活性氧化铝，它们可以与水泥水化生成的氢氧化钙和水发生水化反响(该水化反响亦称二次反响)，生成具有水硬性特点的水化硅酸钙、水化铝酸钙等，并填充于毛细孔隙内。这些水化产物同样具有强度，特别是水化硅酸钙，该水化反响在2

26、8d时较弱，特别是在7d以内，而在28d以后逐渐明显。粉煤灰的细度越大，即颗粒越小，活性越高，水化反响才干越高;温度越高水化反响才干越强，强度增长越快。当温度低于5时该水化反响根本停顿，强度开展缓慢. 火山灰效应可以提高混凝土以后的强度，以后的强度要高于不掺粉煤灰的混凝土，且龄期越长该差别越大。因此对早期承载才干要求不大的工程可利用其60d、90d、180d时的强度。(3) 微集料效应粉煤灰微珠具有极高的强度，其填充在水泥颗粒间的空隙，既减少了毛细孔隙，又起到了微骨架作用。随水化的不断进展，粉煤灰的水化产物与未水化的粉煤灰内核的粘结力不断提高，这也有利于提高粉煤灰的微集料效应。除上述三个根本效

27、应外，粉煤灰还有许多其它效应，如免疫效应(抑制碱集料反响效应、提高耐腐蚀性效应等)、减热效应(降温升效应)、 HYPERLINK 222.73.255.205:8089/gmap/index2.php?key=%B1%C3&sotname=%BB%FA%D0%B5&dpname=%D6%D0%B9%FA t _blank 泵送效应等，不过这些效应都离不开上述三个根本效应。粉煤灰的物理性质 1.2 粉煤灰的物理性质粉煤灰的比重在1.952.36之间，松干密度在450 kg/m3700kg/m3范围内，比外表积在220 kg/m3588 kg/m3之间。由于粉煤灰的多孔构造、球形粒径的特性，在松散

28、形状下具有良好的浸透性，其浸透系数比粘性土的浸透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的紧缩性，同比粘性土其紧缩变形要小的多。粉煤灰的毛细景象非常剧烈，其毛细水的上升高度与压实度有着亲密关系。粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，根据颗粒外形可分为球形颗粒与不规那么颗粒。球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠，假设据其在水中沉降性能的差别，那么可分出飘珠、轻珠和沉珠；不规那么颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。通常用扫描电镜来察看粉煤灰的颗粒形貌。扫描电镜可以察看到粉煤灰的绝大部分粒径范围，可以从1m到400m。经过电镜可以察看到，小颗粒粉

29、煤灰外表为外表光滑的球形颗粒，较大颗粒的粉煤灰(250m)外形那么不规那么。图1是一组粉煤灰颗粒形貌的电镜照片，(a)为低钙粉煤灰，(b)为高钙粉煤灰，比较之下，高钙粉煤灰的颗粒外表粘附有很多微粒，而低钙粉煤灰的外表那么显得比较光滑。 a低钙粉煤灰 (b)为高钙粉煤灰图1 粉煤灰的颗粒形貌扫描电镜图片粉煤灰的产生 粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中搜集到的细颗粒粉末，是工业“三废之一。锅炉在操作时，煤粉与高速气流混合在一同，喷入炉膛的熄灭带中，使煤粉颗粒里的有机物质得到充分的熄灭，但熄灭的完全程度取决于锅炉的效率和操作的程度，炉膛温度普通是很难测准的，运转良好的现代化电厂的煤粉炉炉膛最高温度能够到达或超越1600，足以使灰分中除了少量石英(细粒的结晶)以外的一切矿物全部熔融。可是多数旧电厂锅炉的实践熄灭温度要比上述温度低得多，在较低的温度下，只能熔融一小部分的无机物质，而且炉膛温度并不是非常均匀的，因此即使在同一锅炉中，粉煤灰烧成的条件也不一样，更不用说不同的锅炉了。在熄灭过程中，煤炭中的无机杂质也发生了一系列的反响和变化，包括到达不同的温度时，含水的矿物如粘土、石膏等一一脱水，碳酸盐中二氧化碳与硫化物中三氧化硫的排出，还有碱在高温下也要挥发，其中较细的