浅析粉煤灰混凝土配合比设计及应用

李文莉,王旭明,袁吉娜

(1,3河南省水利科学研究院 河南省水利工程安全技术重点实验室,450002;2.黄河勘测规划设计有限公司,450003)

在混凝土中掺杂一定量的粉煤灰，不仅能够有效节约混凝土当中水泥的成分，有效降低了施工成本，并且对于改善和提升混凝土的和易性有着非常明显的作用，对于增加混凝土的整体粘性，还有有效降低混凝土和泌水的分离，同时还可以使得混凝土的凝结时间加长，材料损失性较少，有效降低了水化热，能够有效减少并且消除出现在混凝土当中的碱性材料产生的不当危害，并且有效减少温度变化以及混凝土的内应力，有效抑制因为温差造成的裂缝，但是也有可能存在着因为粉煤灰的品质太差或者说波动大，而出现混凝土强度偏低并且极易碳化这一缺点。在进行配合比设计的时候，应该对原材料以及粉煤灰的取代率进行正确的选择，使得混凝土能够充分满足施工需求。

1 原材料

1.1 粉煤灰

被运用于混凝土当中的粉煤灰可以按照掺杂的比例分为三个等级，分别是I、II、III三个等级，主要的技术指标相见下表1。

在进行桥梁结构设计的时候，混凝土和粉煤灰的配合比进行设计的时候，一般较长使用I和II级的粉煤灰，I级粉煤灰一般运用到强度高于40Mpa的混凝土结构中，II级粉煤灰一般被运用到强度等于或者小于C30的混凝土强度中，比如说桩基、立柱以及承台等等。

粉煤灰的活性：一般认为，粉煤灰如果越细，则其比表面积将越大，意味着粉煤灰的活性将越加容易被激发出来，所以，粉煤灰如果越细的话，则混凝土的强度也就越高，其耐久性也比较好。粉煤灰的烧失量对于水性的需求影响也是比较明显的，随着粉煤灰的烧失量增加，粉煤灰的需水量也在逐渐增加。粉煤灰的细度以及需水量，还有烧失量都有很大的关系，通常来说，如果粉煤灰的需水量比较小，则其对于混凝土的性能比较有利，而且需水量越小的话，对于混凝土的性能将越加有利。如果含水量太高的话，将有可能降低所有粉煤灰的活性，而且直接影响到粉煤灰的使用效果。三氧化硫的含量将直接影响到混凝土的强度以及混凝土的凝结时间，并且粉煤灰中含有的三氧化硫含量太多的话将有可能导致硫酸盐的侵蚀。

1.2 水泥

如果混凝土的强度低于C30的时候，则可以选择使用32.5或者是42.5的普通的硅酸盐水泥；如果混凝土的强度等级高于C30的时候，则可以选择使用42.5或者是52.5的较浓的硅酸盐水泥或者是较为普通的硅酸盐水泥。

1.3 黄砂

在能够满足II类砂的基本要求之下，最先选择级别较高的配合程度较好的江砂或者是河砂。并且砂的细度模数需要控制在2.4—3.0之间，对于C50的混凝土使用砂的细度模数应该控制在2.6—3.0之间。

1.4 碎石

粗集料的级配、强度以及颗粒形状，还有表面特征等等都会对混凝土的强度以及耐久性产生非常重要的影响。因此，所使用的碎石应该尽量满足II类的碎石技术的基本要求。在选择碎石的时候应该尽量选择具有连续级配的碎石，因为单粒级的碎石和混凝土进行配置的时候易性交差，并且容易产生离析情况发生。粗集料的表面特征以及颗粒形状都对混凝土的粘性产生很大影响。C40以下的混凝土内的针片状的碎石其总体含量应该不超过15%，而在C50的混凝土中最好不应该超过8%。

1.5 外加剂

一般选用比较高效的减水剂，还有高效混凝的减水剂等等。高效减水剂能够有效增强混凝土的强度以及流动性。高效混凝减水剂能够有效控制水泥的过早水化，能够使得混凝土和杂物进行搅拌的时候减少损失度。因此，在试配的时候一定要实现做好验证工作。

