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应用摘要：混联I.中掺适址的粉煤灰，能改善混凝土的性能，降低匸程成本。重点探讨不同品质的粉煤灰在取 代或超代水泥配制混凝土的原材料选择，粉煤灰混凝丄的配合比设计及施匚注总爭项。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配合比。关键词：粉煤灰：混凝土：配合比设讣：施匸注意爭项：原材料选择混凝土中掺人适虽的粉煤灰.既可降低工程施工成木.改善混凝上的和易性、可泵性，增加混凝丄的黏 性，减少混凝上离析与泌水.又可使混凝上的凝结时间相对延长.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应的危害。但也存在粉煤灰品质波动大，混凝土早期强度偏低的缺点。若在配合比

2、设汁时，对原材料、粉煤灰取代率及超掺虽系数作正确选择.其混凝土能满足设计施匚嬰求。木文论述桥 梁结构中C25灌注桩、承台，C30墩傭及墩身.C40、C50后张法倾应力混凝土箱梁的粉煤灰混凝上配合 比设讣，原材料选择及施工注意事项。1原材料（1）粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品质分为L IK III3个等级.主要技术抬标见表1。表I粉煤灰质技术指标%等级细度（45 nm）需水Eso.倉水駐112W5W95WIn20105m45W156060W201C60-C40N120=13喷出火成岩4 ；C35-C1080C30水成岩包括石庆岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩石英岩 等;深成火成岩包括花岗岩等；喷出

3、火成岩包话玄武岩等。碎石宜选择连续级配碎石，单粒级碎石易引起混凝上离析。C40以下混凝上宜选择最大粒径不大于315 mm碎石.粒径过大会引起混凝上在运输.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|山】。因为。40以上）昆凝丄（特别是C50混凝上）水泥浆较富余而大粒径集料比同质址小料径集料 表浙枳小.其与砂浆粘结面枳小.粘结力低且混凝上的均质性差.所以用大粒径集料不可能配制出商强度 混凝土。粗集料的颗粒形状、表面持征对混凝丄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 择表面粗糙多棱角，颗粒近似立方体的碎石。C40以下混凝上中的针片状碎石总含量应不超过15%

4、,在C50 混凝上中不宜超过8%。外加剂：通常选用商效减水剂、高效缓凝减水剂.高效早强减水剂.如NF. UNF、JC等。商效减水剂同时具有増加混凝上强度和流动性的作用。掺商效减水剂的混凝土坍落度损失一般较快，施 工时最好采用后掺法.这样可提商岛效减水剂减水作用使混凝上的流动性増加在温度低于81(TC时， 商效减水剂虽能増加和易性.但増加强度的作用大大降低.所以两效减水剂宜在春秋季节使用拓效缓凝减水剂有利于控制水泥的早期水化使混凝上拌和物坍落度损失小。一般來说.掺虽大时凝结 时间相应増长.但掺址过大会降低早期强度，通常根据施1：季节调整掺址。尚效缓凝减水剂宜在夏季或结 构复杂、配筋密集的构件中使

5、用.这样可避免形成冷缝.方便施匸的安排。高效早强减水剂一般在冬季使用，能提高混凝土的早期强度，使用时婆慎重，因为岛效早强减水剂能加 快早期强度的发展.但混凝上的后期强度一般会降低。试配时要认真做好验证工作。2粉煤灰混凝土的配合比设计粉煤灰混凝土的配合比设计.以基准混凝丄配合比为基础.按等稠度、等强度的原则，用超虽取代法进 行调整C粉煤灰混凝丄配合比设il的主要目的是确定一个经济的混合材料垠佳组合.主要设汁于段是通过 试验、试配來完成。设讣方法如下：根据混凝土设计强度,il算试配强度如式(1):人如1ZM(I)式中：一混凝上的施匸配制强度.MPa：九k一混凝土的设计强度,MPa：6-施:収位的混

6、凝上强度标准差。无近期同一品种混凝上强度资料时.混凝上强度等级分别为低干20. 2535和大于35时.其强度标准 差6分别可取40. 5. 0和60o确定基准配合比。其方法与普通混凝上配比设计方法相同，即确定水灰比，用水虽及水泥用址，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。3梢品资料推荐表3粉煤灰取代水泥百分率氏值CISC20C25-C30取代晋通硅酸盐朮泥13-2501515-20取代矿渣硅馥盐水泯倍201010-15通常C30以下混凝土.収代率选择10%- 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.取代率不超过10%。计

7、算每立方粉煤灰普通混凝上的水泥用虽（C）见式（2） 1我）式中：Gl基准混凝土的水泥用量.kg：一粉煤灰取代水泥百分率。确定粉煤灰超虽系数，如表4所示。袤4粉煤友翅jt系数粉煤灰级别1IIin超就系数（8U10-1.4 （C25以下取上隈）1.2-L71.5-2.0 （C25以上取下限）通常：C30以下混凝丄用II级灰时.超虽系数取15或16O C40以上混凝上用I级灰时，超虽系数 収1.3或14。每立方混凝土中粉煤灰的用虽（F）按式（3）计算：晦（C4式中：&_粉煤灰超虽系数。用绝对体积法求出粉煤灰超出水泥的体枳，按粉煤灰超出的体枳，扣除同体枳的细料用址.碎石用虽不 变。混凝土中砂用fits

