粉煤灰在砼施工中的应用

2011-05-12杨祝

中国新技术新产品 2011年18期

杨祝

（重庆电力建设总公司，重庆 400060）

1 前言

粉煤灰是火力发电厂烟囱中收集到的细粉末，英文名flyash，故又称为“飞灰”。其颗粒多呈球形，表面光滑，与火山灰质混合材料相比，其结构较细密，内比面积小，且对水的吸附能力小，需水量较小，优质粉煤灰配制的砼流动性大。并且由于粉煤灰的火山灰活性，在砼中能与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应而生成具有胶凝性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，且能变硬发展强度，可用来替代砼中一部分水泥，配制而得的粉煤灰砼具有显著的效益：

1.1 由于粉煤灰球状粒形，需水量少，可改善砼拌和物的工作性，减少砼泌水，防止集料离析。

1.2 由于减少了水泥，也就减少了高水化热的C3A、C3S，可降低水化热，防止大体积砼产生温度裂缝。

1.3 由于C3A，含量减少，提高了砼抗硫酸盐腐蚀的能力。

1.4 粉煤灰水化消耗了砼中的Ca(OH)2，可减少由于碱-集料反应引起的膨胀。

1.5 粉煤灰的火山灰活性，可提高砼后期强度。

1.6 提高砼的密实性、抗渗性。

1.7 由于水泥生产过程（原料破碎、干燥、初磨、煅烧、细磨）需耗能，而粉煤灰是由非常细小的颗粒构成的，无需加工即可投入使用，既解决了火力发电厂的环境污染问题，又得到高效节能的绿色建筑材料。

2 粉煤灰及粉煤灰砼的技术性质

2.1 粉煤灰的技术性质

粉煤灰(Fzysh)是燃烧粉煤灰后收集到的灰粒，亦称飞灰。它可以作为生产水泥的原料；而在工程中，大量是用于作为混凝土的组成材料。供拌混凝土的粉煤灰主要从下列两方面考察其性能。

2.1.1 化学成分。粉煤灰的化学成分与煤的品种和燃烧条件有关，一级燃烧煤和无烟煤锅炉排出的粉煤灰，其SiO2含量为45%～60%，Al203。为20%～35%；Fe03为 5%～10%，CaO含量约为5%左右，烧矢量约为5%～30%，但多数不大于15%。粉煤灰的化学成分中硅、铝和铁的氧化物的含量是评定粉煤灰在混凝土中应用的主要指标。通常低钙粉煤灰，这些氧化物含量可达75%以上。

2.1.2 技术指标用于拌制混凝土作为掺合料的粉煤灰，按我过国现国标《粉煤灰混凝土应用技术》(GB164～90)规定，粉煤灰的质量标准有下列四项：①细度细度是以45μm方孔筛的筛余量表示。②需水量比是指在相同流动下，粉煤灰的需水量与硅酸盐水泥的需水量之比。③烧失量是指粉煤灰在高温的灼烧下损失的质量。④SO3含量粉煤灰中SO3含量超过一定限量，可使混凝土后期生成的有害钙矾石，导致危害。S03含量是测定硫酸含量计算。

2.2 粉煤灰混凝土的技术性质

粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，而且能改善混凝土的一系列性能。根据现代研究认为，粉煤灰在混凝土中，能与水泥互补短长、均衡协合，所以粉煤灰可以充当混凝土的减水剂、释水剂、增塑剂、密实剂、抑热剂、抑胀剂等一系列复合功能的基本材料。

3 粉煤灰混凝土施工中的应用

3.1 粉煤灰在使用的优点

①在混凝土中掺加了粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；②减少了用水量；⑦改善了混凝土拌和物的和易性；④增强了混凝土的可泵性：⑤减少了混凝土的质变：⑥减少水化热、热能膨胀性；⑦提高混凝土抗渗能力；⑧增加混凝土的修饰性。

