（道路与铁道工程专业论文）道路水泥粉煤灰混凝土配合比设计方法研究.pdf

摘要 粉煤灰是火力发电厂烟道气中回收的粉末状颗粒，属于固体工业废料。由 于火电在我国当前能源构成中占有较高的比例，因此每年粉煤灰的排放量相当巨 大，由此而产生的土地资源浪费问题、存灰处理经济问题、环境污染问题等日蔬 突出。另一方面，作为火山灰质材料，粉煤灰的主要化学成分是活性s i0 2 、a 1 。0 。， 在有水泥存在的条件下能生成具有胶凝性能的物质，可以作为活性掺和材应用于 水泥混凝土中取代部分水泥，同时改善混凝土的性能。粉煤灰在混凝土中效应的 大小取决于粉煤灰自身特性，同时与所用胶凝材料有关。由于粉煤灰特性受原煤 来源及品种、燃煤工艺、粉煤灰回收工艺、粉煤灰贮存方式等因素的影响质量波 动较大，加之不同水泥矿物组成也存在差异，要充分发挥粉煤灰效应、保证混凝 土的路用技术性能，必须保证粉煤灰与水泥的适配性以提供反应物及反应界面。 本研究应用数值分析的方法，可以较准确地确定粉煤灰的合理掺量及超量系数， 通过建立水泥一粉煤灰混凝土的强度经验公式，在强度等效原则的基础上进行水 泥一粉煤灰混凝土的配合比设计，对保证混凝土的路用技术性能、提高粉煤灰利 用量及利用水平、指导实际施工具有积极的意义。 关键词：粉煤灰火山灰效应合理掺量超量系数配合比设计 a b s t r a c t t h ef l y - a s hi sp o w d e rf o r mg r a i nt h a tb e e nr e c l a i m e df r o mf i r e p o w e rp l a n t e h i n m e yf l u eg a s ，b e l o n g i n g t ot h es o l i di n d u s t r yw a s t e b e c a u s et h ef i r e p o w e r o c c u p y t h e h i g h e rc o m p a r i s o n i no u rc o u n t r yc u r r e n te n e r g yc o n s t i t u t e f o rt h i sr e a s o nf l y - a s he x h a u s t se q u a l b i g n e s se v e r yy e a r , r e s u l ti nl a n dw a s t eo f i o u i c e sp r o b l e m ，s a v i n gt h ea s hh a n d l e se c o n o m i c p r o b l e m ，p o l l u t i o no f t h ec n v l r o n m c n tp r o b l e me t e ，i si n c r e a s i n g l yo u t s t a n d i n g o nt h eo t h e r h a n d ，a sv o l c a n oa s hq u a l i t ym a t e r i a l ，t h em a i nc h e m i s t r yc o m p o s i t i o no f t h ef l y - a s h i sl i v es i 0 2a n da 1 2 0 3 。w h i c hc 姐a a l eg u m m yp e r f o r m a n c em a t e r i a li fc e m e r i ti s ， a n dr e p l a c ep a r t so fc e i t l e n tt ob e e na p p l i e d8 sl i v em a t e r i a li ne t ，m e n tc o n c m t e i m p r o v ec o n c l e t ep e r f o r m a n c ea tt h es 蛐et i m e t h ee f f i c i e n c ys t a t u so ff l ya s hi n c o n c i v el i e0 1 1i t s e l fe h a t 删e r i s t i e ，a n di sa l s od e c i d e db yo t h e rg u m m y m a t e r i a l f l y a s he h a r a e t e r i s t i ef l u c t u a t i o ni so b v i o u sb e c a m eo fr a wc o a ls o q i c ea n ds p e c i e s ， b u r n i n ge r a t t , r e c l a i mf l ya s hc r a f i r e s