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粉煤灰商品混凝土配合比试验研究

摘要： 充分利用当地资源。采用“双掺”技术。以正交设计方法。配制并优选出一批粉煤灰商品混凝土配合比，改善并提高了混凝土性能。推动了本地商品混凝土的应用与发展。
1 原材料
      水泥，采用符合国标要求的32．5级普硅水泥（徐州第二水泥厂）和42．5级普硅水泥（徐州淮海水泥厂）。
     外加剂，JM一Ⅱ型混凝土高效增强剂和FNC—I型混凝土泵送剂。
     粉煤灰，淮北电厂细磨粉煤灰和徐州电厂的袋装、散装的原状粉煤灰，其物理性能和化学成分分别列于表1、表2。
     细集料，采用中河砂，其表观密度2．58×103kg／rn3，含泥量1．3 %，泥块含量0．2% 。
     粗集料，采用碎石：表观密度2．70×103kg／m3，压碎指标9．4 %，针片状含量1．2% 。

2 粉煤灰混凝土配合比试验
     （1）粉煤灰优选

     根据对材料品质的检验和国家有关标准规定，徐州电厂的粉煤灰只能评为Ⅲ级，按规定Ⅲ级灰主要用于无筋混凝土及砂浆；C20以上的配筋混凝土宜采用I级、Ⅱ级灰，C15以下的素混凝土可采用Ⅲ级灰。
     为充分利用本地粉煤灰，提高商品混凝土的经济效益，本研究将淮北电厂I级灰同徐州电厂Ⅲ级灰（袋装、散装）作对比试验，以探索徐州电厂Ⅲ 级灰用于混凝土的可行性。选取粉煤灰种类、粉煤灰取代率、粉煤灰超量系数三个因数，每个因素选取三个水平，采用L9（3 4）正交试验表，分别考察粉煤灰混凝土7d、28d、60d、180d龄期强度、塌落度及塌落度损失值来比较此三种灰的性能。试验结果见表3。

     试验结果表明，淮北电厂I级灰优于徐州电厂Ⅲ级袋装灰，而徐州电厂Ⅲ级袋装粉煤灰又优于Ⅲ级散装粉煤灰。但从60d、180d龄期的试验结果来看，徐州电厂Ⅲ级袋装粉煤灰同淮北电厂I级灰已几乎没有差异。试验结果表明，徐州电厂的Ⅲ级灰能够配制出强度等级C30以上的混凝土。
     （2） 粉煤灰取代率及超量系数的确定

     采用与不掺粉煤灰的基准混凝土对比的方法，以寻求粉煤灰的合理掺量及超量系数。选取了粉煤灰取代率、超量系数两个因素，每个因素取三个水平，用 L9 （34 ）正交试验表进行试验，分别考察了7d、28d、60d龄期的基准混凝土和粉煤灰混凝土的强度，以两者间的强度对比来确定粉煤灰的合理取代率及超量系数。结果见表4。

     试验结果表明：粉煤灰的取代率及超量系数这两个因素对混凝土28d龄期强度的影响并不十分显著；使用徐州电厂Ⅲ 级粉煤灰，取代率在10%～20%之内，超量系数在1．0～2．0之间，完全可以配制出C10～ C40强度等级的大流动性粉煤灰混凝土。
     （3）粉煤灰混凝土与基准混凝土性能的比较
     粉煤灰混凝土与基准混凝土塌落度比较结果见表5。

     粉煤灰混凝土与基准混凝土泌水性比较结果见表6.

     粉煤灰混凝土与基准混凝土抗压强度比较结果见表7。试验结果表明：同基准混凝土相比，粉煤灰混凝土坍落度损失较小，半小时内基本上没有损失，而lh后损失率仅在15 %～20% 左右，保水性、粘聚性较好，且不易离析、泌水。在粉煤灰掺量为10 %～20% 时，粉煤灰掺量每增加5 %，则泌水率比随之降低5% 左右，其流动度和可泵性远远优于基准混凝土。在抗压强度方面，粉煤灰混凝土7d龄期强度稍低于基准混凝土，28d龄期强度已接近或稍高于基准混凝土，但到60d、180d龄期时，强度已明显高于基准混凝土。
3 粉煤灰混凝土配合比的优选
     在本次掺粉煤灰商品混凝土配合比研究中，通过大量的试配试验，有些并通过工程验证，按不同的要求，优选出表8所示粉煤灰混凝土配合比，供商品混凝土搅拌站或施工现场参考选用。

4 粉煤灰商品混凝土配合比工程验证
     徐州铁路l号综合楼地下室底板混凝土是目前我市地下室混凝土工程中厚度最大的底板，决定采用徐州淮海水泥厂的普硅42．5级和“双掺”技术，并使用两种外加剂：JM 一1I混凝土高效增强剂及UEA 膨胀剂。粉煤灰为淮北电厂I级灰。使用材料状况与试验研究过程中采用的原材料基本相同。
     在使用过程中，混凝土拌合物不离析，不泌水，泵送顺利，流畅，连续浇灌72小时无一次堵管现象。试验室试配强度、商品混凝土搅拌站试块强度及工地现场试块强度对比见表9。
     现场混凝土28d后无结构裂缝，混凝土配合比满足施工要求。

5 结语
     （1） 使用徐州电厂Ⅲ级粉煤灰，采取“双掺”技术可配制出C40级大流动度混凝土，完全可满足商品混凝土的需要。从本次试验中，使用淮北I级（磨细）粉煤灰配制出C50强度等级的大流动性混凝土来看，对徐州地区的Ⅲ级粉煤灰在今后的应用中应采取优选、磨细等技术措施，以改善粉煤灰的功能，使之能配制出高强商品混凝土。
     （2） 掺粉煤灰的混凝土和易性好、泌水率小，有利于运输及泵送。粉煤灰混凝土的早期强度随着粉煤灰取代率和超量系数的增加，同基准混凝土相比，有所降低，但至60d龄期时，其强度增长率随粉煤灰取代率的增加而增加，后期强度已明显高于基准混凝土

