粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用
2008-06-18 00:00
摘要：混凝土中摻適量的粉煤灰，能改善混凝土的性能，降低工程成本。重點(diǎn)探討不同品質(zhì)的粉煤灰在取代或超代水泥配制混凝土的原材料選擇，粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)。列出不同強(qiáng)度等級(jí)要求的粉煤灰混凝土與普通混凝土的參考配合比。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；混凝土；配合比設(shè)計(jì)；施工注意事項(xiàng)；原材料選擇
混凝土中摻人適量的粉煤灰，既可降低工程施工成本，改善混凝土的和易性、可泵性，增加混凝土的黏性，減少混凝土離析與泌水，又可使混凝土的凝結(jié)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，坍落度損失減小，降低水化熱，減少或消除混凝土中堿集料反應(yīng)的危害。但也存在粉煤灰品質(zhì)波動(dòng)大，混凝土早期強(qiáng)度偏低的缺點(diǎn)。若在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)原材料、粉煤灰取代率及超摻量系數(shù)作正確選擇，其混凝土能滿足設(shè)計(jì)施工要求。本文論述橋梁結(jié)構(gòu)中C25灌注樁、承臺(tái)，C30墩帽及墩身，C40、C50后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)，原材料選擇及施工注意事項(xiàng)。
1 原材料
（1）粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品質(zhì)分為I、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí)，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。
橋梁結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，選擇I、Ⅱ級(jí)粉煤灰，其中I級(jí)灰用于強(qiáng)度大于40 MPa的混凝土，Ⅱ級(jí)灰用于混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30的樁基、承臺(tái)、立柱、墩臺(tái)帽工程。
粉煤灰活性：粉煤灰越細(xì)，比表面積越大，粉煤灰的活性就越容易被激發(fā)，因此，所用粉煤灰越細(xì)，混凝土早期強(qiáng)度越高、耐久性越好。
粉煤灰燒失量對(duì)需水性影響顯著，隨粉煤灰燒失量增加，粉煤灰的需水量增加，當(dāng)燒失量大于10%時(shí)，粉煤灰對(duì)流動(dòng)擴(kuò)展度無有利作用；粉煤灰含碳量增高，燒失量增大，在混凝土攪拌、運(yùn)送、成型過程，粉煤灰更容易浮到表面，影響混凝土的外觀與內(nèi)在質(zhì)量。另外，由于燒失量增大，還會(huì)降低減水劑的使用效果。
需水量與粉煤灰的細(xì)度、燒失量也有一定的關(guān)系，一般來說粉煤灰需水量越小，對(duì)混凝土性能越有利。粉煤灰越細(xì)，需水量越??；燒失量越大，需水量也越大。所以粉煤灰的需水量指標(biāo)可以綜合反映出粉煤灰的性能。
含水量過高，會(huì)降低粉煤灰的活性，直接影響使用效果。
SO3含量影響混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)極限和凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)粉煤灰中SO3 含量過多還可能造成硫酸鹽侵蝕。
（2）水泥：混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30時(shí)，選用32．5或42．5的普通硅酸鹽水泥；混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C30時(shí)，選用42．5或52．5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
（3）黃砂：滿足Ⅱ類砂要求的條件下，優(yōu)先選擇級(jí)配良好的江砂或河砂。因?yàn)榻盎蚝由昂嗔可?，砂中石英顆粒含量較多，級(jí)配一般都能滿足要求。山砂中含泥量較大，且含有較多風(fēng)化顆粒，一般不能使用。砂的細(xì)度模數(shù)控制在2．4 3．0，其中C50混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)宜控制在2．6—3．0，因細(xì)度模數(shù)小于2．5時(shí)，C50混凝土拌和物顯得太黏稠，施工中難于振搗，泵送較困難。砂的細(xì)度模數(shù)大于3．0時(shí)，容易引起新拌混凝土在運(yùn)輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土內(nèi)在和外觀質(zhì)量。
（4）碎石：粗集料的強(qiáng)度、級(jí)配、顆粒形狀、表面特征、雜質(zhì)的含量、吸水率對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性有著重要的影響。所用碎石應(yīng)滿足Ⅱ類碎石技術(shù)要求。碎石的壓碎值通常被用來間接地判定巖石的強(qiáng)度，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與巖石抗壓強(qiáng)度及碎石壓碎值關(guān)系見表2。
碎石宜選擇連續(xù)級(jí)配碎石，單粒級(jí)碎石易引起混凝土離析。C40以下混凝土宜選擇最大粒徑不大于31．5 mm碎石，粒徑過大會(huì)引起混凝土在運(yùn)輸、澆筑過程中的離析。C40以上的混凝土，碎石最大粒徑不宜大于25 mm。因?yàn)镃40以上混凝土（特別是C50混凝土）水泥漿較富余，而大粒徑集料比同質(zhì)量小粒徑集料表面積小，其與砂漿粘結(jié)面積小，粘結(jié)力低且混凝土的均質(zhì)性差，所以用大粒徑集料不可能配制出高強(qiáng)度混凝土。
粗集料的顆粒形狀、表面特征對(duì)混凝土的粘結(jié)性能有一定的影響，特別是對(duì)C50混凝土影響較大，宜選擇表面粗糙多棱角，顆粒近似立方體的碎石。C40以下混凝土中的針片狀碎石總含量應(yīng)不超過15%，在C50混凝土中不宜超過8%。