e r v i n gf l ya s hm e t l l o d , i na d d i t i o nt h e r ea l e d i v e r s i t yi nd i f f e r e n tc e m e n t m i n e r a lc o m p o n e n t i f w a n tt o ( 1 e v e l o pf l ya s he f f e c ta n d g u a r a n t e eo o n c t c t e su s i n gt e e l a n i q u ef u n c t i o n , w e m u s ti n s u r en ya s hc o r r e s p o n dw i t h c e m e n tt op r o v i d er e a c t a n ta n dr e a c t i v i t yi n t e r f a c e n u m e r i c a la n a l y s i sm e t h o di n a p p l i c a t i o n i nt h i sr 嘲r e h , 啪m a k es u i er e a s o n a b l ea m o u n ta n do v e r b a l a n c e c o e f f i c i e n t ，t h r o u g hc r e a t i n ge x p e r i e n t i a l f o r m u l ao fc e m e n t - f l ya s he o n e r e t e s i n t e m i t y , d e s i g n i n gc e m e n t - f l y a s hc o n c l e t l em i x e dr a t i oo ni n t e n s i t y e q u i v a l e n t p r i n c i p l eb a s e ，i t sp r a c t i c a lm e a n i n g t og u a r a n t e ec o n c t t er o a dl l s i n gp e r f o r m a n c e ， i m p r o v eu s i n g a m o t t r i ta n d u s i n g l e v e lo f n ya s h , a n di n s t r u c tp r a c t i c a lc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：f l y - a s h ；v o l c a n i ce f f e c t s ；t h em o s t r e a s o n a b l ef l y - a s hc o n t e n t ； e x c e e d i n gq u a n t i t yc o e f f i c i e n t ；p r o p o r t i o nd e s i g n i n g 重庆交通学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：7 卯p 年- 3 月砖日 弓 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 重庆交通学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密d 。 ( 请在以上方框内打“”) 躲铲燧轹址 日期：2 叨萨乒弓月2 歹日 日期；年月日 第一章绪论 第一章绪论 粉煤灰是火力发电厂煤粉炉烟道气中收集到的粉末状物质。由于石油和天然 气的储景有限，而煤以现在的消耗速度还可以维持好几个世纪，因此煤将是未来 非常重要的能源。我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，煤在能源 构成中约占7 8 ，全国燃煤消耗量每年达】2 8 亿吨。作为主要的初级能源，煤主 要用于发电、冶金、水泥、铁路、化肥、制砖及化工等，其中煤用于热电厂所占 的比例非常高。改革开放以来，我国电力工业发展很快，至1 9 9 8 年底发电装机总 容摄已达2 7 ，7 2 8 9 万千瓦，其中火电为2 0 ，9 8 8 。3 5 万千瓦，占总装机容量的 7 5 7 。每年发电及热电联产耗原煤5 3 5 3 5 亿吨，排放的粉煤灰( 渣) 高达1 5 亿 吨以上，成为捧放置最大的固体工业废料。 对粉煤灰的处理，目前我国以灰场贮灰为主要堆存手段。据统计，每万吨灰 渣需堆场4 5 亩，至1 9 9 8 年底我国粉煤灰渣的堆存量已高达1 2 5 亿吨，需堆场 5 0 6 2 5 万亩。