粉煤灰在高性能混凝土中的应用

粉煤灰在高性能砼中应用的探索引言国外从30年代，国内从50年代开始在混凝土中应用粉煤灰。随着对粉煤灰在混凝土中效应研究的不断深入以及应用经验的积累，粉煤灰的诸多优点逐渐被发现并逐渐得到认同（尽管这一过程仍显得比较缓慢），比如说，粉煤灰具有活性、分散性、填充性、稳定性，对于混凝土来说可以利用粉煤灰的活性，节约水泥，利用填充性改善混凝土密实度，利用微珠的“轴承”作用改善和易性和减少用水量，利用稳定性，改善混凝土拌合物的粘聚性和匀质性。70年代以来，有三个最主要的因素大大促进了粉煤灰应用技术的发展。其一是水工大坝大体积混凝土结构，由于水化热温升与气温剧变导致的几乎无坝不裂的现实，以及巨大的温控费用与相对长的工期，促进了对传统筑坝方法的变革，导致了一种全新的碾压混凝土筑坝技术问世。为加快筑坝进度，就必须最大限度地降低混凝土的水化热温升，因此碾压混凝土的水泥用量非常低，同时，为了支承碾压设备的重量，它又必须足够干，而为了能将足够干的拌合料碾压均匀密实，胶材浆状物又不可太少，于是掺用粉煤灰成了物尽其用的最佳选择。其二，八十年代初，粉煤灰推广应用扩展到大型热风炉基础，高炉基础，长大隧道、桥梁、高层建筑等。在这一前提下国家制定一系列标准和规范，为粉煤灰的推广应用辅平了道路，比如，于1979年电力部等颁布了《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-79）标准，1984年建设部颁布了《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》（JGJ28-86），1984年10月《粉煤灰混凝土应用技术规范》等。其三，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤的火力发电为主。随着电力工业的发展，电厂规模不断扩大，燃煤机组不断增加，导致粉煤灰和炉底渣排放量急剧增加。1985年，火电厂排放灰、渣总量为3768万吨，到1995年增加到9936万吨，平均每年增加560万吨。，2000年我国粉煤灰排放量已达到1﹒6亿吨，贮灰还需占用大量土地。因此，如何处理这些废渣、废料对环境保护就显得非常重要和有意义了，国家一系列粉煤灰应用规范的制订促进了粉煤灰在混凝土中应用。其四是减水剂尤其是高效减水剂的逐渐普及，使粉煤灰的潜能得到了淋漓尽致的发挥。目前全国水泥和混凝土中应用粉煤灰量每年约数十万吨，其中上海市推广应用最为广泛，几乎所有的商品混凝土搅拌站都配备有掺加粉煤灰外加剂装置。而技术交流在我市粉煤灰推广应用比较缓慢，大多数建设单位还对粉煤灰的认识不足，针对这一现状，材料试验室根据多年对粉煤灰性能和粉煤灰在混凝土中应用进行试验探索，积累了一定的经验。由于低标号的混凝土中掺加粉煤灰已经普遍被接受，本文仅对粉煤灰在高性能混凝土中的作用及对混凝土性能的影响进行了初步研究。1试验方案本试验是一个探索性试验，因此必须要有一个合理的正确的试验步骤，来提供一个方向性的指导，以保证整个试验探索过程中不至于盲目行事。本试验的试验方案初步确定如下：第一阶段：测量水泥、不同掺量粉煤灰与水泥混合物的标准稠度用水量，从而获得粉煤灰在水泥净浆中的一些特性。第二阶段：在满足设计强度指标的前提下，设计一个不掺粉煤灰基准混凝土配合比。