粉煤灰不同掺量、养护条件对混凝土性能和粉煤灰影响系数的研究

楚建平，罗鑫

（北京泽天宇混凝土有限公司，北京102613）

1 前言

随着自然资源的日益紧张和技术的不断进步，粉煤灰已经作为一种必不可少的原料，在混凝土中掺入适量的优质粉煤灰部分取代水泥作为胶凝材料可以改善混凝土和易性、提高混凝土后期强度、减少大体积混凝土结构裂缝、提高混凝土耐久性并获得较低经济成本。但由于粉煤灰在混凝土中早期活性低，水化反应开始时间晚，造成混凝土早期强度偏低，混凝土强度不能满足工程进度要求，而施工现场又不能很好的满足混凝土的养护要求。因此依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000 的有关规定采用粉煤灰超量取代水泥的方法来设计混凝土配合比，以期在获得优异性能的同时，还能满足工程施工的进度要求。而在2011年12月1日开始实施的新版《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011，在混凝土配合比设计方面最大的差别在于以“水胶比”取代“水灰比”、以胶凝材料28d 胶砂抗压强度取代水泥28d 胶砂抗压强度，用粉煤灰影响系数取代粉煤灰超量系数来确定单方混凝土中粉煤灰的用量。其中胶凝材料胶砂应以与混凝土相同比例的水泥-粉煤灰拌制，其与纯水泥胶砂的28d 抗压强度比称为粉煤灰影响系数，当无实测值时应按标准中所给出数值并结合粉煤灰质量进行计算。

目前北京市场上的所有普通商品混凝土大都采用粉煤灰作为胶凝材料的一种，为此笔者公司试验室根据新版标准的要求并结合站内原材料实际情况，测试了不同掺量下的粉煤灰影响系数，并研究了其与混凝土抗压强度的相关性，同时比较了不同养护制度下的粉煤灰混凝土的强度性能。

2 原材料

细骨料：涿州众兴河砂，细度模数为2.6，泥块含量0.4%，含泥量1.4%，级配区为Ⅱ区。

粗骨料：涿州众兴卵碎石，含泥量0.6%，泥块含0.2%，压碎指4.1%,针片状含量5.0%，级配合格。

粉煤灰：荣光伟业Ⅱ级粉煤灰，细度16.5%，烧失量5.4%，需水量比100%。

水泥：金隅太行P·O42.5 水泥，3d 胶砂抗压强度28.4MPa、28d 胶砂抗压强度50.3MPa，初凝2h20min，终凝4h35min，标准稠度用水量28.6%，安定性合格。

防冻剂：北京住邦ZB-1防冻剂，规定温度-10℃，性能优异，质量稳定。

3 试验配比及数据

本试验分为胶砂和混凝土两部分，由胶砂试验确定粉煤灰影响系数之后通过混凝土试验了解不同粉煤灰掺量对混凝土抗压强度、出机坍落度等的影响，并比较了两种不同养护条件即标准养护条件（以下简称标准）和模拟施工现场养护条件（以下简称模拟）粉煤灰混凝土的抗压强度及增长幅度。

混凝土配合比共6 组，以北京市场上常用的C30 混凝土为依据，胶凝材料总量为380kg/m3，水胶比0.48，砂率48%，粉煤灰掺量0%～50%，胶砂部分依据水泥胶砂强度配比，共6 组，粉煤灰掺量0%～50%。具体试验数据参见表1、2。

表1 粉煤灰影响系数

表2 混凝土性能试验数据

4 试验结果分析

（1）表2中出机坍落度反映了在相同条件下粉煤灰不同掺量对混凝土出机流动性的影响，当粉煤灰掺量在20%～40%时，混凝土具有较好的出机流动性。

（2）根据表1、2 中试验数据并结合图1可知混凝土标准养护条件下28d 时，各组粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土抗压强度之比，均高于相对应的粉煤灰影响系数，而在模拟施工养护条件下28d 抗压强度比以粉煤灰掺量20%为界，左侧折线高于粉煤灰影响系数，右侧折线低于粉煤灰影响系数。

图1 不同养护条件下混凝土28d 抗压强度比与粉煤灰影响系数的比较

（3）图2表示养护条件不同粉煤灰掺量相同的混凝土的28d 抗压强度比（模拟养护与标准养护28d 抗压强度之比），可以看出当粉煤灰掺量不大于20%时，28d 抗压强度比与纯水泥混凝土处于同一水平，当粉煤灰掺量超过20%时，28d 抗压强度比显著下降。

图2 不同养护条件下混凝土28d 抗压强度比

（4）图3显示了在两种养护条件下，粉煤灰混凝土的抗压强度比增长率K 及其在不同粉煤灰掺量下的变化趋势，见式（1）。

从数据及线性关系可以看出，标准养护条件下粉煤灰混凝土的抗压强度比增长率随粉煤灰掺量的增加而上升，在自然

图3 混凝土抗压强度比增长率

（1）通过试验表明，新规范中的粉煤灰影响系数可以较好的标准养护粉煤灰混凝土的28d 抗压强度，而在非标准养护条件下，当粉煤灰掺量大于20%时，粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土28d 抗压强度比明显低于粉煤灰影响系数。

（2）粉煤灰掺量不高于20%时，不同养护条件下粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土28d 抗压强度比基本相同，但当掺量高于20%时，粉煤灰混凝土比值急剧下降，进行混凝土配合比设计时应对粉煤灰掺量进行控制，防止实际结构强度与标准养护试件强度差异过大。

（3）各掺量模拟施工现场养护粉煤灰混凝土抗压强度增长率K 处于同一水平，但随粉煤灰掺量的增加而下降，但进行标准养护时，则明显上升。因此采用粉煤灰作为胶凝材料的混凝土应尽量延长养护时间，保持混凝土结构的湿度、温度以发挥粉煤灰后期活性大的特点，保证工程质量。