以灰场贮灰每吨灰渣需综合处理费2 0 4 0 元，则每年的综合处理 费就需3 0 6 0 亿元。不仅如此，粉煤灰还会通过渗滤作用影响水源，细颗粒因为 风力作用产生空气污染，造成的环境问题已相当严重。因此，提高粉煤灰的利用 率和利用水平，既可以缓解对环境的污染，叉可将废物变为资源，对环境和经济 都具有巨大的意义，是城市建设可持续发展的重要技术保障。表卜1 、1 - 2 列举了 我国及世界一些国家粉煤灰及炉底灰( 渣) 的排放及利用情况。 裹1 1 全国火力发电粉煤灰( 渣) 捧教、利用情况【康风雷罅，2 2 】 年捧灰渣量建材、建工年用道路年用灰渣年利用 年份回填其它合计 ( 万吨)灰渣量o 吨)量( 万吨) 搴 1 9 9 41 2 1 8 4 8 71 3 7 7 01 0 4 7 o8 0 4 0 4 7 2 03 7 0 0 03 0 3 7 1 9 9 51 3 3 4 4 8 71 6 5 9 01 2 9 2 08 4 5 03 4 9 04 1 4 5 03 1 0 6 1 9 9 61 4 6 1 8 3 51 7 7 5 。02 0 0 6 04 2 1 04 2 2 04 6 2 4 03 1 6 3 1 9 9 71 4 9 3 6 0 31 7 2 8 21 7 5 0 57 1 5 03 9 0 74 5 8 4 43 0 6 9 第一章绪论 表1 2 世界一些国家粉煤灰及炉底灰、渣排放利用情况 s l o s s 等，1 9 9 5 2 粉煤灰排炉底灰、渣 总排放量利用量( 万 国家放量( 万排放量( 万利用率( ) 年份 ( 万吨)吨) 吨)吨) 中国 80 6 4 110 4 9 491 1 3 934 1 0 03 71 9 9 2 美国49 7 8 0 16 8 9 766 6 7 719 1 8 32 91 9 9 4 俄罗斯 56 5 1 35 4 8 762 0 0 021 0 7 83 41 9 9 2 德国 l4 3 0 o5 7 4 020 0 4 019 8 4 09 91 9 9 2 波兰 14 0 1 o1 1 9 9 5 8 61 9 9 2 加拿大7 3 0 9 1 1 5 58 4 6 49 8 2 1 21 9 9 2 西班牙7 1 4 0 1 3 1 98 4 5 。96 1 1 27 21 9 9 4 英国6 8 3 0 1 6 1 38 4 4 34 0 4 14 81 9 9 4 澳大利亚 7 3 5 18 2 48 1 7 58 7 5 1 1 1 9 9 2 日本5 2 6 4 7 7 46 4 0 23 9 5 5 6 21 9 9 3 韩国1 8 6 8 3 7 0 15 5 6 95 2 1 79 41 9 9 2 法国1 4 3 6 2 8 71 7 2 31 6 3 6 9 51 9 9 3 荷兰 8 4 17 49 1 59 4 1 1 0 31 9 9 4 意大利 6 4 8 9 07 3 85 8 78 01 9 9 4 从表中数据可以看出，我国的粉煤灰利用量是较大的，利用率也是较高的， 但是，由于我国的粉煤灰产量巨大，因此在我国每年仍有大量的剩余粉煤灰产生。 粉煤灰可以应用于农业、建筑材料、土木工程、工业材料、材料再生利用及环保 等领域。粉煤灰的利用，我国目前主要分为三种类型：( 1 ) 低技术水平的应用如 回填等；( 2 ) 中等技术水平的应用如用作混凝土及水泥的掺合料；( 3 ) 高技术 水平的应用如提炼金属等。赵鹏高( 1 9 9 6 ) 对我国1 9 9 5 年粉煤灰综合利用情况分 析结果表明，粉煤灰用于回填占粉煤灰总量的2 0 4 ，筑路占3 1 1 ，建工占1 0 0 9 6 ， 建材占3 0 。0 9 6 ，资源回收占0 4 ，农业占5 0 9 6 ，其它占3 0 9 6 。从用量及用途上看， 粉煤灰的利用主要是作为土木建筑材料，其中作为掺合材应用予水泥及混凝土的 粉煤灰占相当大的比例，用于道路建设的粉煤灰中有很大比例也是用作混凝土掺 合料，用于回填及路基的粉煤灰从技术上看也应属于混凝土的范畴，因此，粉煤 灰用于混凝土，特别是路用混凝土是粉煤灰利用的重要方式。在实际工程中如何 在保证混凝土的路用技术性能的前提下最大限度地提高粉煤灰的应用量，将具有 良好的技术、环境及经济效益。 第一章绪论 粉煤灰在混凝土中的应用，起源于2 0 世纪3 0 年代。在2 0 世纪6 0 年代以前， 粉煤灰主要用于取代混凝土中的细集料以改善混凝土的和易性，也是为减少粉煤 灰的处理费用。2 0 世纪6 0 年代以后，随着对粉煤灰特性认识的不断深入，粉煤灰 已经成为混凝土重要的活性掺合材料，特别是2 0 世纪七a 4 年代后，人们认识到 粉煤灰混凝土不仅可以用于普通混凝土领域，而且还能用于很多普通混凝土难以 适应的场所。粉煤狄的利用，已经由原来单纯的废物利用向粉煤灰的资源化利用 转变。 作为混凝土中的活性掺合材，粉煤灰的火山灰活性是影响其应用的关键。