8、按式（4）计算。g-（C/p 尹P 厂 S）5式中：S。一基准配合比的砂用虽:：Ps 一砂相对密度：C。一基准混凝土的水泥用址：c 一粉煤灰混凝丄中水泥用址：Pc 一水泥相对密度：F 粉煤灰混凝上中粉煤灰用虽:Pf为粉煤灰相对密度（一般取22g/cn ） o粉煤灰混凝土的用水址.按基准配合比的用水址选取。根据il算得到粉煤灰混凝丄配合比，在试配确保和易性.水灰比不变的基础上，进行配合比的试拌调整。 根据调整后的配合比，确定为粉煤灰混凝土的理论配合比c3粉煤灰混凝土施工注意事项（1）对每批进入施匸现场的粉煤灰均需认真检验，测定粉煤灰的细度.烧失虽、需水虽比等。（2）掺粉煤灰的混凝上，施匸中拌和时

9、间要比基混凝土延长30 S.以便混凝土拌和均匀。（3）正确振捣.避免过振引起混凝上表面形成浮浆层。同时，须保证振捣密实，确保构件的外观质虽 与内在质虽:。（4）加强粉煤灰混凝上养护.保持混凝土表面湿润，通常潮湿养护14d热天或干燥气候潮湿养护不 得少于21 d。（5）对早期强度要求岛的构件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因为冬季气温低，不利于粉 煤灰的火山灰反应。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配合比见表5。* s不間暹决尊级的合比盘畫土St i. ft?fi 比/mmKfESat/MPii/MPa-吩4決眞砂缁石3d7 d28 37.825 tt-

10、2ISO2897?10423.490Q的21552437.2CM168359?5I13266.1030.46813525.8*7!434CM KM168323712im6.4470.44.114S2L631.441.2CW-I17243R-W210979.8840 393ISOMB41.351.8C40I1723WI0Q782800.3741552X53.850.9CM16749109$熱20Q网1504?r752.9$283怡IPcwa-i16744264636low10.120J3015541950.66IX)3.90x1 (T表5中水泥为金猫水泥厂P. 042. 5水泥：粉煤灰C25.

11、C30为II级灰，C40. C50为I级灰。减水剂为 JC 一 3型。黄砂满足II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2. 70： 碎石满足II类碎石婆求.粒径为5-25 mm连续级配。C25基一 1、C25粉一 1为钻孔灌注桩混凝土配合比. 其余为泵送混凝丄配合比。5箱品资料推荐用于水泥混凝土的粉煤灰的技术要求1.4用干水泥混凝上的粉煤灰的技术要求按照国家标准用干水泥和混凝上中的粉煤灰（GB/T 1596-2005）.拌制混凝上用的粉煤灰分为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锻烧收集的.其CaO含虽不大于10%或游离 CaO含

12、址不大于1%： C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤燉烧收集的.其CaO含虽大于10%或游离CaO含虽大 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。混凝丄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）F类粉煤灰（不大于/%）C类粉煤灰12.025.045.0需水虽比，不大于/%F类粉煤灰C类粉煤灰95.0105.0115.0烧失虽.不大于/%F类粉煤灰C类粉煤灰5.0&015.0含水虽，不大于/%F类粉煤灰C类粉煤灰1.0三氧化硫，不大干/%F类粉煤灰C类粉煤灰3.0游离氧化

13、钙，不大于F类粉煤灰C类粉煤灰1.04.0安定性（宙氏夹沸点后增加距离）F类粉煤灰不大于/ mmC类粉煤灰5.0与F类粉煤灰相比，C类粉煤灰一般具有需水虽比小、活性岛和自换性好等特征。但由于C类粉煤灰中往 往含有游离氧化钙.所以在用作混凝上掺合料时，必须对其体枳安定性进行合格检验。混凝土丄程选用粉煤灰时应按粉煤灰混凝土质址技术规范（GBJ 146-90） o对于不同的混凝丄 工程.选用相应等级的粉煤灰：(1) 1级灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混M L：(2) 11级灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土:(3) 111级灰主要用于无筋混凝上：但大于C30的无筋混凝土,宜采用I、II级灰

14、：(4) 用于预应力混凝上、钢筋混凝上及设汁强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级如试验论 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基本效应1.5粉煤灰在混凝上中的基木效应粉煤灰在水泥混凝土中主要有三个基木效应即形态效应.火山灰效应和微集料效应。控制这三个效应 向有利方向发展，即可利废为宝、改善混凝丄的性能。(1) 形态效应粉煤灰的形态效应.主要是指粉煤灰的颗粒形貌、粗细、表面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商流动性。粉煤灰的密度小于水泥. 因而等虽替代后可増加浆体的体积，从而改善对粗细集料的润滑程度.也有

