粉煤灰在水泥混凝土中的最佳摻量

1、粉煤灰在水泥混凝土中的最佳摻量粉煤灰在水泥混凝土中的最佳摻量粉煤灰是制作水泥的一種原材料，具有一定的活性。在水泥混凝土中 摻一定量的粉煤灰，既可以替代一部分水泥，節(jié)約成本，又能增加和 易性，減少泌水、離析現(xiàn)象，改善混凝土的性能。具有緩凝、減水， 提高密實(shí)度和后期強(qiáng)度，降低水化熱，抑制干裂、收縮，增強(qiáng)抗酸堿 反應(yīng)能力的作用。近年來(lái)已在國(guó)內(nèi)外引起廣泛的關(guān)注， 并得到大量的 推廣應(yīng)用。但是在混凝土中摻多少粉煤灰才能取得最佳效果呢？到目前為止，還沒(méi)有較完善的理論體系。八十年代以來(lái)，我國(guó)已對(duì)粉煤灰混凝土做了一定的研究、應(yīng)用，并制 定了一些規(guī)范。如粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ28-86,粉煤灰

2、混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GBJ146-90等，對(duì)粉煤灰應(yīng)用作了初 步規(guī)定，制定了最大替代水泥量。見(jiàn)下表：粉煤灰最大替代水泥量% JGJ28-86N0-01砼強(qiáng)度等級(jí)水泥品種普通水泥礦渣水泥粉煤灰級(jí)別< C1515251020皿級(jí)C20101510IH級(jí)C25C30 15201015 IH級(jí)預(yù)應(yīng)力砼15 <10 VI級(jí)粉煤灰最大替代水泥限量% GBJ146-90N0-02水泥品種硅酸鹽水泥砼類(lèi)別預(yù)應(yīng)力砼普通水泥15礦渣水泥10火山灰水泥25鋼筋砼、咼強(qiáng)砼、耐凍砼、砼30蒸養(yǎng)252015中、低強(qiáng)度砼、泵送砼、50 大體積砼、地下砼、水下砼40302065碾壓砼554535N0-03粉煤灰超量

3、系數(shù) GBJ146-90粉煤灰級(jí)別I級(jí)H級(jí)皿級(jí)超量系數(shù)1.72.0 1.51.3在國(guó)標(biāo)中規(guī)定各級(jí)粉煤灰適用范圍如下：GBJ146-90米的預(yù)應(yīng)力混凝土好鋼筋混凝、I級(jí)粉煤灰適用于跨度小于16 土。 2H級(jí)粉煤灰適用于鋼筋混凝土和無(wú)筋混凝土。、皿級(jí)粉煤灰適用于 無(wú)筋混凝土。3以上的無(wú)筋粉煤灰混凝土宜采用I、H級(jí)粉煤 C30 4 及其C30C30及其C30灰，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng) 度等級(jí)在以上的無(wú)筋混凝土所有粉煤灰， 經(jīng)試驗(yàn)論證， 可采用上述規(guī)定低一級(jí) 的粉煤灰。33。歐、150kg/m, 50國(guó)外的粉煤灰摻量，主要有 70120kg/m美等 西方發(fā)達(dá)國(guó)家早已涉入這一領(lǐng)域的研究，

4、我國(guó)起步較晚， 有關(guān)研究不 多，常直接以水泥用量的百分比以及超量部分來(lái)確定粉煤灰摻量。 在 南浦大橋、上鋼、上海寶電等工程中大量采用，并積累了不少經(jīng)驗(yàn)。我們經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)、 應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)粉煤灰的摻量與混凝土所用的原材料、 設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、塌落度、澆筑氣溫等都有一定的關(guān)系。摻量3范圍對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響不大，130kg/m早期強(qiáng)度降低在50有限。 但混凝土的性能卻能得到較大幅度的改善。 在實(shí)際應(yīng)用中， 切入原材 料理念，選用固定摻量法較易掌握，即預(yù)先確定粉煤灰的每3用量的方法，歐、美國(guó)家大多采用固定摻量法?，F(xiàn)將我們?cè)囼?yàn)應(yīng)用m的結(jié)果總結(jié)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：1 、最佳摻量與塌落度的關(guān)系 在同強(qiáng)度等級(jí)條件下，

5、隨著塌落度增加，為了確保和易性、工作度， 細(xì)集料和粉集料比例則應(yīng)相應(yīng)增大。 我們發(fā)現(xiàn)最佳摻量與塌落度之間 存在一定的比例關(guān)系，以C20砼為例，兩者趨于線性關(guān)系，見(jiàn)下圖：最佳130摻量340kg/m 20180 200塌落度mm在C20設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)混凝土，塌落度為40相同原材料，標(biāo)3,我們各制100kg/m80、準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，粉煤灰摻量分別取 40、60、取了25組試塊，與基準(zhǔn)混凝土配合比強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)下表：C20中塌落度為40 m時(shí)粉煤灰不同摻量混凝土各齡期強(qiáng)度對(duì)比表 Mpa N0-04齡期摻量7d28d45d90d018.826.929.432.74018.326.230.334.16017.9