表1 粉煤灰质量技术指标

I级粉煤灰作用于后张预应力钢筋混凝土的构建以及跨度≦6m的先张预应力钢筋混凝土，II级粉煤灰用于普通钢筋混凝土及C30以下无筋混凝土，III级粉煤灰主要作用于无筋混凝土以及砂浆。

2 粉煤灰混凝土的配合比设计

根据混凝土的强度进行设计，计算的试配强度其公式如下：

在这一公式中，指的是混凝土的施工配制强度，单位为MPa。

根据混凝土强度的数据统计资料显示，混凝土的可以分为多个等级，比如说低于20的为一个等级，20—35的为一个等级，大于35的又为一个等级，并且，混凝土的强度标准差σ可以分别取4.0,5.0和6.0三种。按照不同的基准进行配合。配合方法和一般的普通混凝土相比配比方法有所不同，也就是说先确定水灰比，然后确定用水量以及水泥的用量，还有砂率。计算出砂和石子的用量，主要采用的是绝对体积法。在选择粉煤灰的时候可以用水泥来取代，其百分率βc 值可以通过表2做出详细分析。一般来说，处于C30以下的都被称之为混凝土，一般此种混凝土的取代率选择在10%到15%之间；而C40以上的混凝土，尤其是需要具备早期强度的，混凝土的取代率不应该超过10%。在计算的时候，每立方的粉煤灰搭配的混凝土水泥量参考公式：C=C0( 1-βc) 在这个公式中，Co代表的是混凝土中掺杂的水泥用量，单位为kg，βc代表的是粉煤灰用作取代水泥时的百分率。对于如何确定粉煤灰是否超量，可以根据表3进行对照。一般情况下： C30 以下的混凝土通常用II级灰进行混合使用，超量系数选择在1.5或者是1.6。而C40以上的混凝土一般配用的是I级灰，选择的超量系数为1.3或者是1.4。每立方混凝土中粉煤灰的用量(F)按式(3) 计算:F=δc(C- C0) (3)式中: δc—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。S=S- (C/ρc+F/ρF- C0/ρc) ρs (4)式中: So—基准配合比的砂用量;ρs—砂相对密度;C0—基准混凝土的水泥用量;C—粉煤灰混凝土中水泥用量;ρc—水泥相对密度;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 粉煤灰超量系数

ρF—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。

3 粉煤灰混凝土配合比设计一般规定

3.1 粉煤灰用于港口工程混凝土可根据粉煤灰等级、混凝土强度等级和耐久性要求，按规定应用。

3.1.1 预应力混凝土应采用Ⅰ级粉煤灰。

3.1.2 钢筋混凝土、C30及C30以上素混凝土应采用 Ⅰ级、Ⅱ级粉煤炭，海水港浪溅区钢筋混凝土应采用需水量比不大于100%的Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰。

3.1.3 C30以下素混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。

3.1.4 有抗冻要求的混凝土，应采用 Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰。

3.1.5 用于预应力混凝土、钢筋混凝土、C30及 C30以上素混凝土的粉煤灰等级，经混凝土强度和耐久性试验论证后，满足设计要求。

3.2 掺用粉煤灰的混凝土宜掺入减水剂，减水剂的适用性和合理掺量由试验确定。

3.3 根据各类工程和各种施工条件的不同要求，粉煤灰可与各类外加剂同时使用、外加剂的适用性和掺量由试验确定。

4 总结

在混凝土中掺杂一定量的粉煤灰，不仅能够降低了施工成本，还能增强混凝土的内应力，减少温差裂缝的产生，所以在进行配合比设计的时候，应该对原材料以及粉煤灰的取代率进行正确的选择，使得混凝土能够充分满足施工需求。

表4 不同强度等级的混凝土参考配合比

[1]刘文永、付海明、 冯春喜.高掺量粉煤灰固结材料.中国建材工业出版社,2007.11.

[2]杨伟军、 李炜.蒸压粉煤灰加气混凝土砌块生产及应.中国建筑工业出版社,2011.10.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰.中国标准出版社,2005.7.