淺析粉煤灰混凝土配合比設計及應用

李文莉,王旭明,袁吉娜

(1,3河南省水利科學研究院 河南省水利工程安全技術重點實驗室,450002;2.黃河勘測規劃設計有限公司,450003)

在混凝土中摻雜一定量的粉煤灰，不僅能夠有效節約混凝土當中水泥的成分，有效降低了施工成本，并且對于改善和提升混凝土的和易性有著非常明顯的作用，對于增加混凝土的整體粘性，還有有效降低混凝土和泌水的分離，同時還可以使得混凝土的凝結時間加長，材料損失性較少，有效降低了水化熱，能夠有效減少并且消除出現在混凝土當中的堿性材料產生的不當危害，并且有效減少溫度變化以及混凝土的內應力，有效抑制因為溫差造成的裂縫，但是也有可能存在著因為粉煤灰的品質太差或者說波動大，而出現混凝土強度偏低并且極易碳化這一缺點。在進行配合比設計的時候，應該對原材料以及粉煤灰的取代率進行正確的選擇，使得混凝土能夠充分滿足施工需求。

1 原材料

1.1 粉煤灰

被運用于混凝土當中的粉煤灰可以按照摻雜的比例分為三個等級，分別是I、II、III三個等級，主要的技術指標相見下表1。

在進行橋梁結構設計的時候，混凝土和粉煤灰的配合比進行設計的時候，一般較長使用I和II級的粉煤灰，I級粉煤灰一般運用到強度高于40Mpa的混凝土結構中，II級粉煤灰一般被運用到強度等于或者小于C30的混凝土強度中，比如說樁基、立柱以及承臺等等。

粉煤灰的活性：一般認為，粉煤灰如果越細，則其比表面積將越大，意味著粉煤灰的活性將越加容易被激發出來，所以，粉煤灰如果越細的話，則混凝土的強度也就越高，其耐久性也比較好。粉煤灰的燒失量對于水性的需求影響也是比較明顯的，隨著粉煤灰的燒失量增加，粉煤灰的需水量也在逐漸增加。粉煤灰的細度以及需水量，還有燒失量都有很大的關系，通常來說，如果粉煤灰的需水量比較小，則其對于混凝土的性能比較有利，而且需水量越小的話，對于混凝土的性能將越加有利。如果含水量太高的話，將有可能降低所有粉煤灰的活性，而且直接影響到粉煤灰的使用效果。三氧化硫的含量將直接影響到混凝土的強度以及混凝土的凝結時間，并且粉煤灰中含有的三氧化硫含量太多的話將有可能導致硫酸鹽的侵蝕。

1.2 水泥

如果混凝土的強度低于C30的時候，則可以選擇使用32.5或者是42.5的普通的硅酸鹽水泥；如果混凝土的強度等級高于C30的時候，則可以選擇使用42.5或者是52.5的較濃的硅酸鹽水泥或者是較為普通的硅酸鹽水泥。

1.3 黃砂

在能夠滿足II類砂的基本要求之下，最先選擇級別較高的配合程度較好的江砂或者是河砂。并且砂的細度模數需要控制在2.4—3.0之間，對于C50的混凝土使用砂的細度模數應該控制在2.6—3.0之間。

1.4 碎石

粗集料的級配、強度以及顆粒形狀，還有表面特征等等都會對混凝土的強度以及耐久性產生非常重要的影響。因此，所使用的碎石應該盡量滿足II類的碎石技術的基本要求。在選擇碎石的時候應該盡量選擇具有連續級配的碎石，因為單粒級的碎石和混凝土進行配置的時候易性交差，并且容易產生離析情況發生。粗集料的表面特征以及顆粒形狀都對混凝土的粘性產生很大影響。C40以下的混凝土內的針片狀的碎石其總體含量應該不超過15%，而在C50的混凝土中最好不應該超過8%。

1.5 外加劑

一般選用比較高效的減水劑，還有高效混凝的減水劑等等。高效減水劑能夠有效增強混凝土的強度以及流動性。高效混凝減水劑能夠有效控制水泥的過早水化，能夠使得混凝土和雜物進行攪拌的時候減少損失度。因此，在試配的時候一定要實現做好驗證工作。

表1 粉煤灰質量技術指標

I級粉煤灰作用于后張預應力鋼筋混凝土的構建以及跨度≦6m的先張預應力鋼筋混凝土，II級粉煤灰用于普通鋼筋混凝土及C30以下無筋混凝土，III級粉煤灰主要作用于無筋混凝土以及砂漿。

