简析掺粉煤灰混凝土配合比设

【摘要】粉煤灰在混凝土中可以改善混凝土拌和物的和易性、降低泌水性、提高后期强度、可泵性等性能并能降低混凝土的水化热以及提高混凝土的抗化学侵蚀、抗渗透、抑制碱-骨料反应等耐久性能。现代水工混凝土施工，普遍使用粉煤灰取代部分水泥用量，也因而对配合比的设计提出了更高的要求。

文章对粉煤灰在混凝土中的作用进行了分析，对掺加粉煤灰混凝土配合比设计方法进行了论述，提出了不同强度粉煤灰混凝土的粉煤灰掺加比例，为粉煤灰在混凝土中的应用积累了经验，并为粉煤灰混凝土的应用开辟了途径

【关键词】粉煤灰；混凝土配合比；设计

引言

粉煤灰是火力发电厂煤粉在锅炉中燃烧后排出的灰色粉状废弃物，是一种具有潜在活性的人工火山灰质材料。随着混凝土技术的发展，粉煤灰等矿物质掺合料在混凝土中的应用越来越广泛，已成为混凝土中必不可少的重要组分。粉煤灰作为一种优良的活性掺合料在混凝土的应用中已经得到越来越广泛的应用，它不仅作为节约水泥的手段，而且还是改善混凝土性能不可缺少的一种胶凝材料。在现代水工混凝土中，普遍使用一部分粉煤灰等量或超量取代水泥量。掺用粉煤灰混凝土配合比设计时，应按绝对体积法进行。但由于绝对体积法计算繁杂。一般在工程配合比设计中很少使用，加之设计规程对此设计方法的规定很笼统，不易实际操作。

1 粉煤灰在混凝土中的作用

1.1 粉煤灰的活性作用

在混凝土硬化过程中水泥熟料矿物水化反应在先，火山灰二次反应在后，这两类水化反应交替进行，水泥熟料水化反应，粉煤灰中所含的活性 SiO2和 Al2O3能与水泥水化产生的 Ca(OH)2反应，生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙,可作为胶凝材料的一部分，起增强作用。

粉煤灰为水熟料矿物水化反应提供较多水化产物沉淀场合，促进水泥熟料矿物的水化，粉煤灰二次反应的水化产物C-S-H 凝胶与水泥熟料生成的凝胶类似，粉煤灰可以改善混凝土拌和物的和易性、保水性、可泵性以及抹面性等性能，并能降低混凝土的水化热，提高混凝土的抗化学侵蚀、抗渗透、抑制碱-骨料反应等耐久性能。所以可以把粉煤灰视作一种低标号水泥。

粉煤灰于混凝土中取代部分水泥，有明显的物理稳定行为：降低混凝土内部温升，这对大体积混凝土工程尤为重要。另外，掺粉煤灰的新拌混凝土和易性、稳定性得到较大改善，在运输、浇注等过程中不会发生离析现象，有明显的结构稳定作用，且有助于粉煤灰的高效发挥。

1.2 粉煤灰与混凝土的作用机理

根据我国多年研究和工程实践，可以认为在任何约束条件下，粉煤灰混凝土的早期抗裂能力高于不掺粉煤灰的混凝土，同时在等强度等含气量条件下，掺粉煤灰混凝土与不掺粉煤灰混凝土具有相等的抗冻融耐久性。

粉煤灰的主要成分是活性氧化铝和含有化学结合水的活性氧化硅。粉煤灰与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的变化，而在饱和的氢氧化钙溶液中水化更快。在混凝土中掺人粉煤灰，可调整拌合物的性能，并降低成本。

