粉煤灰在砼施工中的應用

楊祝

（重慶電力建設總公司，重慶 400060）

1 前言

粉煤灰是火力發電廠煙囪中收集到的細粉末，英文名flyash，故又稱為“飛灰”。其顆粒多呈球形，表面光滑，與火山灰質混合材料相比，其結構較細密，內比面積小，且對水的吸附能力小，需水量較小，優質粉煤灰配制的砼流動性大。并且由于粉煤灰的火山灰活性，在砼中能與水泥水化生成的Ca(OH)2發生反應而生成具有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，且能變硬發展強度，可用來替代砼中一部分水泥，配制而得的粉煤灰砼具有顯著的效益：

1.1 由于粉煤灰球狀粒形，需水量少，可改善砼拌和物的工作性，減少砼泌水，防止集料離析。

1.2 由于減少了水泥，也就減少了高水化熱的C3A、C3S，可降低水化熱，防止大體積砼產生溫度裂縫。

1.3 由于C3A，含量減少，提高了砼抗硫酸鹽腐蝕的能力。

1.4 粉煤灰水化消耗了砼中的Ca(OH)2，可減少由于堿-集料反應引起的膨脹。

1.5 粉煤灰的火山灰活性，可提高砼后期強度。

1.6 提高砼的密實性、抗滲性。

1.7 由于水泥生產過程（原料破碎、干燥、初磨、煅燒、細磨）需耗能，而粉煤灰是由非常細小的顆粒構成的，無需加工即可投入使用，既解決了火力發電廠的環境污染問題，又得到高效節能的綠色建筑材料。

2 粉煤灰及粉煤灰砼的技術性質

2.1 粉煤灰的技術性質

粉煤灰(Fzysh)是燃燒粉煤灰后收集到的灰粒，亦稱飛灰。它可以作為生產水泥的原料；而在工程中，大量是用于作為混凝土的組成材料。供拌混凝土的粉煤灰主要從下列兩方面考察其性能。

2.1.1 化學成分。粉煤灰的化學成分與煤的品種和燃燒條件有關，一級燃燒煤和無煙煤鍋爐排出的粉煤灰，其SiO2含量為45%～60%，Al203。為20%～35%；Fe03為 5%～10%，CaO含量約為5%左右，燒矢量約為5%～30%，但多數不大于15%。粉煤灰的化學成分中硅、鋁和鐵的氧化物的含量是評定粉煤灰在混凝土中應用的主要指標。通常低鈣粉煤灰，這些氧化物含量可達75%以上。

2.1.2 技術指標用于拌制混凝土作為摻合料的粉煤灰，按我過國現國標《粉煤灰混凝土應用技術》(GB164～90)規定，粉煤灰的質量標準有下列四項：①細度 細度是以45μm方孔篩的篩余量表示。②需水量比 是指在相同流動下，粉煤灰的需水量與硅酸鹽水泥的需水量之比。③燒失量 是指粉煤灰在高溫的灼燒下損失的質量。④SO3含量粉煤灰中SO3含量超過一定限量，可使混凝土后期生成的有害鈣礬石，導致危害。S03含量是測定硫酸含量計算。

2.2 粉煤灰混凝土的技術性質

粉煤灰摻入混凝土后，不僅可以取代部分水泥，而且能改善混凝土的一系列性能。根據現代研究認為，粉煤灰在混凝土中，能與水泥互補短長、均衡協合，所以粉煤灰可以充當混凝土的減水劑、釋水劑、增塑劑、密實劑、抑熱劑、抑脹劑等一系列復合功能的基本材料。

3 粉煤灰混凝土施工中的應用

3.1 粉煤灰在使用的優點

①在混凝土中摻加了粉煤灰節約了大量的水泥和細骨料；②減少了用水量；⑦改善了混凝土拌和物的和易性；④增強了混凝土的可泵性：⑤減少了混凝土的質變：⑥減少水化熱、熱能膨脹性；⑦提高混凝土抗滲能力；⑧增加混凝土的修飾性。

3.2 粉煤灰的摻加也對混凝土的使用產生了一定的副作用

3.2.1 抗凍性降低

經研究發現，摻加了粉煤灰的混凝土較基準混凝土抗凍指標有所下降，如要提高抗凍性能，則要提高強度或延長養護齡期。

3.2.2 抗剪強度、粘結強度有所降低

粉煤灰在使用中利遠大于避，粉煤灰在混凝土中貢獻還主要取決于其品質及對它的效應發揮的程度。盡管現在對粉煤灰效益的理解還是比較淡薄，但粉煤灰效應是形態效應、活性效應和微集料效應等三種效應的綜合，這一粉煤灰的顆粒形態特征直接影響新拌混凝土的需水量保水性以及流變性質，它決定混凝土初始結構，也奠定了硬化混凝土的基本結構。

