粉煤灰混凝土配合比設計及應用

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。重點探討不同品質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計及施工注意事項。列出不同強度等級要求的粉煤灰混凝土與普通混凝土的參考配合比。關鍵詞：粉煤灰；混凝土；配合比設計；施工注意事項；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時間相對延長，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的危害。但也存在粉煤灰品質波動大，混凝土早期強度偏低的缺點。若在配合比設計時，對原材料、粉煤灰取代率及超摻量系數(shù)作正確選擇，其混凝土能滿足設計施工要求。本文論述橋梁結構中C25灌注樁、承臺，C30墩帽及墩身，C40、C50后張法預應力混凝土箱梁的粉煤灰混凝土配合比設計，原材料選擇及施工注意事項。 1 原材料粉煤灰：用于混凝土的粉煤灰按其品質分為I、Ⅱ、Ⅲ3個等級，主要技術指標見表1。橋梁結構混凝土配合比設計時，選擇I、Ⅱ級粉煤灰，其中I級灰用于強度大于40 MPa的混凝土，Ⅱ級灰用于混凝土強度等級小于C30的樁基、承臺、立柱、墩臺帽工程。粉煤灰活性：粉煤灰越細，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，混凝土早期強度越高、耐久性越好。粉煤灰燒失量對需水性影響顯著，隨粉煤灰燒失量增加，粉煤灰的需水量增加，當燒失量大于10%時，粉煤灰對流動擴展度無有利作用；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在質量。另外，由于燒失量增大，還會降低減水劑的使用效果。需水量與粉煤灰的細度、燒失量也有一定的關系，一般來說粉煤灰需水量越小，對混凝土性能越有利。粉煤灰越細，需水量越小；燒失量越大，需水量也越大。所以粉煤灰的需水量指標可以綜合反映出粉煤灰的性能。含水量過高，會降低粉煤灰的活性，直接影響使用效果。 SO3含量影響混凝土的強度增長極限和凝結時間，同時粉煤灰中SO3 含量過多還可能造成硫酸鹽侵蝕。水泥：混凝土強度等級小于C30時，選用32．5或42．5的普通硅酸鹽水泥；混凝土強度等級大于C30時，選用42．5或52．5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。黃砂：滿足Ⅱ類砂要求的條件下，優(yōu)先選擇級配良好的江砂或河砂。因為江砂或河砂含泥量少，砂中石英顆粒含量較多，級配一般都能滿足要求。山砂中含泥量較大，且含有較多風化顆粒，一般不能使用。砂的細度模數(shù)控制在2．4 3．0，其中C50混凝土用砂的細度模數(shù)宜控制在2．6—3．0，因細度模數(shù)小于2．5時，C50混凝土拌和物顯得太黏稠，施工中難于振搗，泵送較困難。砂的細度模數(shù)大于3．0時，容易引起新拌混凝土在運輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土內在和外觀質量。碎石：粗集料的強度、級配、顆粒形狀、表面特征、雜質的含量、吸水率對混凝土強度及耐久性有著重要的影響。所用碎石應滿足Ⅱ類碎石技術要求。碎石的壓碎值通常被用來間接地判定巖石的強度，混凝土的強度等級與巖石抗壓強度及碎石壓碎值關系見表2。碎石宜選擇連續(xù)級配碎石，單粒級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，粒徑過大會引起混凝土在運輸、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。因為C40以上混凝土水泥漿較富余，而大粒徑集料比同質量小粒徑集料表面積小，其與砂漿粘結面積小，粘結力低且混凝土的均質性差，所以用大粒徑集料不可能配制出高強度混凝土。粗集料的顆粒形狀、表面特征對混凝土的粘結性能有一定的影響，特別是對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、高效早強減水劑，如NF、UNF、JC等。高效減水劑同時具有增加混凝土強度和流動性的作用。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，使混凝土的流動性增加。在溫度低于8~10℃時，高效減水劑雖能增加和易性，但增加強度的作用大大降低，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，摻量大時凝結時間相應增長，但摻量過大會降低早期強度，通常根據(jù)施工季節(jié)調整摻量。高效緩凝減水劑宜在夏季或結構復雜、配筋密集的構件中使用，這樣可避免形成冷縫，方便施工的安排。高效早強減水劑一般在冬季使用，能提高混凝土的早期強度，使用時要慎重，因為高效早強減水劑能加快早期強度的發(fā)展，但混凝土的后期強度一般會降低。試配時要認真做好驗證工作。 2 粉煤灰混凝土的配合比設計粉煤灰混凝土的配合比設計，以基準混凝土配合比為基礎，按等稠度、等強度的原則，用超量取代法進行調整。粉煤灰混凝土配合比設計的主要目的是確定一個經(jīng)濟的混合材料最佳組合，主要設計手段是通過試驗、試配來完成。設計方法如下：根據(jù)混凝土設計強度，計算試配強度如式：式中：一混凝土的施工配制強度，MPa；一混凝土的設計強度，MPa；一施工單位的混凝土強度標準差。無近期同一品種混凝土強度資料時，混凝土強度等級分別為低于20、20~35和大于35時，其強度標準差分別可取4．0、5．0和6．0。確定基準配合比。其方法與普通混凝土配比設計方法相同，即確定水灰比，用水量及水泥用量，砂率；用絕對體積法計算出砂、石用量。選擇粉煤灰取代水泥百分率值如表3所示。通常C30以下混凝土，取代率選擇10%一15%；C40以上混凝土，特別是有早期強度要求時，取代率不超過10%。計算每立方粉煤灰普通混凝土的水泥用量見式。式中：Co— 基準混凝土的水泥用量，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級灰時，超量系數(shù)取1．5或1．6。C40以上混凝土用I級灰時，超量系數(shù)取1.3或1．4。每立方混凝土中粉煤灰的用量按式計算：式中： —粉煤灰超量系數(shù)。用絕對體積法求出粉煤灰超出水泥的體積，按粉煤灰超出的體積，扣除同體積的細料用量，碎石用量不變?；炷林猩坝昧縎按式計算。式中：So一基準配合比的砂用量； Ps 一砂相對密度； Co一基準混凝土的水泥用量； C一粉煤灰混凝土中水泥用量； Pc 一水泥相對密度； F一粉煤灰混凝土中粉煤灰用量； PF一為粉煤灰相對密度。粉煤灰混凝土的用水量，按基準配合比的用水量選取。根據(jù)計算得到粉煤灰混凝土配合比，在試配確保和易性、水灰比不變的基礎上，進行配合比的試拌調整。根據(jù)調整后的配合比，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對每批進入施工現(xiàn)場的粉煤灰均需認真檢驗，測定粉煤灰的細度、燒失量、需水量比等。摻粉煤灰的混凝土，施工中拌和時間要比基混凝土延長30 S，以便混凝土拌和均勻。正確振搗，避免過振引起混凝土表面形成浮漿層。同時，須保證振搗密實，確保構件的外觀質量與內在質量。加強粉煤灰混凝土養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，通常潮濕養(yǎng)護14 d，熱天或干燥氣候潮濕養(yǎng)護不得少于21 d。對早期強度要求高的構件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因為冬季氣溫低，不利于粉煤灰的火山灰反應。 4 不同強度等級的混凝土參考配比各強度等級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級灰，C40、C50為I級灰。減水劑為JC一3型。黃砂滿足Ⅱ類砂要求，C25、C30用砂的細度模數(shù)為2．50，C40、C50用砂的細度模數(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。