2 掺粉煤灰混凝土配合比

2.1 粉煤灰掺用方法

粉煤灰掺量合适与否的关键，在于设计一个不但能满足和易性，而且能满足强度要求的配合比。当前，国内外粉煤灰混凝土配合比设计主要有两种方法，即水灰比法和取代法。国内一般采用取代法。而在取代法中，又可以分为三种情况：等量取代法，也就是说，粉煤灰掺人量等于水泥的减少量，主要适用于掺加Ⅰ级粉煤灰、混凝土超强以及大体积混凝土工程；代砂法，即水泥用量不减，粉煤灰掺量只代替部分砂子；超量取代法，也就是粉煤灰掺人量大于它所取代的水泥量，一部分取代砂子，一部分取代水泥，粉煤灰的掺入量超过其取代的水泥的质量，超量的粉煤灰取代部分细骨料。 可以使掺粉煤灰的混凝土达到与不掺时相同的强度，可节约细骨料用量。我们掺入粉煤灰的主要目的就是节约水泥。因此，我们对代砂法不考虑，只取等量取代法和部分超量取代掺法。粉煤灰比重比水泥比重小1/3左右，按重量取代必然导致混凝土体积增加。为保证混凝土体积不变，应从用砂量中扣除增加体积的砂量。从理论上看，等量取代不如超量取代好。因为等量取代掺法，完全将粉煤灰的活性与水泥的活性等同看待，这是不符合实际的。所以，掺用后的效果，是在保持混凝土和易性大致相同的情况下，将导致混凝土强度随掺量的增加而下降。如若要保持混凝土强度基本不变，则混凝土的和易性随掺量的增多而急剧变坏，以至无法成型。显然，用等量取代法设计混凝土配合比时，要同时满足和易性和强度两项要求，是有一定困难的。超量取代掺法是视粉煤灰的活性明显低于水泥的活性，而粉煤灰的活性又有赖于水泥的激发，其实质是以数量换质量的取代关系。只要掺量合适，要满足强度与和易性的要求是很有可能的，特别是磨细粉煤灰，效果更为明显。显而易见，超量取代法更为合理和可靠。但也有不足之处，这种设计方法没有把粉煤灰作为混凝土的独立组分进行设计;粉煤灰取代水泥率和超量系数的选择存在任意性;混淆了粉煤灰不同效应对混凝土的贡献。

2.2 粉煤灰混凝土配合比设计

2.2.1 确定胶凝材料总量。

2.2.2 确定水灰比(W/C)。 根据不同的混凝土强度确定不同强度的水灰比。

2.2.3 确定用水量。 原则是在保证混凝土工作性的前提下尽量降低用水量。

2.2.4 确定粉煤灰占水泥总量的比例。 通过试验发现，不掺粉煤灰和外加剂时，混凝土中的胶凝材料水泥量均偏高，混凝土的坍落度偏小，且和易性不好，更重要的是混凝土强度不高；在掺加粉煤灰及外加剂时，将胶凝材料总量按最大 470 kg/m3，最小320 kg/m3总量按 30 kg/m3递减， 同时对应粉煤灰与水泥比例按 10%、20%、30%、40%、50%、60% 递增，混凝土的黏性、坍落度、和易性及强

2.2.5 确定最佳砂率。

2.2.6 确定最终配合比。混凝土强度随胶凝材料总量增加而增加， 但必须选择合理的胶凝材料总量以保证施工工作性。 较大的胶凝材料总量虽然对强度增长有利，但给施工造成不利，同时会助长混凝土塑性开裂。 混凝土强度随粉煤灰掺量的加大而降低，对于稍高标混凝土可采用小掺量， 对于 C30 以下混凝土可考虑大掺量，以节约水泥，同时为防止混凝土塑性开裂，随混凝土中粉煤灰掺量的增加, 混凝土的塑性收缩开裂现象明显减少。

3 结束语

近几年来，随着我国加人WTO与国际接轨后，国外材料制造商已经大量涉人到我国国内土木行业市场，特别是一些高尖端、技术实力雄厚的外企进入，致使我国土木材料行业水平布局发生了质的改变。掺适量的粉煤灰可使混凝土中水泥用量得到大幅降低， 发挥了粉煤灰在混凝土中的掺和料特性，降低了混凝土的成本，产生巨大的社会效益和经济效益。

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