6、26.632.036.78017.125.731.835.910016.624.930.935.03接從上表可以看出，粉煤灰摻量在 60kg/m 混凝土強(qiáng)度最高，甩, 那么它的108.8%卻為基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的R近基準(zhǔn)配合比強(qiáng)度，但45360kg/m最佳摻量可選取.同樣是C20砼，在塌落度為160伽時(shí)，粉煤灰摻量分別取100、3,我們各制取了 25組試塊，與基準(zhǔn)混凝土配合比強(qiáng)度120、140kg/m對(duì)比 見(jiàn)下表：C20在塌落度為160 mm時(shí)粉煤灰不同摻量混凝土各齡期強(qiáng)度對(duì)比表 MpaN0-06齡期7d摻量028d 27.845d 30.690d 33.219.218.3 10027.032.5

7、36.817.6 12027.334.038.216.4 14025.932.035.93可R時(shí)，混凝土強(qiáng)度最理想，由上表可發(fā)現(xiàn)，摻量在 120kg/m45,那 么它的最佳摻量可達(dá)11.1%達(dá)基準(zhǔn)配合比強(qiáng)度的，但 R115.1%3混凝土試驗(yàn)證實(shí)也存在類(lèi)我們對(duì)其它塌落度的120kg/m可選取C2Q 似結(jié)果。通過(guò)對(duì)C20混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理,得出簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)式為：T3+ 40 kg/m F 2 式中：F -粉煤灰的最佳摻量（包括替代水泥量與超量之3kg/m和），Tm混凝土的塌落度 最佳摻量與混凝土強(qiáng)度等級(jí)的關(guān)系、2.低標(biāo)號(hào)混凝土中，由于水泥用量較低、孔隙率C15C10 在這時(shí)應(yīng)當(dāng)增加粉煤灰摻量，對(duì)混凝土

8、中的粉集料進(jìn)行大、和易性差，3混凝土固定摻量，C10補(bǔ)償。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)C15混凝土摻量100 kg/m3比 較合理，能充分補(bǔ)充混凝土中的粉集料含量，使低標(biāo)130 kg/m在及其以上，其號(hào)混凝土表面也能光潔，有較好的外觀質(zhì)量。在C20試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者之間最佳摻量隨著混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的最大而增加。存在一定的比例關(guān)系，整理試驗(yàn)結(jié)果繪制如下圖所示：N0-07粉煤灰最佳摻量3砼強(qiáng)度等級(jí)kg/mMpa從圖中可以看出，粉煤灰的最佳摻量與強(qiáng)度等級(jí)存在著比例關(guān)系，并隨著塌落度的變化二變化。我們將前經(jīng)驗(yàn)式修正為：T3 = 2Q + kg/m ' F 2 - 同前 T F 式中：、Mpa 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)-Q

9、以C25混凝土為例，塌落度為60伽，在相同原材料，標(biāo)養(yǎng)條件3, 我們各制取了 25、120kg/m60下，粉煤灰材料分別取、80、100組試 塊，與基準(zhǔn)混凝土配合比強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)下表：C25在塌落度為60 mm時(shí)粉煤灰不同摻量混凝土各齡期強(qiáng)度對(duì)比表 MpaN0-08齡期摻量7d28d45d90d022.031.935.839.36021.631.136.940.98021.131.438.544.210020.729.337.842.612019.628.937.141.8mm的混凝土，粉煤灰摻量在C25從表可以發(fā)現(xiàn)，在塌落度為6033就是 它的最佳摻量，與上時(shí)，其強(qiáng)度較為理想。即 80kg/m8

10、0kg/m面推定 的經(jīng)驗(yàn)式相吻合。3最佳摻量與澆筑氣溫的關(guān)系、而實(shí)際眾所周知， 試驗(yàn)室所進(jìn)行的試驗(yàn)是在標(biāo)養(yǎng)條件下養(yǎng)護(hù)的，施工中，環(huán)境氣溫變化很大，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響也較大。在炎熱的夏季，隨著氣溫的升高， 混凝土特別是大體積混凝土越易受干縮、干裂危害。由于氣溫高時(shí)， 早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，可以不考慮摻粉煤灰后混.凝土早期強(qiáng)度低的特點(diǎn)，適當(dāng)增加摻量，以多替代一些水泥，減少水 化熱。從而減少因水化熱過(guò)大所造成的危害。而且摻量越大，其緩凝 效果也會(huì)越明顯，對(duì)夏季施工較有利。在低氣溫條件下，砼強(qiáng)度增長(zhǎng)放慢，受干縮、干裂的危害較小，這時(shí) 應(yīng)當(dāng)減少粉煤灰摻量。特別是冬期施工期間，為確?；炷猎谑軆銮?超過(guò)臨界抗凍