3.3 砼施工中摻粉煤灰混凝土的配合比設計

現在很多混凝土施工中摻用粉煤灰的配合比都是采用超量取代法。

3.3.1 配合比設計原則摻粉煤灰混凝土的配合比設計，是以基準混凝土(即未摻粉煤灰的混凝土)的配合比為基礎，按等稠度、等強度等極的原則，用超量取代法進行調整。

所謂“等稠度”和“等強度”等級，是指配制成的粉煤灰混凝土具有與基準混凝土拌和物相同的稠度和硬化后指定齡期的強度等級相等。所謂“超量取代法”是粉煤灰總摻入量中，一部分取代等體積的水泥，超量部分粉煤灰取代等體積的砂。

3.3.2 配合比設計摻粉煤灰混凝土的配合比設計共有七種，下面就介紹其中最典型的一種水下C25混凝土的配合比設計。

3.3.2.1 設計情況

混凝土的抗壓強度等級為C25，使用部位：基礎鉆孔樁。

3.3.2.2 原材料情況

水泥采用普通硅酸鹽水泥。各項指標經檢驗均合格：碎石由規格為1-2cm。該碎石級配、含泥量、針片狀含量等指標均符合要求。所用砂為砂場生產的機制砂，該砂石粉含量小于7%(亞甲藍試驗MB值小于規定值)，經篩分試驗確定為粗砂，符合設計要求；所用粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，各項指標均滿足II級粉煤灰標準。

3.3.2.3 水泥混凝土配合比計算設計中C25水下混凝土為基礎鉆孔樁灌注用，考慮到施工特殊環境，其水灰比、水泥用量、坍落度、砂率等指標方面較普通混凝土提高標準，按照國家標準JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規程》要求的計算方法和步驟，同時參照有關技術要求進行。

3.3.2.4 計算基準混凝土配合比

根據普通混凝土配合比設計方法，計算得基準配合比。工作性滿足施工要求后，混凝土拌和物的基準配合比為：水泥：水：砂：碎石=418：230：701：1051

3.3.2.5 粉煤灰配合比設計

粉煤灰配合比設計是以基準配合比為基礎，用粉煤灰超量取代法進行計算調整，最終達到目的。

A選取粉煤灰取代水泥率為15%

B按取代水泥率計算出水泥用量(C)C=CoX(1-f)=418×(1-0.15)=355kg/m3

C選定粉煤灰超量加入時后超量系數

根據GBJl46-90中規定，Ⅱ級粉煤灰的超量系數范圍在1.3-0.7之間，此配比，選k=1.3

D計算粉煤灰的摻量

F=K(Co-C)=1.3×(418-355)=82kg/m3

E計算粉煤灰超出水泥的體積

F多余的粉煤灰量用來取代砂的量，所以1m3混凝土中砂的實際用量為：S=S0-Vs×ρs=701-0.017×2640=656kg/m3

G水和石子用量維護基準混凝土用量

H按以上材料各比例進行試拌、混合料在砂的用量不進行調整的情況下，再增加1kg/m3的粉煤灰，工作性才可以滿足施工需要。

I求出粉煤灰混凝土配合比

3.3.2.6 檢驗強度，確定試驗室配合比

確定一個基準配合比后，采用水灰比0.50，0.55，0.60 分別拌制三組混凝土拌和物，保持粗骨料用量不變，但砂率可以相應增加或減少1%，用水量亦保持不變，進行混合物拌和，按規范要求制成混凝土抗壓試塊，在溫度20±30C相對濕度大于90%條件下進行養護，測得7天抗壓強度達到試配比強度的70%以上方可使用。

4 結語

粉煤灰混凝土比基準混凝土凝結時間慢，水化熱低，坍落度損失少，后期強度高，抗滲性能和干縮性等方面都有所改善，抗凍，碳化性能有所下降。粉煤灰混凝土不僅能節約水泥，還減少了細骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經濟效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環境污染，因此，具有一定社會效益。

[1](英)德海爾(Dhir.R.K).粉煤灰的試驗研究及其工程應用，1992.1.

[2]《粉煤灰在混凝土和砂漿中應有技術規程(JGJ 28-86)》中國建筑工業出版社出版.