2 粉煤灰混凝土的配合比設計

根據混凝土的強度進行設計，計算的試配強度其公式如下：

在這一公式中，指的是混凝土的施工配制強度，單位為MPa。

根據混凝土強度的數據統計資料顯示，混凝土的可以分為多個等級，比如說低于20的為一個等級，20—35的為一個等級，大于35的又為一個等級，并且，混凝土的強度標準差σ可以分別取4.0,5.0和6.0三種。按照不同的基準進行配合。配合方法和一般的普通混凝土相比配比方法有所不同，也就是說先確定水灰比，然后確定用水量以及水泥的用量，還有砂率。計算出砂和石子的用量，主要采用的是絕對體積法。在選擇粉煤灰的時候可以用水泥來取代，其百分率βc 值可以通過表2做出詳細分析。一般來說，處于C30以下的都被稱之為混凝土，一般此種混凝土的取代率選擇在10%到15%之間；而C40以上的混凝土，尤其是需要具備早期強度的，混凝土的取代率不應該超過10%。在計算的時候，每立方的粉煤灰搭配的混凝土水泥量參考公式：C=C0( 1-βc) 在這個公式中，Co代表的是混凝土中摻雜的水泥用量，單位為kg，βc代表的是粉煤灰用作取代水泥時的百分率。對于如何確定粉煤灰是否超量，可以根據表3進行對照。一般情況下： C30 以下的混凝土通常用II級灰進行混合使用，超量系數選擇在1.5或者是1.6。而C40以上的混凝土一般配用的是I級灰，選擇的超量系數為1.3或者是1.4。每立方混凝土中粉煤灰的用量(F)按式(3) 計算:F=δc(C- C0) (3)式中: δc—粉煤灰超量系數。用絕對體積法求出粉煤灰超出水泥的體積,按粉煤灰超出的體積,扣除同體積的細料用量,碎石用量不變?；炷林猩坝昧縎 按式(4) 計算。S=S- (C/ρc+F/ρF- C0/ρc) ρs (4)式中: So—基準配合比的砂用量;ρs—砂相對密度;C0—基準混凝土的水泥用量;C—粉煤灰混凝土中水泥用量;ρc—水泥相對密度;F—粉煤灰混凝土中粉煤灰用量。

表2 粉煤灰取代水泥百分率βc值（%）

表3 粉煤灰超量系數

ρF—為粉煤灰相對密度(一般取2.2 g/cm3)。粉煤灰混凝土的用水量,按基準配合比的用水量選取。根據計算得到粉煤灰混凝土配合比,在試配確保和易性、水灰比不變的基礎上,進行配合比的試拌調整。根據調整后的配合比,確定為粉煤灰混凝土的理論配合比。

3 粉煤灰混凝土配合比設計一般規定

3.1 粉煤灰用于港口工程混凝土可根據粉煤灰等級、混凝土強度等級和耐久性要求，按規定應用。

3.1.1 預應力混凝土應采用Ⅰ級粉煤灰。

3.1.2 鋼筋混凝土、C30及C30以上素混凝土應采用 Ⅰ級、Ⅱ級粉煤炭，海水港浪濺區鋼筋混凝土應采用需水量比不大于100%的Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰。

3.1.3 C30以下素混凝土可采用Ⅲ級粉煤灰。

3.1.4 有抗凍要求的混凝土，應采用 Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰。

3.1.5 用于預應力混凝土、鋼筋混凝土、C30及 C30以上素混凝土的粉煤灰等級，經混凝土強度和耐久性試驗論證后，滿足設計要求。

3.2 摻用粉煤灰的混凝土宜摻入減水劑，減水劑的適用性和合理摻量由試驗確定。

3.3 根據各類工程和各種施工條件的不同要求，粉煤灰可與各類外加劑同時使用、外加劑的適用性和摻量由試驗確定。

4 總結

在混凝土中摻雜一定量的粉煤灰，不僅能夠降低了施工成本，還能增強混凝土的內應力，減少溫差裂縫的產生，所以在進行配合比設計的時候，應該對原材料以及粉煤灰的取代率進行正確的選擇，使得混凝土能夠充分滿足施工需求。

表4 不同強度等級的混凝土參考配合比

[1]劉文永、付海明、 馮春喜.高摻量粉煤灰固結材料.中國建材工業出版社,2007.11.

[2]楊偉軍、 李煒.蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊生產及應.中國建筑工業出版社,2011.10.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會.GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰.中國標準出版社,2005.7.