11、強(qiáng)度，要求早期強(qiáng)度要高。這時(shí)，粉煤灰就應(yīng)少摻或不 摻。如果摻早強(qiáng)劑、早強(qiáng)型復(fù)合抗凍劑，或采用暖棚法、蒸汽養(yǎng)護(hù)法 施工時(shí)，粉煤灰的摻量應(yīng)用試驗(yàn)進(jìn)行確定。4、最佳摻量與原材料的關(guān)系混凝土所用原材料不同，對(duì)粉煤灰摻量的影響也很大。在JGJ28-86、GBJ146-90中，對(duì)采用不同品種水泥，規(guī)定的最大替代量也是不同的。 我們發(fā)現(xiàn)在使用粗砂時(shí)，混凝土外觀質(zhì)量較次，粉煤灰的摻量就應(yīng)適 當(dāng)調(diào)大。粗砂中的細(xì)顆粒偏少，增加摻量可以給予補(bǔ)償，降低混凝土 的孔隙率。細(xì)砂中的細(xì)顆粒含量偏高，宜相應(yīng)減少粉煤灰的摻量。也 可以根據(jù)碎石、砂的實(shí)測(cè)空隙率，對(duì)粉煤灰的摻量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)及應(yīng)用，我們總結(jié)出摻粉煤灰混

12、凝土配合比設(shè)計(jì)按以下 步驟進(jìn)行：1、根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)出不摻粉煤灰的基準(zhǔn)配合比。2、根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，原材料情況、氣溫條件，確定粉煤灰的最 佳摻量。)先根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，初步確定最佳摻量，方法見(jiàn)下表：1.N0-09砼強(qiáng)度等級(jí)3) 130kg/m (w粉煤灰最佳摻量 F 'C10130C15100C20 >T + +' F = 2Q + a3 2同前F式中：'、Q、T -3澆筑氣溫修正值kg/ma -3kg/m （3- 砂的修正值）測(cè)定澆筑時(shí)的大氣溫度（當(dāng)采用室內(nèi)澆筑時(shí)，以室內(nèi)氣溫為 2 a，見(jiàn)下表：，來(lái)確定氣溫修正值準(zhǔn)） 3 N0-10 a澆筑氣溫修正值經(jīng)

13、驗(yàn)取值表kg/m澆筑氣溫C10 51015 :25 15 253035 3035以上a值-20-100+ 10+ 15+203 ）根據(jù)所用砂的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定砂的修正值，見(jiàn)下表：3N0-11 kg/m 3砂的修正值經(jīng)驗(yàn)取值表砂類(lèi)別特細(xì)砂細(xì)砂中砂粗砂特粗砂值3-15-100+ 10+ 15其中，C10 C15混凝土的粉煤灰摻量是考慮到這兩個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土常用在非承重的次要部位而確定的。如果用在主要承重部位時(shí)，可以適當(dāng)降低摻量，或摻量不變的情況下，減少替代水泥量，并參考3, 主要是考慮130kg/mp的兩個(gè)修正值。把最咼摻量定位在 a、 3l30kg/m我們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn)摻量超過(guò)摻量過(guò)大時(shí)，對(duì)早期強(qiáng)度影響偏

14、大， 時(shí)，在等效水灰比條件下，不好滿足R試配強(qiáng)度要求，因此，我們283 , 當(dāng)按表N0-09的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算將粉煤灰的最大摻量限定在130kg/“3為準(zhǔn)。130kg/m超過(guò)130kg/m時(shí)，以出的F ' 3、確定摻粉煤灰F' 后的水泥用量。根據(jù)GBJ146-90粉煤灰超量系數(shù)，見(jiàn)N0-3表，摻 粉煤灰F '可替代水泥量為：fF =kF、F確定后，就可計(jì)算摻粉煤灰F后混凝土的水泥用量了：fm= m- F = m -cocco K 3kg/m ' F后，可替代的水泥量式中：F -摻粉煤灰)(GBJ146-90K - 超量系數(shù)，見(jiàn)表 N0-33kg/m后，混凝土的水泥用

15、摻粉煤灰-F 'm 3kg/m m基準(zhǔn)配合比的水泥用量-詔、確定砂的用量。摻粉煤灰F'后，除替代水泥量F量外，還有一定的超量值(F-F),它在混凝土中也占有一定的體積可以替代一部分砂的用量,那么砂的用量可調(diào)整為:mF - F sso3 kg/m F'后的砂用量式中：m- 摻粉煤灰s3 kg/m基準(zhǔn)配合比的砂用量m-so3 kg/m -粉煤灰的實(shí)測(cè)表觀密度f(wàn)3kg/m - 砂的實(shí)測(cè)表觀密度s也可以通過(guò)混凝土的空隙率計(jì)算來(lái)確定砂的調(diào)整數(shù)量。如果砂的粒徑過(guò)粗或者水泥用量不大 時(shí)，在摻粉煤灰F后，混凝土仍有富余空隙，砂的用量就不再進(jìn)行調(diào)整，即：m二msos5、確定碎石、水的用量。粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)是本著等強(qiáng)度、等稠度原則進(jìn)行的。因此碎石、水的用量與基準(zhǔn)配合比的用量等同。 我國(guó)的粉煤灰需水量變化范圍比較穩(wěn)定，一般為98102%我們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn)如果出現(xiàn)下列情況之一時(shí)， 砼塌落度會(huì)受到較大影