粉 煤灰的火山灰活性受原煤品种及品质、煤粉的制备工艺、燃烧的条件、粉煤灰的 收集方式、粉煤灰的储存方式等诸多因素的影响，是典型的非均质材料，其质量 的波动性也较大。粉煤灰的这种特性对粉煤灰在混凝土中的应用提出了较高的技 术要求，如何充分利用粉煤灰的活性。提高粉煤灰的掺量，同时保证及提高混凝 土的技术性能，是配制粉煤灰混凝土要解决的关键技术问题。 美国国家标准a s 硼c 6 1 8 将粉煤灰归结为火山灰质材料。由于美国火力发电 厂设备较先进，粉煤灰质量波动较小，因此粉煤灰的质量指标相应较宽松，美国 国家标准对粉煤灰品质的要求是给予充分肯定和积极的态度。英国标准b s 3 8 9 2 经 1 9 8 2 年和1 9 9 1 年修改后建议粉煤灰可直接作为混凝土掺合料，允许在所有强度范 围内，粉煤灰直接取代波特兰水泥可按现行的结构混凝和混凝土构件标准设计。 英国关于混凝土结构应用方面的标准b s 5 2 8 混凝土和b s 8 11 0 混凝土的结构 应用都准许，只要有足够的关于性能数据的情况下，可以不受规范对材料的限 定来选择混凝土用材料，这为有经验的工程师在保证性能的前提下充分地应用粉 煤灰材料提供了保证。我国标准j g j 2 8 8 6 粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规 程、g b j l 4 6 - 9 0 粉煤灰混凝土应用技术规范及g b l 5 9 6 - 9 1 用于水泥混凝土 中的粉煤灰对粉煤灰的技术性能提出了要求，根据粉煤灰的细度、烧失量、需 水量比、三氧化硫含量及含水量等将用于混凝土和砂浆中的粉煤灰分为三个等级， 同时还规定了不同用途时粉煤灰的最大掺量。相比于美国及英国国家标准，由于 我国粉煤灰质量自身波动较大且施工管理水平较低，我国对粉煤灰的使用范围及 用量要求较保守，在一定程度上影响了粉煤灰的大规模应用。随着我国粉煤灰应 用理论和技术水平的不断提高，粉煤灰的掺加技术日趋成熟，粉煤灰在工程上的 应用领域不断扩大，粉煤灰在混凝土中的应用已开始更多地与材料自身性能相结 合，这对提高粉煤灰的利用率，保证粉煤灰混凝土的技术性能具有积极的影响。 关于粉煤灰混凝土配合比的设计，现阶段在我国主要采用的方法有：调整系 数法、超量系数法、固定粉煤灰用量法、固定掺量比法等方法，现行国家标准粉 煤灰混凝土应用技术规程( g b j l 4 6 - 9 0 ) 和建设部标准粉煤灰在混凝士和砂浆 第一章锗论 4 中应用技术规程( j c j 2 8 8 6 ) 推荐粉煤灰混凝土配合比设计采用等量取代法、 超量取代法、外掺法，现在王德民等人又提出掺粉煤灰混凝土配合比的正交试验 设计及二元线性分析，通过正交试验建立混凝士强度与水胶比及粉煤灰掺量之间 的二元线性关系，这些方法对实际工程都具有较强的实用性和指导性。但是，以 上方法对粉煤灰的取代量、超量系数、粉煤灰胶凝效率系数等反映粉煤灰活性及 粉煤灰与水泥适配性的参数都未提出具体的确定方法。由于各地火电厂的生产工 艺流程不同，原煤不同，除尘设备及除尘工艺不同，各地的粉煤灰在成分、颗粒 特征上都有很大的差异，因而活性差异较大；加之各地生产的水泥矿物成分也不 尽相同，因此粉煤灰的应用不能照搬照用。对道路水泥一粉煤灰混凝土的配合比设 计方法进行研究，可提高粉煤灰在道路工程中的应用技术水平，具有重要的技术、 经济及社会效益。 本研究以最大限度地利用粉煤灰活性，提高粉煤灰使用量，同时保证混凝土 的性能为出发点，应用数值分析的方法，定量确定粉煤灰与所用胶凝材料适配的 合理掺量及超量系数，结合现行施工规范，依据等效的原剐提出水泥一粉煤灰混凝 土配合比设计方法。用此方法进行水泥一粉煤灰混凝土配合比设计，满足水泥一粉 煤灰混凝土的路用技术性能，同时对粉煤灰的资源化应用产生积极的影响，具有 良好的技术、经济和环境效益。 第二章粉煤灰的特性 第二章粉煤灰的特性 粉煤灰又称飞灰( f l y a s h ) 。由于煤粉在燃烧炉中与高速气流混合而悬浮燃 烧，从烟道气中回收的粉煤灰通常为球状颗粒，主要成分为s i o 。、a 1 。0 3 、f e 。0 。， 有时还含较高的c a o 。粉煤灰本身不具有或只有很弱的胶凝性质，但在水存在的情 况下与c a o 化合将会形成水硬性固体，即粉煤灰具有火山灰活性，屑于火山灰质 材料。粉煤灰在水泥混凝土中的应用，就是基于它的火山灰活性。粉煤灰的物理、 化学性质随原煤种类及来源、电厂生产工艺流程、除尘工艺等的不同差异较大， 甚至同一电厂排出的粉煤灰其性质差异都非常大，粉煤灰的特性将影响其在水泥 漫凝土中的“粉煤灰效应”，对粉煤灰在水泥混凝土中的应用产生重要的影响。 现代粉煤灰混凝土应用技术普遍认为，粉煤灰对混凝士性能的“粉煤灰效应” 影响，表现为形态效应、活性效应、微集料效应三个方面。