第三阶段：以第二阶段配合比为基础探索掺入粉煤灰混凝土的合理配比，以期达到尽可能多量粉煤灰替代水泥，降低工程成本的经济目的。2试验原材料（一）水泥山东蔚阳集团生产的水泥，其性能指标如表1所示。蔚阳水泥的性能指标表1添安定性汪细度然%熟标准稠度用水怠量酒%胳抗压强度（叛MPa叮）纲抗折强度（痰Mpa死）鹿3d驾28d禾3d宰28d休合格贪2.2妈27.0浅28.1窄51.1案5.8喇8.2（二）粉煤灰威海市华能电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，各项性能指标如表2、3所示。华能电厂Ⅱ级粉煤灰性能表2商细度责%酬需水量比乐%爆含水率景%份堆积密度㎏浙/m航3逢18.6虽100冤0.31额765技术交流例华能电乓厂鲜Ⅱ横级粉煤灰化学漆成份表劫3框SiO行2久%圈Fe铁2厌O休3翁%垮Al窑2乞O块3沈%桐CaO%吴MgO%笼SO虹3厦%目烧失量职%友61.12薪2.51模20.96歪3.16饥1.40灶0.37剃3.6威（粉煤灰质量膊指标见附表怒1拒）（三）细骨料米文登界石中砂白，细度模数为作2.7拐，属黎于稠Ⅱ谱区连续级配，培其性能指标如具表梨4厨所滩示。尤文登界石砂的晶性能指标表棍4钟含泥量下%继泥块含量馆%动堆积密度㎏骑/m乱3帽表观密度㎏蹦/m消3损1.6邮0.5烂1410忆2610（四）粗骨料霞文登顺跃通影Ⅰ椅类碎石，铺5-25mm俩连续级配，其肌性能指标如表灰5百所示。屯文登顺能碎石鸟性能指标表疾5厅含泥量兄%失泥块含量怨%治针片状颗粒含易量出%赖压碎指标受%掏堆积密度栗㎏敞/m遭3寨表观密度吉㎏吧/m仁3首0.2盟0.1哭4唉5.8声1450柔2700（五）外加剂耀NC-4屠型混凝土超早测强剂，山东省绍建筑科学研究守院生产的哈NC锋牌系列混凝土氏外加剂，掺量酬为弄2.5%堆，其性能指标预如表肃6式所示。化NC-4搂型混凝土超早未强剂性能指标凑表每6密含水率祝%拐细度镰%福水泥净浆流动藏度（吧mm豪）伏减水率背%侄混凝土炊1h慧坍落度损失（撒mm艺）糠1.21鼻1.6幼246健15息16（六）水丢威海市管网自年来水丽3专试验设备及仪溪器扩本试验主要用巴到的设备及仪化器有：恼压力机、振动款台、烘箱、天墙平、台秤、搅根拌用铁板、混第凝土搅拌机、够级配筛、量筒且、坍落度筒、撤水泥净浆搅拌理机、跳桌等。技术交流耻4阅试验方法废（一）抗压强均度。试验用边蜂长为播150mm桌的立方体试件找，混凝土成型部后，养护至扭7叛天、智28粒天、疲90匙天时测试混凝撒土试件的抗压诱强度。具体按糟GB/T50庸081-20拖02签要求进行。撞（二）混凝土袋工作性能测试威按炕GB/T50蒙080-20委02断、吸JGJ55-站2000挎要求进行。偶5杜标准稠度用水絮量话水泥、水泥与假不同掺量粉煤躲灰混合物的标钢准用水量表生7今胶凝系统组成危标准稠度用水砌量骑%衣100%C积27.0排90%C+1断0%F凶26.6貌80%C+2侧0%F茶26.0览70%C+3蒸0%F糊25.8牛70%C+3动0%F+2.枝5%A骂24.6先注：表C担为水泥，炊F活为粉煤灰，旦A尚为后NC-4弃从表速7轰的试验结果可粘以看出，粉煤孤灰具有一定的崭减水作用，其退含有玻璃微珠致数量较多，微违珠的表面又很午光滑，颗粒又斗细，因而在砂贞浆中则的陡“稠滚珠减挨阻接”傲作用明显，能忍够降低拌合物党的屈服剪应力趟。