粉煤灰混凝土的设计与应用.pdf

全国中文核心期刊 新 隳 中 国 科 技 核 心 期 刊 粉煤灰混凝土的设计与应用 熊欣 ， 张 龙潭 ( 中 国新型建筑材料工业杭 州设计研 究院， 浙江 杭州3 1 0 0 0 3 ) 摘要： 论述了粉煤灰的物化特性和粉煤灰混凝土早期强度影响的主要因素及改善途径， 结合实例对粉煤灰不同取代量对混凝 土性能的影响进行了分析。 结果表明， 粉煤灰中粉状物主要以玻璃体状态存在， 加入混凝土中起滚珠轴承作用， 因而和易性 良 好， 能 减少用水量 ； 掺加粉煤灰后混凝土的早期强度较低 ， 但经较长 时间的养护 ， 后期强度高； 可减少材 料分离、 析水、 降低水化热 、 减少干 燥收缩 。 关键词 ： 粉煤灰混凝土； 取代水泥量； 早期强度改善途径 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 1 9 0 3 De s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f fl y a s h c o n c r e t e XI ONG Xi n ， Z HANG L o n g t a n ( C h i n a N e w B u i l d i n g Ma t e ri a l s I n d u s t Ha n g z h o u De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 3 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ) 粉煤灰混凝土密度小、 后期强度高、 耐火性能好， 可应用 于堤坝、 地基、 砌块、 墙板、 屋面板等， 是一种多功能、 节能和抗 震结构用材料。 1 粉煤灰的物化特性 粉煤灰是火力发电厂锅炉烟气中收集下来的废渣，是一 种人工火山灰质混合材料， 相对密度为 1 9 2 4 ， 松散干表观 密度为5 5 0 8 0 0 k g m ； 标准稠度为6 0 7 0 ， 浸出液p H值 为8 3 8 5 。 1 1 主要化学成分 以上饶市电厂粉煤灰为例， 经测试， 其化学成分见表 l 。 表 1 上饶市 电厂粉煤灰的主要 化学成分 1 2 湿碾加工对粉煤灰物理性质的影响及粒度 分析 湿碾加工可进一步提高粉煤灰的细度，并具有破碎、 压 实、 活化、 增塑等特点， 改善了 粉煤灰结构。从宏观上看， 其表 观密度大大提高。湿碾加工对粉煤灰物理性能的影响及粒度 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 3 0 作者简介： 熊欣， 男， 1 9 7 8 年生， 江西南昌人 ， 工程师， 主要从事建筑 设计及 建筑 材料方面 的研 究。地址 ： 杭 州市 中山北路 4 5 0号， 电话 ： 1 3 7 7 7 4 3 0 2l 8 。 粒度分析分别见表2 、 表3 。 表 2 湿碾加工对粉煤灰物理性能的影响 表观密度 密度0 0 8 0 m m方标准 需水 抗压 ( k g m ) ( g c m )孔筛筛余 稠度 量t L 强度L L 2 粉煤灰取代水泥量的确定 与普通混凝土一样，粉煤灰混凝土配合比设计必须满足 对混凝土强度、 和易性、 耐久性和经济性要求。应注意到粉煤 灰混凝土中材料的差异： ( 1 ) 粉煤灰的活性比水泥小； ( 2 ) 粉煤 灰有赖于水泥水化产物C a ( O H ) 的 激发 产生二次水化产物， 这个过程比水泥水化速度缓慢； ( 3 ) 掺优质粉煤灰可减少混凝 土用水量。 以往在混凝土中掺用粉煤灰取代部分水泥总是按照等量 取代 法，即 用一定质量粉煤灰等 量取代基准混凝土中的部 分 水泥。 这种设计方 法没 有全面考虑粉煤灰的 特性， 随 着水泥被 粉煤灰取代量的增加， 混凝土强度明显下降。目 前， 我们常用 的方法是超量取代法，即掺入的粉煤灰量大于它所取代的水 泥量。 一部分粉煤灰取代水泥， 另一部分粉煤灰取代砂子。 实 N E W BUI L Dl NG M ATE R I AL S 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 熊欣， 等： 粉煤灰混凝土的设计与应用 践证明， 只要控制粉煤灰取代水泥量的范围， 一般粉煤灰混凝 土的早期强度下降幅度减少， 2 8 d 强度达到设计标号。 由于各 种粉煤灰质量差异很大，粉煤灰取代水泥量的超量系数必须 通过试验确定。经验上， 我们认为超量系数采用1 2 1 5比较 适宜。 根据试验和工程实践， 使用级粉煤灰和3 2 5 级水泥制 备不同强度等级混凝土时，粉煤灰取代普硅水泥的取代量为 1 0 2 5 ， 取代普硅矿渣硅酸盐水泥的取代量为 1 0 2 0 。 若采用其它级别的粉煤灰及强度等级的水泥时，粉煤灰取代 量应适当增减。 干硬性混凝土拌合物可取其上限， 塑性混凝土 可取其下限。 在预应力混凝土中的水泥取代量， 普通硅酸盐水 泥不大于1 5 ， 矿渣硅酸盐 水泥不大于1 0 。在无筋的干硬 性混凝土( 如小砌块用混凝土拌合物) 中， 被粉煤灰取代的水 泥量不宜超过每立方米的基准混凝土水泥量的5 0 。在普通 钢筋粉煤灰混凝土中，粉煤灰掺入量最大不宜超过每立方米 的基准混凝土水泥用量的3 5 。 