在水泥混凝土中掺入 粉煤灰，由于粉煤灰球形颗粒的滚珠润滑作用，粉煤灰起到矿物减水剂的作用， 混凝士拌和物工作性因粉煤灰的加入得以改善；粉煤灰在水泥浆中的均匀分布， 为水泥水化产物均匀迁移提供有利空间，粉煤灰在水泥浆中的这种微集料效应及 中心质效应致使水泥石结构的均匀密实性提高，水泥石的质量随粉煤灰的加入而 提高；另外，粉煤灰的活性效应通过其与水泥水化产物的二次水化反应两体现出 来，粉煤灰与水泥水化产物中高碱性水化硅酸钙及氢氧化钙的二次水化反应生成 强度较高、抗腐蚀能力较强的低碱性水化硅酸钙，致使水泥石中的水化胶凝物质 数量提高；同时。二次水化反应使水泥石与集料界面过渡区氢氧化钙含量降低， 取向趋势减弱，过渡区性能得以改善。图2 1 、2 2 、2 3 是普通水泥混凝土、水 泥一粉煤灰混凝士、硅灰一粉煤灰双掺水泥混凝土5 个月龄期显微结构照片。从显 微照片可以看出，粉煤灰的加入，对水泥石微观结构有明显的改善作用。 第二章粉煤灰的特性 圈2 1 普通水泥混凝土的显微结构照片( 1 0 x 4 0 ) 圈2 2 水泥粉煤灰混凝土的丑徽结构照片( 1 0 4 0 ) 圈2 3 粉煤灰硅灰水泥混凝土的最徽结构照片( i o x 4 0 ) 6 第二章粉煤灰的特性 粉煤灰的综合效应，取决于粉煤灰自身的物理及化学特性，即与粉煤灰的密 度、堆积密度、颗粒密度、细度、颗粒形貌、需水性、烧失量及粉煤灰的矿物组 成等有关；同时与粉煤灰与水泥的适配性相关。要使粉煤灰效应得到充分的发挥， 就要求粉煤灰与水泥之间具有一定的适配性以提供反应物及反应界面。 2 1 粉煤灰的化学性质 就粉煤灰的化学组成而言，粉煤灰与同属于c a o s i 魄一a 1 ：0 。三元系统的高炉矿 渣、天然和人工火山灰、硅灰等硅质或铝质材料相似，属于火山灰质材料。粉煤 灰的性质随着原煤的变化及生产工艺的变化而变化，是典型的非均质材料。据统 计，我国的粉煤灰大多数为低钙灰，且烧失量较大，具有火山灰活性但无自硬性， 其化学成分一般变化范围( ) 如下表： 裹2 1 我国粉煤灰主要化学元素含量( 袁春林等1 9 9 8 ) 元素名称含量范围平均值 o4 7 8 3 s i1 1 4 8 3 1 1 42 3 5 0 a 16 4 0 2 2 9 11 5 2 6 f e1 9 0 1 8 5 13 8 4 c a0 3 0 2 5 1 02 3 l k0 2 2 3 1 01 0 4 m g 0 0 5 1 9 20 5 2 t io 4 0 1 8 0o 7 l s0 0 3 4 7 50 ，3 2 n a0 0 5 1 4 00 3 1 p0 0 0 o 9 00 0 4 c 10 0 0 o 1 20 0 2 其它 0 5 0 2 9 1 24 3 0 袅2 2 我国粉煤灰的化学组成( 质量) ( 冯乃谦邢镰) 第二壹粉煤灰的特性 其中大部分火力发电厂的粉煤灰成分为：s i o 。( 4 0 - - 5 0 ) 、a 1 ：o 描( 2 0 3 5 ) 、 f e 。0 。( 5 1 0 ) 、c a o ( 2 5 ) 、烧失量( 3 - - 8 ) 。 围2 4 粉煤灰等火山灰材搴斗与高炉矿渣、硅酸盐水泥 在c a o s i 0 2 a 1 2 0 3 系统中位置示意图 从图2 4 c a o - s i o ：一a 1 。0 。三元相图分析，粉煤灰的化学组分因受很多因素影响 波动非常大，表现为粉煤灰在三元相图中的分布区域较大。从粉煤灰在相图中的 位置看，粉煤灰在c a o - s i 0 2 一a l , o ，三元系统中介于天然火山灰和高炉矿渣之间，低 钙粉煤灰与天然火山灰有一定重合，但s i o ：含量要低些，而相应的c a o 、a 1 z 嘎含 量则比天然火山灰高；高钙粉煤灰与高炉矿渣也可能有一定的重合，但c a o 含量 比高炉矿渣低，而相应的粉煤灰s i o ：含量比高炉矿渣高。与矿渣等火山灰质材料 不同，粉煤灰的质量波动性要大得多。s t e v e n s o n ( 1 9 8 8 ) 、j o s h i ( 1 9 8 6 ) 、w e s c h e ( 1 9 9 1 ) 等的大量研究表明，粉煤灰的化学组成受煤的种类、煤的来源等因素影 响，同种粉煤灰不同的颗粒化学组成也有较大的差异。粉煤灰材料的这种化学组 分波动性将影响粉煤灰与水泥二次水化反应的进程及二次水化反应的生成物，对 粉煤灰的火山灰效应产生影响。 根据m c c a r t h y 等( 1 9 9 0 ) 研究的结果，粉煤灰的火山灰活性与粉煤灰的氧化 钙含量有一定关系，随氧化钙含量的增加，粉煤灰火山灰活性增加。t o k y a y 等 ( 1 9 9 2 ) 的研究结果表明，粉煤灰的水化速度与氧化钙含量关系很大，氧化钙含 量越高粉煤灰水化反应速度越快。高钙粉煤灰具有水化自硬性，其水化反应速度 第二章粉煤灰的特性 明显高于低钙粉煤灰。低钙粉煤灰在性质上更接近于火山灰，现代粉煤灰应用理 论认为，粉煤灰的火山灰活性是针对粉煤灰中的活性氧化硅和氧化铝，并且主要 是针对活性氧化硅而言的，不少研究者甚至将粉煤灰的火山灰活性等同于粉煤灰 中可溶性二氧化硅的含量。