3.2 粉煤灰的掺加也对混凝土的使用产生了一定的副作用

3.2.1 抗冻性降低

经研究发现，掺加了粉煤灰的混凝土较基准混凝土抗冻指标有所下降，如要提高抗冻性能，则要提高强度或延长养护龄期。

3.2.2 抗剪强度、粘结强度有所降低

粉煤灰在使用中利远大于避，粉煤灰在混凝土中贡献还主要取决于其品质及对它的效应发挥的程度。尽管现在对粉煤灰效益的理解还是比较淡薄，但粉煤灰效应是形态效应、活性效应和微集料效应等三种效应的综合，这一粉煤灰的颗粒形态特征直接影响新拌混凝土的需水量保水性以及流变性质，它决定混凝土初始结构，也奠定了硬化混凝土的基本结构。

3.3 砼施工中掺粉煤灰混凝土的配合比设计

现在很多混凝土施工中掺用粉煤灰的配合比都是采用超量取代法。

3.3.1 配合比设计原则掺粉煤灰混凝土的配合比设计，是以基准混凝土(即未掺粉煤灰的混凝土)的配合比为基础，按等稠度、等强度等极的原则，用超量取代法进行调整。

所谓“等稠度”和“等强度”等级，是指配制成的粉煤灰混凝土具有与基准混凝土拌和物相同的稠度和硬化后指定龄期的强度等级相等。所谓“超量取代法”是粉煤灰总掺入量中，一部分取代等体积的水泥，超量部分粉煤灰取代等体积的砂。

3.3.2 配合比设计掺粉煤灰混凝土的配合比设计共有七种，下面就介绍其中最典型的一种水下C25混凝土的配合比设计。

3.3.2.1 设计情况

混凝土的抗压强度等级为C25，使用部位：基础钻孔桩。

3.3.2.2 原材料情况

水泥采用普通硅酸盐水泥。各项指标经检验均合格：碎石由规格为1-2cm。该碎石级配、含泥量、针片状含量等指标均符合要求。所用砂为砂场生产的机制砂，该砂石粉含量小于7%(亚甲蓝试验MB值小于规定值)，经筛分试验确定为粗砂，符合设计要求；所用粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，各项指标均满足II级粉煤灰标准。

3.3.2.3 水泥混凝土配合比计算设计中C25水下混凝土为基础钻孔桩灌注用，考虑到施工特殊环境，其水灰比、水泥用量、坍落度、砂率等指标方面较普通混凝土提高标准，按照国家标准JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》要求的计算方法和步骤，同时参照有关技术要求进行。

3.3.2.4 计算基准混凝土配合比

根据普通混凝土配合比设计方法，计算得基准配合比。工作性满足施工要求后，混凝土拌和物的基准配合比为：水泥：水：砂：碎石=418：230：701：1051

3.3.2.5 粉煤灰配合比设计

粉煤灰配合比设计是以基准配合比为基础，用粉煤灰超量取代法进行计算调整，最终达到目的。

A选取粉煤灰取代水泥率为15%

B按取代水泥率计算出水泥用量(C)C=CoX(1-f)=418×(1-0.15)=355kg/m3

C选定粉煤灰超量加入时后超量系数

根据GBJl46-90中规定，Ⅱ级粉煤灰的超量系数范围在1.3-0.7之间，此配比，选k=1.3

D计算粉煤灰的掺量

F=K(Co-C)=1.3×(418-355)=82kg/m3

E计算粉煤灰超出水泥的体积

F多余的粉煤灰量用来取代砂的量，所以1m3混凝土中砂的实际用量为：S=S0-Vs×ρs=701-0.017×2640=656kg/m3

G水和石子用量维护基准混凝土用量

H按以上材料各比例进行试拌、混合料在砂的用量不进行调整的情况下，再增加1kg/m3的粉煤灰，工作性才可以满足施工需要。

I求出粉煤灰混凝土配合比

3.3.2.6 检验强度，确定试验室配合比

确定一个基准配合比后，采用水灰比0.50，0.55，0.60 分别拌制三组混凝土拌和物，保持粗骨料用量不变，但砂率可以相应增加或减少1%，用水量亦保持不变，进行混合物拌和，按规范要求制成混凝土抗压试块，在温度20±30C相对湿度大于90%条件下进行养护，测得7天抗压强度达到试配比强度的70%以上方可使用。