3 对粉煤灰混凝土强度影响的主要因素及 改善途径 3 1 粉煤灰取代量的影响 ( 见表4 ) 水泥种类 表 4 不同粉煤灰对混凝土早期强度的影响 粉煤 灰 粉煤灰 水泥 m( 胶凝材 料) ： 种类 ( k g m ) ( k g m ) m( 砂) ： m( 石) ：m( 水) 坍落度 抗压强度 MP a 一 0 3l 8 1 0 0 ： 1 8 7 ：4 2 5 ： O 5 8 26 l 5 0 2 U 原状灰 9 3 2 4 8 1 0 0 ： 1 5 2 ： 3 8 5 ： 0 5 4 3 1 1 3 1 2 3 5 湿碾灰 9 3 2 4 8 1 0 0 ： 1 5 2 ： 3 8 5 ： 0 5 4 2 1 1 4 0 2 4 5 从表4 可看出，当粉煤灰取代水泥量为2 0 的情况下， 掺原状灰的混凝土， 其7 d 抗压强度为基准混凝土的8 7 ， 而 掺湿碾灰的混凝土则达到基准混凝土的9 3 ； 2 8 d抗压强 度， 掺原状灰的混凝土为基准混凝土的 1 1 3 ， 而掺湿碾灰的 混凝土已达到基准混凝土的1 1 8 。可见采用湿碾加工的成 品 粉煤灰可以 提高粉煤灰的活 性，能改 善粉煤灰混凝土的 早 期强度， 提高后期强度。 3 2 夕 卜 力 啼 lJ 白 勺 影 响 ( 见表 5 ) 从表 5 可看出， 对普硅水泥配制的混凝土来说， 掺 2 0 粉煤灰和外加剂可使混凝土的3 d 抗压强度比基准混凝土提 高1 3 2 0 ， 2 8 d 强 度提高1 1 1 3 ， 1 8 0 d 强度提高2 9 4 1 ； 对矿渣水泥配制的 混凝土来说， 掺2 0 粉煤灰和外加剂 可使粉煤灰混凝土的3 d 强度比 基准混凝土提高4 5 5 4 ， 2 8 d 强度提高3 9 4 4 ， 1 8 0 d 强度提高2 1 3 5 。 表 5 外加 剂对 混凝土早期强度的影响 31 O 3 2 5级普硅 水泥 2 4 8 2 4 8 0 1 o 0 ： 2 0 7 ： 4 2 5 ：057 3 2 1 7 5 1 8 9 2 8 8 2 9 9 2 9 9 2 O 木钠 0 3 ， 硫酸钠 1 5 1 0 0 ： 1 6 9 ： 3 0 8 ：0 4 8 3 - 4 2 1 0 2 4 5 3 2 0 3 9 4 4 2 2 2 0 糖密 0 3 ， 硫酸钠 1 5 1 0 0 ： 1 6 9 ： 3 0 8 ： 0 4 8 2 7 1 9 8 2 3 3 3 2 6 3 8 4 3 8 6 31 O 3 2 5级矿 渣水泥 2 4 8 2 4 8 0 l _0 0 ： 2 0 7 ： 4 2 5 ： 0 5 4 2 1 l 1 4 l 6 O 21 -4 2 7 6 2 9 5 2 0 木钠 0 3 ， 硫 酸钠 1 5 1 0 0 ： 1 6 9 ： 3 0 8 ： 0 4 5 4 4 1 7 5 2 2 9 2 9 8 3 7 5 3 9 8 2 O 糖密 0 3 ， 硫酸钠 1 5 1 0 0 ： 1 6 9 ： 3 0 8 ： 0 4 5 3 6 1 6 5 2 1 4 3 0 8 3 3 7 3 5 6 3 3 对粉煤灰混凝土强度 的改善途径 从以 上分析和实用性、 经济性全面考虑， 为 提高 粉煤灰混 凝土的早期强度， 施工中可采取以下改善途径： ( 1 ) 粉煤灰取代水泥量， 控制在一定的范围内。 ( 2 ) 提高养护温度。 蒸气养护的粉煤灰混凝土制品成型后， 宜采 用干 热静停 在常温下静停时， 静停时间则应当延长。升 温速度也不宜过快，蒸养粉煤灰混凝土的 恒温温度以9 0 9 5 为宜。 自 然养护的 粉煤灰混凝土的结构 和构 件， 应注意保持 混凝土的表面湿润， 防止曝晒。在冬季施工时， 应采取相应的 保温和防冻措施， 气温若低于5 ， 一般不宜施工。 ( 3 ) 在粉煤灰混凝土中加入外加剂， 可以提高混凝土的早 2 0 新型建筑材料 2 0 1 1 8 期、 后期强度， 改善混凝土的抗冻性能。 4 应用实例 4 1 江西 万 安水 电站 上饶电厂加工的粉煤灰作为万安水电站大坝混凝土的掺 合料。 实践证明， 粉煤灰混凝土抗渗性能和抗软水侵蚀能力都 优于普 通混凝土。虽然其早期强 度较低， 但随着龄期的延 长， 混 凝土强 度发展 速度加快， “ 双掺” ( 即掺上饶电 厂粉煤灰2 0 一 3 0 ， 糖密减水剂0 2 0 ) 的强度增长率更高， 劈拉强度亦呈 现出类似的规律( 见表6 ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 熊欣， 等： 粉煤灰混凝土的设计与应用 表 6 粉煤灰混凝土在万安水电站应用测试结果 4 2 江西光学仪器厂 使用3 2 5 级硅酸盐水泥、 2 0 I I 级上饶电厂粉煤灰、 0 5 4 0 a m卵石、 中粗河砂。其混凝土级配数据和强度见表7 。 表 7 粉 煤灰 混凝 土在江西光学仪器厂应 用测试结果 5 结语 粉煤灰应用于工程混凝土中的 特点 主要有： ( I ) 早期强 度较低， 但 经较长时间的 养护， 后期强度高。 (2 ) 从化学角度来看， 具有二次反应性能， 即可溶性的活 性成分与水泥水化所产生的C a ( O H ) 结合而产生水泥水化物 的反应， 节约了水泥用量， 使硬化后的混凝土透水性降低， 抗 化学侵蚀性增强。 ( 3 ) 减少材料分离、 析水， 降低水化热， 减少干燥收缩。 ( 4 ) 粉 煤灰中 粉状物主要以 玻璃体状态 存在， 呈球状。 其 中 有一定数量的 中空微珠， 表面耐磨性能好， 加入混 凝土中 起 滚珠轴承作用， 因而和易性良好， 能减少用水量。 