我国多数电厂粉煤灰的s i 0 2 十a 1 。o 。均在6 0 以上。美国 a s t m c 6 1 8 要求s i 0 一h l ：0 ，+ f e 舢7 0 ；日本j i s a 6 2 0 1 要求s i 0 ：4 5 ；前苏联标 准i o c t 6 2 6 9 要求s i o 。4 0 。前苏联专家认为a l a 含量为2 0 3 0 9 6 即属高活性粉煤 灰，a 1 。嘎 2 0 即属低活性粉煤灰。前苏联专家还提出用k 表示粉煤灰活性，并根 据k 值把粉煤灰分为四大类。 足：a 1 2 0 3 + c a o s i 0 2 衰2 3 k 值与粉煤灰活性 分类l i if f i 活性离 由 较低低 k 值 0 8 - i 00 6 - o 80 4 - 0 6 0 4 现有研究结果表明，在有水泥存在的条件下，粉煤灰颗粒表面形成硅酸盐水 泥水化产物c 峭一h 凝胶外壳，然后粉煤灰颗粒表面的玻璃体溶解，这种溶解的速 度与水泥基本系统孔隙中高浓度碱性水化产物溶液有关，粉煤灰与氯氧化钙及高 碱性c - s - h 凝胶反应形成钙硅比较低的c s h 凝胶，并且在c s - h 凝胶中连接硅 酸盐四面体的网架结构也有所不同。由于火山灰反应，氢氧化钙的含量要比素混 凝土中低。图2 5 反应了粉煤灰不同，其化学组分不同，水化产物的生成速度及 矿物组成也不同，表现出的火山灰效应也不同，对混凝土性能的影响也就不同。 第二章粉煤灰的特性 诗曩鬟 骑爆囊2 鞠慑袄 圉2 5 不同离钙粉媒灰的水化产物( t o k y a y 等1 9 9 2 ) 2 2 粉煤灰的颗粒形貌 借助于光学显微镜和扫描电镜及其它手段，沈旦申( 1 9 8 9 ) 和其他研究者 第二章粉煤灰的特性 r o h a t g i 等( 1 9 9 5 ) 根据颗粒形貌将粉煤灰分为五类：珠状颗粒、渣状颗粒、钝角 颗粒、碎屑、粘聚颗粒，并对其特征进行了描述。 ( a ) 低钙粉煤获( b ) 高钙粉煤灰 圈2 , 6 糟煤灰的颗粒形貌扫描电镜照片 裹2 3 粉煤炭中鞭粒的分类和特征 颗粒类型与 颗粒形貌与特征 粒径u密度 名称 m ( g c 一) 特性比例 薄壁空心球状，壁 数量少，约占 厚约为直径的1 0 活性高、质轻、绝 漂珠 3 0 1 0 00 4 _ 0 8 粉煤灰总量 左右，壁上常有孔热、绝缘、耐高温 1 一5 洞 空心 厚壁的空心球状玻活性高、质轻、强数量较多，可 珠沉珠 璃体，壁厚约为直 3 0 - 8 01 2 度高、绝热、绝缘、 达到总量的 径的3 0 左右耐高温、耐磨 5 0 状 颗 鱼卵状空心玻璃活性高、易碎、质 复珠 珠，壳内含有大量 1 0 0 - 2 0 0 1 左右轻、绝热、吸水率数量较少 粒 的微珠和碎屑 大 密实 实心的玻璃微珠， 表面光滑、颜色差 4 52 8 左右 活性高、绝热、绝数量较多，可 微珠缘、耐高温、高强达8 筛 异较大 富铁活性低、有磁性、 暗色 5 0 u m粗粒： 1 0 0 u m 根据粒度中微珠2 0 s 0 um 中粒2 0 5 0um中粒5 0 1 0 0 u m 细微珠 2 0um 细粒 9 4 。 表4 1 粉煤灰质量棱测数据( 按g 8 1 5 9 6 9 1 ) 4 5 u r a 方孔筛烧失量需水显比含水率密度粉煤灰等 筛余( )( )( )( )( g 7 e m 3 )级 宜宾粉煤灰 1 8 71 1 68 8o 5 22 2i i 重庆粉煤灰 1 5 44 59 80 6 02 3 2i i 第四章水泥粉煤灰混凝土的配合比设计方法 裹4 2 机制砂检测数据 细度模表观密度松装密度紧装密度松装空隙紧装空隙 数( g c m 3 ) ( g e r a a )( g c m 3 ) 率( )率( ) 宜宾机制砂 3 42 7 0 31 3 3 25 0 7 重庆机制砂 3 22 6 91 5 51 6 84 2 43 7 5 表4 3 碎石检测数据 最大粒径表观密度松装密度紧袈密度松装空隙紧装空隙 ( m m ) ( g c m 3 )( g c m 3 ) ( g c 一) 率( )率( ) 宜宾碎石4 0 2 6 4 91 2 9 75 1 o 重庆碎石 3 0 2 6 9 51 5 3 91 6 5 84 3 03 8 5 洼；砂石级配及其它未列指标均符合公路工程集科试验规程) y u o s 8 9 4 璺求。 4 1 2 配合比方案 下列表中使用符号如下： w - 一一单方混凝土水用量( k g m 3 ) c 一单方混凝土水泥用量( k g m ) f 单方混凝土粉煤灰用量( k g m 3 ) s f _ 单方混凝土硅灰用量( k g m 3 ) s - - - 一单方混凝土砂用量( k g m 3 ) g 一单方混凝土石用量( k g m ) f b - 一粉煤灰占胶凝材料质量百分数( ) k ，一粉煤灰超量系数 s f 8 - - - 硅灰占胶凝材料质量百分数( ) b l 一一胶水比 w b - 一水胶比 s p 一砂率( ) a - - - - - j b 加剂掺量( ) ( 以水泥质量计) t - - 一混凝土拌合物坍落度( 嘞) f o z - 一混凝土2 8 d 抗折强度代表值( 肝a ) f 。