配合比设计混凝土配合比设计混凝土配合比设计混凝土桥梁结构混凝土配合比设计混凝土桥梁结构配合比设计混凝土混凝土混凝土混凝土 粉煤灰混凝土

1、配制原理：改善和易性，增强粘结力。
由于粉煤灰具用火山灰的活性作用，改善砼拌合物和易性，但在砼加入粉煤灰以后早期强度会随着掺入量多少而降低，后期强度可以赶上或超过普通砼。
2、粉煤灰品质和分类
Ⅰ级粉煤灰的品质最高，一般都是给静电发尘器收集的，Ⅰ级粉煤灰可用于后张预力钢筋砼。
Ⅱ级粉煤灰的细度较粗，经加工磨细的方能满足工程要求，主要用于普通钢筋砼。
Ⅲ级粉煤灰的颗粒粗和没有烧尽的炭粒较多，主要用于素砼和砂浆中。
3、 水泥砼中粉煤灰的最大掺量和取代水泥砼率：
对于普通砼粉煤灰掺量不宜超过基准砼水泥用量的35％，对于素砼中煤灰的掺入量可适量增加。
粉煤灰取代水泥砼率 f按照，C15以下取代普通水泥率f为（％）15～25，取代矿渣水泥率f为（％）10～20
C20以下取代普通水泥率（％）10～15，取代矿渣水泥率（％） 10
C25～C30以下取代普通水泥率（％）15～20，取代矿渣水泥率（％）10～15
注：
①以32.5水泥配制的砼取下限值；
②以42.5水泥配制的砼取上限值；
③以C20以上的砼可采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，C15以下砼可采用Ⅲ级粉煤灰；
④在预应力砼中取代率，普通水泥不大于15％，矿渣水泥不大于10％。
4、 粉煤灰砼的配合比设计方法：
以基准配合比为基础（基准砼配合比即按普通砼配合比设计方法计算得到的配合比）按等和易性、等强度原则，用超量取代法进行计算调整。
按照设计要求的强度等级设计普通砼的配合比作为基准砼的配合比（体积法和容重法），然后在此基础上，再进行粉煤灰的配合比设计步骤：
（1）、 查表选择粉煤灰取代水泥率
（2）、 按照所选用取代水泥率f，求出每个立方米粉煤灰的水泥用量C（Kg）
C＝C0（1－f）
C0----基准水泥用量
（3）、选择超量系数K
粉煤灰级别为Ⅰ级的超量系数K 为1.0～1.4 ，粉煤灰级别为Ⅱ级的超量系数K 为1.2～1.7，粉煤灰级别为Ⅲ级的超量系数K 为1.5～2.0
注：C25以上砼取下限值，其它强度等级砼取上限值。
（4）、 按照超量系数K求出每立方米砼的粉煤灰掺量F （Kg）
F＝K（C0－C）
（5）、 计划每立方米粉煤灰中水泥粉煤灰和细骨料的绝对体积，求出粉煤灰超量部分的体积VK （升）
VK＝F／VF－(C0－C)／γC
VF、γC分别为粉煤灰和水泥的比重。VF＝2.2 f、
以基准砼的细骨料用量S0中扣除与粉煤灰超量部分同体积VK的细骨料用量，求出粉煤灰砼的细骨料用量S
S＝S0－VK×γS
γS细骨料比重 （Kg／m3） g、
粉煤灰砼用水量按照基准砼配合比的用水量W0；粗骨料用量也按基准砼的粗骨料用量G0取用。
W＝W0
G＝G0
假如用粉煤灰砼，砼强度等级为C30，坍落度为30～50mm，材料如下：
32．5普通水泥：γC＝3.1
①、假设已知基准的配合比：
C0＝406 Kg/m3
S0＝648 Kg/m3
G0＝1151 Kg/m3
W0＝195 Kg/m3
②、水泥用量：
C＝C0（1－f）＝406×0.85＝345 Kg/m3
③、选取粉煤灰超量系数：
K＝1.5
④、计算粉煤灰掺量：
F＝1.5×（406－345）＝92
Kg
⑤、粉煤灰超量部分的体积：
VK＝F／VF－(C0－C)／γC＝92／2.2－(406－345)／3.1＝22.1
⑥、计算砂用量：
S＝S0－VK×γS＝648－22.1×2.6＝590
Kg/m3
⑦、计算石、水用量：
W＝W0＝195 Kg/m3
G＝G0＝1151Kg/m3
⇒每立方粉煤灰砼的材料用量：C＝345 W＝195 S＝590 G＝1151 F＝92
5、 粉煤灰的性质和应用：
在水泥砼中掺入适量粉煤灰可以节约10～15％的水泥，改善砼的性能，粉煤灰的抗碳化能力稍差，耐久性也较差，但严格控制粉煤灰掺入量，保证施工质量，在一般情况下不会影响安全问题。
拌制粉煤灰砼的搅拌时间宜长些，养护时间要延长一些。
粉煤灰砼的应用范围与结构设计时的力学性质与普通砼相同。
在技术上及经济方面均有显著的效益，而且大量利用粉煤灰可以解决工业废渣对环境的问题。
注：
1、粉煤灰可代替约1.5%以上的砂率；
2、路面面层砼配合比粉煤灰最大掺量可为15%~25%