15、利于提商混凝丄拌合物的流动 性。此外.还可以提高混凝上的匀质性、粘聚性和保水性。劣质粉煤灰由于含有较笋不规则的多孔颗粒和未燃尽的碳.而导致需水址増加和保水性变差，对混凝 土帶來负面效应。(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氣化钙和水发生水化反应(该水化反应亦称二次反应)，生成具有水锁性特点 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. 该水化反应在28d时较弱，特别是在7d以内，而在28d以后逐步明显。粉煤灰的细度越大，即颗粒越小，活性

16、越商，水化反应能力越商;温度越商水化反应能力越强，强度増长越 快。温度低于5时该水化反应基木停止.强度发展缓慢.火山灰效应可以提扁混凝丄以后的强度，以后的强度婆拓于不掺粉煤灰的混凝土，且龄期越长该差界 越大。因而对早期承载能力耍求不大的匸程可利用其60 90d. 180d时的强度。（3）微集料效应粉煤灰微珠具有极商的强度.其填充在水泥颗粒间的空隙，疏减少了毛细孔隙，又起到r微骨架作用。 随水化的不断进行.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商.这也有利于提商粉煤灰 的微集料效应。除上述三个基木效应外.粉煤灰还有许女其它效应，如免疫效应（抑制就集料反应效应.提岛耐腐蚀性 效应等）、

17、减热效应（降温升效应）、泵送效应等.不过这些效应都离不开上述三个基木效应。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1.95-2.36之间.松干密度在450kg/nP700kg/nf范囤内，比表面枳在220 kg/nV588 kg/m】之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性.在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘 性上的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷栽作用下具有一定的压缩性，同比粘性上其斥缩变形要小的多。粉 煤灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升拓度与压实度有着密切关系。粉煤灰是一种商度分散的微细颗粒集合体.主要由氧化硅玻璃球组成，根据颗粒形状可分为球形颗粒与 不规则颗粒。

18、球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠，若据其在水中沉降性能的差界，则可分 出飙珠.轻珠和沉珠：不规则颗粒包括藝孔状玻璃体.女孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。通常用扫描电镜來观察粉煤灰的颗粒形貌。扫描电镜可以观察到粉煤灰的绝大部分粒径范可以从 lpm到400pm。通过电镜可以观察到小颗粒粉煤灰表面为表血光滑的球形颗粒较大颗粒的粉煤灰（ 250pm）形状则不规则。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，岛钙粉煤灰的颗粒表面粘附有很多微粒.而低钙粉煤灰的表而则显得比较光滑。（a）低钙粉煤灰（b）为岛钙粉煤灰图1粉煤灰的颗粒形貌扫描电號图片粉煤灰的

19、产生粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，是丄业三废、之一。锅炉在操作时.煤粉与商 速气流混合在一起喷入炉膛的燃烧带中.使煤粉颗粒里的有机物质得到充分的燃烧.但燃烧的完全程度 取决于锅炉的效率和操作的水平.炉膛温度一般是很难测准的.运行良好的现代化电厂的煤粉炉炉膛最岛 温度可能达到或超过1600C.足以使灰分中除了少虽石英（细粒的结晶）以外的所有矿物全部熔融。可是卷 数旧电厂锅炉的实际燃烧温度婆比上述温度低得多.在较低的温度下.只能熔融一小部分的无机物质.而 且炉膛温度并不是十分均匀的，因此即使在同一锅炉中.粉煤灰烧成的条件也不相同，更不必说不同的锅 炉了。在燃烧过程中，煤炭中的无机

20、杂质也发生了一系列的反应和变化，包括达到不同的温度时，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，还有碱在岛温下也要挥发. 其中较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融.到了炉膛外面.受到腺冷.就将熔融时由于表面张力作用 形成的圆珠形态保持下來，成为玻璃微珠.煤粉粒子越细，越容易成球其中有些熔融的微珠内部，截留 了炉内气休.形成了空心微珠。另有一些微珠，团聚在一起或粘连在一起.就形成鱼卵状的复珠（即子僚珠） 和粘连体.也有一些來不及完全变成液态的粗灰，结果变成了渣状的命孔玻璃体（海绵状玻璃）。在冷却过 程中也有一些冷却比较缓慢而再结晶的矿物以及在颗粒表而上生成的结晶矿物、化合物和独自存在的未熔 融石英等矿物。从煤块磨成煤粉.把原來团聚的矿物磨粹.因此每一颗煤粉粒子的矿物成分也是不同的， 燃烧以后.每一粒粉煤灰的成分、I然也不可能相同.所以粉煤灰化学成分分析也只能是表示粉煤灰中各种颗粒混合