一混凝士2 8 d 立方体抗压强度代表值( 肝a ) k 一混凝土2 8 d 抗折强度与2 8 d 立方体抗压强度比值( ) 第四章水泥粉煤灰混凝土的配合比设计方法 水泥一粉煤灰混凝土配合比方案一： 采用宜宾双三牌普通4 2 5 r 硅酸盐水泥，2 8 d 胶砂抗压强度5 0 9 m p a 、抗折强 度7 2 3 m p a ( g b l 7 5 1 9 9 2 ) ：宜宾机制砂及宜宾碎石；宣宾粉煤灰等量取代水泥。 配合比方案如表4 4 表4 4 配合比方案一 试验编 单方混凝土材料用量c k g ) f 帕( )啪s p ( ) 号wcfsg j o00 4 24 21 6 84 0 0o7 6 l1 0 5 1 1 - 11 50 4 24 21 6 83 4 06 07 6 11 0 5 1 1 22 00 4 34 21 6 83 1 37 87 6 51 0 5 6 1 32 50 4 14 21 6 83 嗯1 0 37 5 61 0 4 5 1 43 00 4 24 21 6 82 8 01 2 07 6 11 0 5 1 i - 53 5o 4 24 21 6 82 6 01 4 0 7 6 l1 0 5 i 水泥一粉煤灰混凝土配合比方案二： 采用宜宾双三牌普通4 2 5 r 硅酸盐水泥，2 8 d 胶砂抗压强度5 0 9 m p a 、抗折强 度7 2 3 m p a ( g b l 7 5 - 1 9 9 2 ) ；宜宾机制砂及宜宾碎石；宜宾粉煤灰超量取代水泥。 配合比方案如表4 5 裹4 5 配合比方寨二 试验编单方混凝材料用量( k g ) f 1 3 ( ) w m s p ( ) k 号wc fsg 1 - 3 - 02 5o 4 】 4 2 1 01 6 83 0 81 0 3 7 5 61 0 4 5 1 - 3 - 12 5o 4 l4 21 21 6 83 0 81 2 47 3 01 0 4 5 1 - 3 - 22 50 4 14 21 51 6 83 0 81 5 56 9 31 0 4 5 卜4 _ o3 00 4 24 21 o1 6 82 鼬1 2 07 6 11 0 5 1 1 - - 4 13 00 4 24 21 21 8 82 8 01 4 47 3 21 0 5 1 1 - 4 - 23 00 4 24 21 51 6 82 8 01 6 8 81 0 5 t 水泥一粉煤灰混凝土配合比方案三： 采用重庆地维牌普通4 2 5 硅酸盐水泥，2 8 d 胶砂抗压强度4 5 1 m p a 、抗折强 度8 4 7 m p a ( 6 8 1 7 5 - 1 9 9 9 ) 重庆机制砂及重庆碎石l 丰京f j w - 3 高效减水剂 重 第四章水泥一粉煤灰混凝土的配合比设计方法 庆粉煤灰等量取代水泥。配合比采用正交设计方案，如表4 6 、表4 7 表4 6 配合比方案三因素水平裹 因素粉煤灰掺量 外加剂掺量( a ) 承乎 水胶比( w b ) 砂率( s p ) ( ) ( f b ) ( )( ) l0 4 40 5 60 8 20 4 91 0 4 91 0 30 5 42 04 21 2 40 5 9 3 03 51 4 单方混凝土材料用量( 1 【g ) 编号 胃b f bs pa wcf 2 - 10 4 4 ( 1 )0 ( 1 )5 6 ( 1 )0 8 ( 1 )1 8 04 0 9o 2 - 20 4 4 ( 1 )l o ( 2 )4 9 ( 2 )1 0 ( 2 )1 8 03 6 84 1 2 - 3 0 4 4 ( 1 )2 0 ( 3 )4 2 ( 3 )i 2 ( 3 ) 1 8 53 3 68 2 2 - 40 4 4 ( 1 ) 3 0 ( 4 )3 5 “)1 4 ( 4 ) 1 8 02 8 61 2 3 2 - 50 4 9 ( 2 )0 ( i )4 9 ( 2 )1 2 ( 3 )1 8 53 7 60 2 - 60 4 9 ( 2 )1 0 ( 2 )5 6 ( 1 )1 4 ( 4 )1 8 53 4 03 8 2 - 7 0 4 9 ( 2 )2 0 ( 3 )3 5 ( 4 )0 8 ( 1 ) 1 8 53 0 27 5 2 - 80 4 9 ( 2 ) 3 0 “)4 2 ( 3 ) 1 0 ( 2 )1 8 52 6 51 1 3 2 - 9o 5 4 ( 3 )0 ( 1 )4 2 ( 3 )i 4 ( 4 )1 8 53 4 3o 2 - 1 00 5 4 ( 3 )1 0 ( 2 )3 5 ( 4 )i 2 ( 3 )1 8 53 0 93 4 2 - 1 10 