粉煤灰混凝土配合比设计及应用

粉煤灰混凝土配合比设计及应用

摘要：混凝土中掺适量的粉煤灰，能改善混凝土的性能，提高后期强度，抑制碱骨料反应等作用，还可以起到一定的经济效果。文章对粉煤灰在混凝土中的作用进行了分析，并对掺粉煤灰混凝土的配合比设计方法进行了论述。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；配合比设计

Abstract: the concrete with right amount of fly ash, can improve the performance of concrete, improve post strength, restrain alkali aggregate reaction effect, still can have certain economic effect. The article in the role of fly ash concrete was analyzed, and the content of fly ash concrete mix proportion design methods are discussed in this paper. List the different strength level required of fly ash concrete and ordinary concrete mixing the reference.

Keywords: fly ash; Concrete; Mixture ratio design

1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。粉煤灰作为一种优良的活性掺合料,不仅可以取代部分水泥,降低混凝土的成本,保护环境,而且能与水泥互补短长,均衡协合,改善混凝土的一系列性能,粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益。

2 粉煤灰效应及在混凝土中的作用

2.1形态效应

粉煤灰的形态效应，主要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高流动性。粉煤灰的密度小于水泥，因而替代水泥后可增加浆体的体

积，从而改善了对粗细集料的润滑程度，也有利于提高混凝土拌和物的流动性。此外，还可以提高混凝土的匀质性、粘聚性和保水性。

2.2火山灰效应

粉煤灰属于活性矿物掺合料。粉煤灰中含有的活性SiO2和Al2O3可以与水泥水化生成的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硅酸铝钙，可作为胶凝材料的一部分起到增强作用。

2/3微集料效应

粉煤灰微珠具有极高的强度，其填充在水泥颗粒间的空隙，既减少了毛细空隙，又起到了微骨架作用。随着水化的不断进行，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高，这也有利于提高粉煤灰的微集料效应。

由于上述效应的结果,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。

3混凝土掺用粉煤灰的方法

3.1等量取代法。以等质量的粉煤灰取代混凝土中的水泥。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。

3.2超量取代法。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,可节约细骨料量。

3.3外加法。外加法是指在保持混凝土水泥用量不变的情况下,外掺一定数量的粉煤灰,其目的只是为了改善混凝土拌和物的和易性。

4 粉煤灰混凝土的配合比设计

粉煤灰混凝土的配合比设计，以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度的原则，用超量取代法进行调整。粉煤灰混凝土配合比设计的主要目的是确定一个经济的混合材料最佳组合，主要设计手段是通过试验、试配来完成。设计方

法如下：

根据混凝土设计强度，计算试配强度如式（1）：

式中：一混凝土的施工配制强度，MPa；

一混凝土的设计强度，MPa；

一施工单位的混凝土强度标准差。

无近期同一品种混凝土强度资料时，混凝土强度等级分别为低于20、20~35和大于35时，其强度标准差分别可取4．0、5．0和6．0。

确定基准配合比。其方法与普通混凝土配比设计方法相同，即确定水灰比，用水量及水泥用量，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。

通常C30以下混凝土，取代率选择10%一15%（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%。

计算每立方粉煤灰普通混凝土的水泥用量（C）见式（2）。

式中：Co— 基准混凝土的水泥用量，kg；

一粉煤灰取代水泥百分率。

确定粉煤灰超量系数，如表4所示。

通常：C30以下混凝土用Ⅱ级灰时，超量系数取1．5或1．6。C40以上混凝土用I级灰时，超量系数取1.3或1．4。每立方混凝土中粉煤灰的用量（F）按式（3）计算：

式中：—粉煤灰超量系数。

用绝对体积法求出粉煤灰超出水泥的体积，按粉煤灰超出的体积，扣除同体积的细料用量，碎石用量不变。混凝土中砂用量S按式（4）计算。

式中：So一基准配合比的砂用量；

Ps 一砂相对密度；

Co一基准混凝土的水泥用量；

C一粉煤灰混凝土中水泥用量；

Pc 一水泥相对密度；

F一粉煤灰混凝土中粉煤灰用量；

PF一为粉煤灰相对密度（一般取2．2 g／cm3 ）。

粉煤灰混凝土的用水量，按基准配合比的用水量选取。

根据计算得到粉煤灰混凝土配合比，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。

5 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。

从试验结果可以看出水泥用量得到降低,粉煤灰掺量得到了提高。同时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(如C40、C30)可采用小掺量(不超过水泥用量的30%),对于C30以下混凝土可考虑大掺量(水泥用量的40%以上),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。

6结语

粉煤灰之所以作为一种混凝土掺合料用在混凝土配合比中，有一定的自身优越性，与不掺粉煤灰的基准混凝土相比，能够充分利用粉煤灰的功能，除了节省水泥用量外，其质量不低于基准混凝土的主要质量指标，能满足设计要求，而且强度还有所提高。在必要时，通过粉煤灰混凝土配合比设计，可以改善混凝土的性能，防止混凝土质量降低并降低混凝土的成本，以满足实际工程的需要。

参考文献

[1] 普通混凝土配合比设计规程(JGJ 55-2011) [S]

[2] 粉煤灰混凝土应用技术规范(GBJ 146-1990)[S].

[3] 侯桂华.粉煤灰在混凝土中的应用[J].混凝土,2005,(9).46-48

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。