流变学试验糊研究表明，水灰泥浆的流变性折与其屈服剪应孟力密切相关，尊屈服剪应力越否小，流变性越嫌好，因此在流拣动性相同的情碑况下，可减小铜标准稠度用水逆量。而且将粉跳煤灰和适量减拉水剂共同作用迁于混凝土中，灰可较容易获得锈C50恐以上的高性能新混凝土。这主萍要由于粉煤灰霞具哪有当“朴形态效凯应荷”商并且由于表面漂光滑，所以对纤外加剂的吸附贞性不强，在相神同外加剂的掺比加作用下，使唐得液相的外加动剂浓度增加，将增加流动度，玻减少流动度的鸽损失。奴6呆高性能混凝土讲配合比设计域（一）基准混拐凝土配合比镰根据相关标准吊计算得到迁C50嫁理论混凝土配聋合比，如表译8腔所示。肢C50股基准混凝土配恢合比表庄8棒水泥㎏错/m压3耗砂子㎏恋/m革3缓石子㎏乐/m瓣3播水恢L/m渗3炭540缴559哨1135狱205技术交流浅（二）掺入粉逆煤灰和外加剂昂的船C50涨混凝土配合比通，如表显9康、负10峰、帐11劳、腾12归所示。=1\*ROMAN万I段.那只掺旺NC-4逮的掠C50既混凝土配合比龄表培9御水泥㎏快/m惠3独砂子㎏押/m迈3乎石子㎏蓝/m际3星NC-4央㎏损/m杆3督水气L/m珍3腰540病555拜1127渠13.5役205=2\*ROMAN尺II互.父掺入缠10%蹈粉煤灰旷C50摸混凝土配合比核表谎10氧水泥㎏尊/m纺3酱砂子㎏哀/m州3姐石子㎏胖/m旗3何粉煤灰㎏临/m拴3尿NC-4反㎏妄/m墨3臭水价L/m满3壶486赚538昆1143炒54翼13.5摧205=3\*ROMAN独III也.绣掺入杯20%母粉煤灰缓C50轰混凝土配合比拉表价11唱水泥㎏怖/m健3絮砂子㎏心/m谅3呀石子㎏幕/m秋3抚粉煤灰㎏咸/m哑3瞎NC-4乖㎏倒/m赔3确水被L/m到3汉432装509亮1133告108蹲13.5赶205=4\*roman亩iv竖.侵掺入肌30%察粉煤灰饥C50云混凝土配合比粉表唐12雷水泥㎏趴/m蹦3踪砂子㎏矿/m行3饭石子㎏俱/m姑3粮粉煤灰窜㎏劫/m品3佳NC-4闹㎏赞/m虑3桃水累L/m银3付378骡504典1176寸162远13.5都205课（三）根据以畏上确定的混凝毁土配合比的基株础上，本次试论验混凝土拌合少料中各材料的棵实际用量如表香13拴所示。班混凝土拌合料情中各材料的实膊际用量表窑13黄组序号笑水泥毁㎏叼砂子汉㎏伍石子笼㎏冬粉煤灰击㎏侍NC-4拿㎏萍水誉L=1\*ROMAN亮I瓦10套10.3堵20.9碧0.25夹3.80=2\*ROMAN尖II狭10初11.1讲23.5权1.10孤0.28链4.30=3\*ROMAN祝III泳10咽11.8月26.2母2.50酬0.31蝴4.70=4\*ROMAN喜IV希10等13.3痕31.1安4.30辈0.36拆5.40惰按上述四组配引合比采用相关欢标准试验方法孙制作试件，在袜满足坍落度舰50-70m胳m技术交流德要求下，四组斑混凝土拌合物有实际用水量分芝别为迎3.22kg觉、哨3.61kg胶、亭3.94kg淹、掩4.49kg粉，坍落度分别浴为懒60mm瑞、娇55mm谣、望60mm千、址65mm宿。舞7调高性能混凝土部试验结果分析峡按相应要求将劳试块在标准条叛件下养护饿7拾天、懂28渐天、春90闸天，并得到各已龄期的抗压强平度值，如表绸13丘所示。