A ( 上接第 1 8 页) 基纤维素醚的砂浆 表现出 最佳的 保水性。 然 而， 如何解释纤维 素醚类型、 取代度和摩尔取代 度对 砂浆 保水性的 影响， 这方面 的机理问题仍需要进一步研究。 参考文献 ： 1 】 李伟， 张量， 王培铭 砂浆保水性测试方法的研究【 J 】 _ 新型建筑材 料 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 5 1 7 2 2 K h a y a t K H V i s c o s i t y - e n h a n c i n g a d mi x t u r e s f o r c e me n t b a s e d m a t e r i a l s - an o v e r v i e w J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 1 9 9 8 ， 2 0( 2 3 ) ： 1 71 1 8 8 3 】 邵 自强 纤维素醚【 M 北京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 0 7 【 4 P o u r c h e z J ， R u o t B， D e b a y l e J ， e t a 1 S o m e a s p e c t s o f c e l l u l o s e e t h e r s i n flu e n c e o n wa t e r t r a n s p o r t a n d p o r o u s s t r u c t u r e o f c e m e n t b ase d ma t e ri a l s 叨 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 1 0， 40( 2 ) ： 2 42 2 5 2 【 5 】 P a t u r a l L ， Ma r c h a l P ， G o v i n A， e t o 1 C e l l u l o s e e t h e r s i n n u e n c e o n w a t e r r e t e n t i o n a n d c o n s i s t e n c y i n c e m e n t b a s e d mo rt a r s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e arc h ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 1 ) ： 4 6 5 5 6 A C I 3 0 5 Ho t w e a t h e r c o n c r e t i n g M 1 9 9 9 7 j O r t i z J ， A g u a d o A， A g u l l 6 L ， e t a 1 I n f l u e n c e o f e n v i r o n m e n t al t e mp e r a t u r e s o n t h e c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h： S i mu l a t i o n o f h o t and c o l d w e a t h e r c o n d i t i o n s C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 1 0 ) ： 1 9 7 0 1 9 7 9 【 8 J8 O r t i z J ， A g u a d o A， A g u l l 6 L ， e t o 1 I n fl u e n c e o f e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e an d mo i s t u r e c o nt e n t o f a g g r e g a t e s o n t h e wo r k a b i l i t y o f c e me n t m o r t a r J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 09 ， 2 3( 5) ： 1 8 08 1 81 4 9 A l s a y e d S H， A m j a d M A E f f e c t o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n s t r e n g t h， p o r o s i t y， a b s o r p t i v i t y ， a n d s h r i n k a g e o f c o n c r e t e i n h o t a n d d r y c l i m a t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 4 ， 2 4 ( 7 ) ： 1 3 9 0 1 3 9 8 A N E W B UI L DI NG MAT E R I A L S 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m