6 4 ( 3 )2 0 ( 3 )5 6 ( 1 )1 0 ( 2 )1 8 52 7 46 9 2 - 1 2 o 5 4 ( 3 )3 0 ( 4 )4 9 ( 2 )0 8 ( 1 ) 1 8 52 4 01 0 3 2 - 1 30 5 9 “)0 ( 1 )3 5 ( 4 )1 0 ( 2 )1 8 53 1 40 2 1 4 0 5 9 ( 4 )1 0 ( 2 )4 2 ( 3 )0 8 ( 1 )1 8 52 8 3 3 l 2 - 1 50 5 9 “)2 0 ( 3 )4 9 ( 2 )1 4 “)1 8 52 5 16 3 2 - 1 60 5 9 ( 4 )3 0 ( 4 ) 5 6 ( 1 )1 2 ( 3 ) 1 8 52 2 09 4 水泥一粉煤灰混凝土配合比方案四： 采用重庆地维牌普通4 2 5 硅酸盐水泥，2 8 d 胶砂抗压强度4 0 4 m p a 、抗折强 度7 5 3 m p a ( g b l 7 5 - 1 9 9 9 ) ；重庆机制砂及重庆碎石；丰京f j 霄_ 3 高效减水剂；成 苎! ! ! ! 里查望= 望堡茎塑塑圭墼墼窒些堡盐查婆塑 都东蓝星公司硅灰：重庆粉煤灰等量取代水泥。配合比采用正交设计方案，如表 4 8 、表4 9 。 裹4 8 配合比设计方案四因囊水平裹 因素粉煤灰掺量硅灰掺量( s f b )外加剂掺量( a ) 席乎 水胶比( 吖b ) ( 聃) ( )( )( ) l0 4 00o o 8 20 4 51 051 0 3o 5 02 01 01 2 40 5 53 01 51 4 单方混凝材料用量( 1 【g ) 编号 w bf b s f b a cfs f 3 1 0 4 0 ( 1 )0 ( 1 )0 ( 1 )0 8 ( 1 ) 1 6 04 0 00o 3 - 20 4 0 ( 1 )1 0 ( 2 )5 ( 2 )1 0 ( 2 )1 6 03 4 04 02 0 3 - 30 4 0 ( 1 )2 0 ( 3 )1 0 ( 3 )1 2 ( 3 )1 6 02 8 08 04 0 3 - 40 4 0 ( 1 )3 0 ( 4 )1 5 ( 4 )1 4 ( 4 )1 6 02 2 01 2 06 0 3 - 5 0 4 5 ( 2 )0 ( 1 )5 ( 2 )1 2 ( 3 ) 1 6 03 3 8o1 8 3 - 60 4 5 ( 2 )1 0 ( 2 )o ( 1 )1 4 “)1 6 03 2 03 60 3 - 70 4 5 ( 2 )2 0 ( 3 )1 5 ( 4 )0 8 ( 1 )1 6 02 3 17 l5 3 3 - 80 4 5 ( 2 )3 0 “)1 0 ( 3 )1 0 ( 2 )1 6 02 1 41 0 73 6 3 - 90 5 0 ( 3 )0 ( 1 )1 0 ( 3 )1 4 ( 4 )1 6 02 8 8o3 2 3 - 1 0 0 5 0 ( 3 )1 0 ( 2 )1 5 “)1 2 ( 3 ) 1 6 02 4 03 24 8 3 一1 10 5 0 ( 3 )2 0 ( 3 )0 ( 1 )1 0 ( 2 )1 6 02 5 66 40 3 - 1 20 5 0 ( 3 )3 0 ( 4 )5 ( 2 )0 8 ( 1 )1 6 02 0 89 61 6 3 - 1 30 5 5 “)0 ( 1 )1 5 ( 4 )1 0 ( 2 )1 6 02 4 7 0 4 4 3 - 1 4 0 5 5 ( 4 )1 0 ( 2 )1 0 ( 3 )0 8 ( 1 )1 6 02 3 3 2 92 9 3 - 1 50 5 5 ( 4 )2 0 ( 3 )5 ( 2 )1 4 ( 4 )1 6 02 1 85 81 5 3 - 1 60 5 5 ( 4 )3 0 ( 4 )0 ( 1 )1 2 ( 3 )1 6 02 0 48 7 o 4 1 3 试验检测结果 第蚪章水泥一粉煤灰混凝土的配合比设计方法 表4 1 0 方案一强度结果 编号f b ( )f 。f 。fk 1 一oo3 0 33 4 81 1 5 1 一l1 53 4 15 9 91 7 6 1 22 03 1 74 2 51 3 4 1 32 53 124 5 3 1 4 5 1 43 03 2 44 8 l1 4 8 i - 53 53 2 14 1 51 2 9 表4 1 l 方案二强度结果 编号f b k f c uf “k l - 3 - 02 5lo3 1 24 5 31 4 5 l - 3 - l2 5l _ 23 4 24 5 61 3 3 i - 3 - 22 51 53 4 34 5 81 3 4 l 一4 - 03 01 03 2 44 8 11 4 8 1 - 4 - 13 01 23 3 64 4 91 3 4 i - 4 - 23 01 53 1 94 2 51 3 3 表4 1 2 方案三强度结果 编号 f