大摻量粉煤灰技術在混凝土中的推廣應用

劉文運

1 概述

在保證混凝土質量和耐久性的前提下，降低混凝土成本一直是我們極力追求的目標。一般采用的方法都是在混凝土中用價格低廉的粉煤灰替代水泥，從而降低混凝土的成本。在以往的混凝土配合比設計中，由于對粉煤灰的性質了解不夠，粉煤灰取代水泥不超過20%，相對較低。從2009年開始，我們土建試驗室對大摻量粉煤灰(≥30%)作為課題進行了大量的試驗研究，根據試驗結果分析，粉煤灰替代水泥的理想摻量為30%～50%。如果將大摻量粉煤灰技術應用在我公司在建或新建工程中，經濟效益是相當可觀的。因此，建議在今后的工程中，公司要求在混凝土施工中，必須采用大摻量粉煤灰技術。

2 大摻量粉煤灰混凝土的優良性能

2.1 拌合物性質

大摻量粉煤灰混凝土的拌合物具有良好的粘聚性，能減少泌水。同時，其和易性與粉煤灰的質量、外加劑品種及摻量等關系密切。總的來說，只要大摻量粉煤灰混凝土的配合比恰當，攪拌時間充分，其工作性能能夠滿足不同工程的要求。當所設計的大摻量粉煤灰混凝土需要引氣時，粉煤灰的燒失量對引氣效果非常顯著，高摻量與高碳量結合，會使引氣變得很困難。即使是用低含碳粉煤灰配制的大摻量粉煤灰混凝土，引氣后的氣泡保持能力也相對較差。因此，對于引氣的大摻量粉煤灰混凝土，需要通過適宜的施工工藝措施確保大摻量粉煤灰混凝土入倉后的含氣量滿足設計要求。如果不考慮外加劑的影響，大摻量粉煤灰混凝土的凝結時間和以往低摻量粉煤灰混凝土一樣，隨摻量增加凝結時間有所延緩，延緩的程度與水泥品種，粉煤灰的品質有關。大摻量粉煤灰混凝土通常還同時摻用高效減水劑或引氣劑且計量較大，因此，凝結時間還受高效減水劑或引氣劑用量的影響，當它們用量非常大時，大摻量粉煤灰混凝土有時1 d乃至2 d都不能拆模。但使用活性激發劑可明顯加快凝結時間，使其與普通混凝土的凝結時間基本相同。此外，溫度對大摻量粉煤灰混凝土凝結時間及早期強度的影響，比普通混凝土和低摻量粉煤灰混凝土更為顯著。

2.2 良好的和易性

試驗結果表明，在混凝土中采用大摻量粉煤灰技術后，混凝土拌合物具有良好的和易性，能減少泌水，更好的滿足施工。同時，其和易性與粉煤灰的質量、外加劑品種及摻量等關系密切。總的來說，只要大摻量粉煤灰混凝土的配合比恰當，攪拌時間充分，其工作性能能夠滿足不同工程的要求。

2.3 大大提高混凝土的耐久性

大摻量粉煤灰在混凝土中不僅能夠降低混凝土的生產成本，降低環境污染程度，更重要的是它能夠改善混凝土的和易性和可泵性，降低坍落度損失，減少混凝土的早期開裂現象，提高混凝土的耐久性。

試驗結果表明，在混凝土中采用大摻量粉煤灰技術后，混凝土的密實度大大增加。這樣就大大減少了離子擴散率，獲得優良的抗腐蝕性和耐久性。

2.4 對混凝土的顯著增強作用

試驗結果表明，大摻量粉煤灰混凝土的后期強度(28 d，60 d)比普通混凝土后期強度高130%以上。

2.5 配合比設計及試驗結果分析

試驗原材料選用:P.O42.5水泥、Ⅰ級粉煤灰、中粗砂(細度模數2.8～3.0)、碎石(5 mm ～25 mm 連續級配)、外加劑選用太原小店SMC高效減水劑、自來水。以C30和C35為例，配合比設計及結果分析如表1～表3所示。

表1 混凝土配合比1

表2 混凝土配合比2

表3 混凝土的工作性能及強度

由表1可看出粉煤灰的摻量可選用30%～50%，按照GBJ 146-90粉煤灰混凝土應用技術規范規定，依據施工時間的氣候條件、結構部位及工程進度的要求，在保證工程質量的前提下，考慮經濟效益，因為粉煤灰的價格是水泥價格的26%，因此在地下部分采用摻量50%的配合比，地上部分采用30%～40%的配合比。

3 大摻量粉煤灰技術對外加劑的要求

大摻量粉煤灰技術的應用，最關鍵的環節是對混凝土外加劑有嚴格的要求，即混凝土外加劑中，必須含有一定比例的粉煤灰激發劑，粉煤灰激發劑改變了以往混凝土配合比設計中粉煤灰摻量低(≤20%)的不足。

激發劑能有效改善大摻量粉煤灰混凝土早期強度低的問題，而且可以在降低水泥水化熱的同時，延緩混凝土早期散熱峰值的出現，并使混凝土具有良好的耐久性。

粉煤灰激發劑應用到混凝土中，不但能夠充分激活粉煤灰的活性，而且能顯著提高混凝土中粉煤灰的摻量(≥30%)。因此，建議公司在以后新建工程對混凝土外加劑選擇上，必須要求外加劑中含有粉煤灰激發劑。

粉煤灰激發劑在混凝土中的作用:將硫酸鹽+堿復合激發劑加入大摻量的粉煤灰、水泥漿體中激發粉煤灰的早期活性，通過凈漿宏觀力學試驗和水化熱測定，分析了激發劑對混凝土早期強度和水化熱的影響，結果表明，摻加激發劑能有效改善大摻量粉煤灰混凝土早期強度低的問題，而且可以在降低水泥水化熱的同時，延緩混凝土早期散熱峰值的出現，并使混凝土具有良好的耐久性。

4 可觀的經濟效益

大摻量粉煤灰技術首先在國投大同電廠項目進行了應用，在2009年采用大摻量粉煤灰技術共澆筑混凝土37316 m3，其中使用粉煤灰5120 t，即節約水泥5120 t。水泥單價490元/t，粉煤灰單價70元/t，實際降低大約200萬元。

截至2010年10月底，克旗項目部在混凝土施工中，大摻量粉煤灰混凝土澆筑約21578 m3，使用粉煤灰約2800 t，節約水泥約2800 t，混凝土成本減少約72萬元;其中C30混凝土平均強度35.4 MPa，最小值為 30.5 MPa，標準差為 2.46;C35 混凝土平均強度 38.2 MPa，最小值為 35.8 MPa，標準差為 1.75，混凝土強度及耐久性均滿足設計要求。

5 建議

大摻量粉煤灰技術的應用，對混凝土成本的降低有著非常明顯的效果，因此，建議我公司在今后的新建工程中，要求項目部在混凝土施工中，必須采用大摻量粉煤灰技術，并且要形成制度。

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