外加劑：通常選用高效減水劑、高效緩凝減水劑、高效早強(qiáng)減水劑，如NF、UNF、JC等。
高效減水劑同時(shí)具有增加混凝土強(qiáng)度和流動(dòng)性的作用。摻高效減水劑的混凝土坍落度損失一般較快，施工時(shí)最好采用后摻法，這樣可提高高效減水劑減水作用，使混凝土的流動(dòng)性增加。在溫度低于8~10℃時(shí)，高效減水劑雖能增加和易性，但增加強(qiáng)度的作用大大降低，所以高效減水劑宜在春秋季節(jié)使用。
高效緩凝減水劑有利于控制水泥的早期水化，使混凝土拌和物坍落度損失小。一般來說，摻量大時(shí)凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)增長(zhǎng)，但摻量過大會(huì)降低早期強(qiáng)度，通常根據(jù)施工季節(jié)調(diào)整摻量。高效緩凝減水劑宜在夏季或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配筋密集的構(gòu)件中使用，這樣可避免形成冷縫，方便施工的安排。
高效早強(qiáng)減水劑一般在冬季使用，能提高混凝土的早期強(qiáng)度，使用時(shí)要慎重，因?yàn)楦咝г鐝?qiáng)減水劑能加快早期強(qiáng)度的發(fā)展，但混凝土的后期強(qiáng)度一般會(huì)降低。試配時(shí)要認(rèn)真做好驗(yàn)證工作。
2 粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)
根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，計(jì)算試配強(qiáng)度如式（1）：
式中： 
一混凝土的施工配制強(qiáng)度，MPa；
一混凝土的施工配制強(qiáng)度，MPa；
一混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；
一施工單位的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。 無近期同一品種混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為低于20、20~35和大于35時(shí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差 
分別可取4．0、5．0和6．0。
分別可取4．0、5．0和6．0。 確定基準(zhǔn)配合比。其方法與普通混凝土配比設(shè)計(jì)方法相同，即確定水灰比，用水量及水泥用量，砂率；用絕對(duì)體積法計(jì)算出砂、石用量。
選擇粉煤灰取代水泥百分率
值如表3所示。
值如表3所示。
通常C30以下混凝土，取代率選擇10%一15%（水泥為普通硅酸鹽水泥）；C40以上混凝土，特別是有早期強(qiáng)度要求時(shí)，取代率不超過10%。
計(jì)算每立方粉煤灰普通混凝土的水泥用量（C）見式（2）。
式中：Co— 基準(zhǔn)混凝土的水泥用量，kg；
一粉煤灰取代水泥百分率。 確定粉煤灰超量系數(shù)，如表4所示。
通常：C30以下混凝土用Ⅱ級(jí)灰時(shí)，超量系數(shù)取1．5或1．6。C40以上混凝土用I級(jí)灰時(shí)，超量系數(shù)取1.3或1．4。每立方混凝土中粉煤灰的用量（F）按式（3）計(jì)算：
式中：
—粉煤灰超量系數(shù)。
—粉煤灰超量系數(shù)。 用絕對(duì)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(xì)料用量，碎石用量不變?；炷林猩坝昧縎按式（4）計(jì)算。
式中：So一基準(zhǔn)配合比的砂用量；
Ps 一砂相對(duì)密度；
Co一基準(zhǔn)混凝土的水泥用量；
C一粉煤灰混凝土中水泥用量；
Pc 一水泥相對(duì)密度；
F一粉煤灰混凝土中粉煤灰用量；
PF一為粉煤灰相對(duì)密度（一般取2．2 g／cm3 ）。
粉煤灰混凝土的用水量，按基準(zhǔn)配合比的用水量選取。
根據(jù)計(jì)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(chǔ)上，進(jìn)行配合比的試拌調(diào)整。根據(jù)調(diào)整后的配合比，確定為粉煤灰混凝土的理論配合比。
3 粉煤灰混凝土施工注意事項(xiàng)
（1）對(duì)每批進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的粉煤灰均需認(rèn)真檢驗(yàn)，測(cè)定粉煤灰的細(xì)度、燒失量、需水量比等。
（2）摻粉煤灰的混凝土，施工中拌和時(shí)間要比基混凝土延長(zhǎng)30 S，以便混凝土拌和均勻。
（3）正確振搗，避免過振引起混凝土表面形成浮漿層。同時(shí)，須保證振搗密實(shí)，確保構(gòu)件的外觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量。
（4）加強(qiáng)粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)，通常潮濕養(yǎng)護(hù)14 d，熱天或干燥氣候潮濕養(yǎng)護(hù)不得少于21 d。
（5）對(duì)早期強(qiáng)度要求高的構(gòu)件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因?yàn)槎練鉁氐?，不利于粉煤灰的火山灰反?yīng)。
4 不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土參考配比
各強(qiáng)度等級(jí)的粉煤灰混凝土與普通混凝土參考配合比見表5。
表5中水泥為金貓水泥廠P．042．5水泥；粉煤灰C25、C30為Ⅱ級(jí)灰，C40、C50為I級(jí)灰。減水劑為JC一3型。黃砂滿足Ⅱ類砂要求，C25、C30用砂的細(xì)度模數(shù)為2．50，C40、C50用砂的細(xì)度模數(shù)為2．70；碎石滿足Ⅱ類碎石要求，粒徑為5—25 mm連續(xù)級(jí)配。C25基一1、C25粉一1為鉆孔灌注樁混凝土配合比，其余為泵送混凝土配合比。
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