谨各龄期抗压强廊度（单位：病MPa讲）表父14狡组序号剪7d妨28d劫90d蛇R非7剩占基准百分率孩R许28修占基准百分率巷R身90碑占基准百分率=1\*ROMAN正I示53.0享100%孟63.3弹100%家66.8尾100%=2\*ROMAN租II妙52.4俱98.9%子64.8针102.4%维69.6盗104.2%=3\*ROMAN存III吹52.0坑98.1%幕66.8看105.5%幼71.7牌107.3%=4\*ROMAN逢IV揭49.2臂92.8%熟65.8辜103.9%袋72.9瓣109.1%图图1各龄期抗压强度杜图汗1左开各龄期抗压强禽度甘根据表狐14央绘制了图太1歉。搏从图料1循可以看出，混队凝土的匹7便天强度会随着漫粉煤灰掺量的芦增加而降低，订粉煤灰的掺量例在宁0-20%稠之间对混凝土即强度的影响不银是很明显；但粱混凝土抢90真天强度随着粉滑煤灰掺量的增品加而增加；对申于混凝土烟28史天强度粉煤灰祝掺量存在一个司最佳掺量范围歇，约为评20%节。能在进行混凝土介抗压强度试验表中发现，混凝糟土破坏现象均邪是横穿粗骨料洪，即断誉技术交流掀裂发生在粗骨宝料内部。这说颈明水泥浆与骨屿料的界面粘结源强度很高。乓8记粉煤灰对混凝底土抗渗性能的券影响压抗渗试验：在价逐级加压到尤0.9Mpa浪后试件均没有道渗水现象（抗轮渗等级催P8咐），但渗水高扛度不同，试验罢结果如图拆2滔所示。图2图2在不同的掺合料掺加情况下混凝土抗渗试验的渗水高度旋从图再2枕中可以看出，阔掺入粉煤灰以温后混凝土的抗浮渗性能均有不勒同程度的提高萝，尤其是粉煤扫灰掺量为帆30%答时效果最好。花分析原因：掺旨入粉煤灰能够役改善界面结构疏，同时由于水刺泥和粉煤灰的陡细度不同，相深互混合后相互杠填充孔隙，使溪混凝土更加致快密，减少了渗筋水通道，从而佛提高了混凝土哲的抗渗性能。迷9攻成本核算趣通过以上几个简阶段的探索，垃我们已经得出客粉煤灰最佳掺稠量范围，同时沃我们应该考虑茄到经济因素，纳下面作采用以问上配合比制得已的混凝土进行种成本核算。块核算所需各组旋分的市场单价神新组（单位：认元为/k堡g结）涛伞棵表地15幕水泥味缴砂子惠石子谁粉煤灰灌NC-4腾0.25野0.02暖0.03股0.10膨3.80布如果我们采用占表而1豆1阻的配合比来配择制混凝土，制侨得一立方米混毅凝土的成本应毕为：快M=432×辨0.25+5怨09×0.0互2+1133物×0.03+猛108×0.率10+13.侧5×3.80近=214.2看7掀元北如果我们采用闻表含9羊的配合比来配炭制混凝土，制嫌得一立方米混班凝土的成本应次为：技术交流兆M=540×镇0.25+5疗55×0.0增2+1127饿×0.03+惑13.5×3掩.80怒=231.2摘1垂元泻注：匀M零—惨表示制得一立丘方米混凝土的来成本饺由上我们可知券，在满足相同挑的条件下，采鹿用两种配合比扑制得的一立方虫米混凝土，掺概入粉煤灰和外泳加剂的混凝土草要比只掺外加悲剂的混凝土大兽约能节省沈16.9底4尺元，而且掺入梨粉煤灰和外加贝剂的混凝土经吓过以上几个阶腿段的验证要比以只掺外加剂的捡混凝土各方面反性能要好，因眨此无论从提高计混凝土性能、扶节约能源、降至低成本方面考旧虑，选用宪表棉1军1裳的配合为最佳织。10结论剖①调粉煤灰掺入混绿凝土后，使得是混凝土前期强营度有所降低（佩0-20%红掺量不明显）泥，当掺量