粉煤灰在水泥砼配合比设计中的质量控制和施工工艺
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【摘要】随着混凝土技术的发展, 粉煤灰等矿物掺 合料在混凝土中的应用越来越广泛, 已成为混凝土中必不可少的重要组分。以粉煤灰为代表的活性矿物掺合料 可大幅提高混 凝土的工作性能, 物理力学性能和耐久性能。同时, 粉煤灰混凝土还可以获得经济、环保和生态效益, 实现混凝土行业的可持续发展。
【关键词】粉煤灰；混凝土；配合比；设计；注意事项
作为工业“三废”之一的粉煤灰,长期以来,因其造成恶劣的环境污染一直困扰着人类， “变废为宝”的尝试。随着材料科学的不断发展，其用途也互相渗透的越来越广泛，已到了跨行业、跨学科、非常广泛的领域。随着人们对粉煤灰研究和认识的深入,人们逐渐将其广泛地应用到工程领域，尤其在混凝土的应用中,以其独特、不可替代的作用,得到了前所未有地重视和开发。混凝土是当今用量最大、用途最广泛的建筑材料,合理地推广和应用粉煤灰混凝土不仅有利于工程质量,而且对于节能减排有着异常重要的意义。
1 对水泥混凝土提出新的要求
1.1 混凝土品种增多，出现了高性能混凝土、轻骨料混凝土、纤维混凝土、防水混凝土、加气混凝土、低温混凝土、泵送混凝土和喷射混凝土等。其中高性能混凝土（HPC）是近期混凝土技术发展的主要方向，国外学者曾称之为21世纪混凝土。近年来，不同性能混凝土的研究和应用日益受到人们重视。．坍落度应不小于120 mm，且粘聚性和保水性良好。
1.2 混凝土的成分更加丰富，粉煤灰及其他掺合料和外加剂等被广泛使用到混凝土的配制中，使混凝土的应用更加广泛。
1.3 混凝土需要满足的性能指标提高，从单一的强度指标扩展到若干龄期的强度、工作性能和耐久性能等多项指标。
1.4 对结构物寿命的要求延长。工程实践证明，在正常使用条件下普通混凝土的使用期限可达50年～100年；而在恶劣环境条件下经十几年或更短时间就遭到严重破坏，需要修补，甚至更新重建。高性能混凝土的耐久性应从目前50年～100年的使用期限，提高到500年～l000年，且具有广泛的环境适应性。
1.5 施工工艺多样化。水泥混凝土面层可以采用多种施工方法进行铺筑：小型机具摊铺和振实；轨道式摊铺机摊铺和振实，配以其他工序的配套机械；滑模式摊铺机摊铺和振实，配以其他工序的配套机械；平地机摊铺和振动压路机碾压，配以其他小型机具；沥青混合料摊铺机摊铺和初步压实，压路机碾压配以其他机具和机械。
随着现代建筑工程技术要求的提高，水泥混凝土配合比设计的指导思想应从强度设计向多种性能设计转化，从可行性设计向优化设计转化。合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。配合比设计中主要考虑的因素有：
2.1 水灰比
有关水灰比、水泥品种、外加剂、粗集料级配等因素对路面混凝土性能影响的试验表明，无论28d抗折强度还是抗压强度，上述因素的主次为：水灰比一水泥品种一外加剂一粗集料级配。由此可见，水灰比对路面强度的影响是很大的。水灰比过大，多余水在硬化后的混凝土中形成气孔，减小了混凝土抵抗荷载作用的有效断面，在孔隙周围产生应力集中。水灰比愈小，水泥混凝土的强度也愈高，因此在满足和易性要求的前提下，应尽可能采用小的水灰比。此外，路面混凝土水灰比大小还应考虑道路等级、气候因素等。
2.2 砂率
砂率的变化可导致集料的空隙率和总表面的变低时此种影响较为迟钝化，混凝土拌和物的工作性亦随之产生变化。其大小主要影响混凝土的稠度，在水灰比低时这种影响表现得比较迟钝，但砂率的改变会使混凝土的空隙率和集料的总表面积有显著改变，直接影响硬化混凝土的品质。砂率在混凝土设计中是一项非常重要的指标，试验表明，混凝土的抗裂能力随粗集料的增加而增加，因此在正常砂率的基础上，适当减少砂率，增加粗集料用量，对提高路面混凝土的抗折性能是必要的。因为砂率过高，集料的空隙率和总表面积增大，需要填充和胶结的水泥浆也就越多，混凝土拌和物就显得干稠，流动性小，从而浪费了水泥；当砂率过低，虽然集料的表面积减少，但由于砂浆量不足，不能在粗集料的周围形成足够的砂浆层来起作用，因而使混凝土拌和物的流动性降低。更严重的是影响了混凝土拌和物的粘聚性和保水泥浆流失等不良现象，给施工造成困难。
2.3 集灰比
对混凝土强度的影响在混凝土强度较高时表现得较明显，当水灰比相同时，混凝土随集灰比的增长呈增长趋势，这与集料数量增大、集料吸收的水分量增大、实际水灰比变小有关，与混凝土内部孔隙总体积减少有关，还与较高标号混凝土水泥用量较大有关。在适当增大集灰比后，水泥胶结作用和集料的连锁作用得到了充分的发挥。
3 配合比设计前的准备工作
混凝土配合比设计前应充分做好准备工作,掌握设计图纸对混凝土结构的全部要求，重点是各种强度和耐久性要求及结构件截面的大钢筋布置的疏密，以考虑采用水泥品种及石子小、粒径的大小等参数；了解是否有特殊性能要求，便于决定所用水泥的品种和粗骨料粒径的大小；了解施工工艺，如输送、浇筑的措施，使用机械化的程度，主要是对工作性和凝结时间的要求，便于选用外加剂及其掺量；了解所能采购到的材料品种、质量和供应能力。根据这些资料合理地选用适当的设计参数，进行配合比设计。分析不同工程实际对混凝土强度的要求,确保混凝土强度达到设计要求;应注意配合比的调整和在施工中的控制,严格控制混凝土施工时的用水量,调整生产配合比时,砂、石材料应准确计量,准确测量生产现场砂、石的实际含水量;在保证质量的前提下,设法降低成本。
4 掺粉煤灰混凝土
粉煤灰混凝土施工技术，从其材料组成、配制和性能方面考察，与普通混凝土有明显不同之处，工程中把它视为特种混凝土之一。过去较长时间内粉煤灰混凝土推广不甚理想，大都是混合料配合比组成设计不适当的缘故。近年来，粉煤灰混凝土配合比设计中有一个共同特点，就是要求粉煤灰混凝土与基准混凝土的和易性等同，要求28 d 龄期强度相当，即所配制等强度和等稠度的粉煤灰混凝土。在同水胶比条件下, 粉 煤灰掺量0~ 40% 范围内, 随着粉煤灰掺量的增加,坍落度扩展度不断增加, 这一点可从粉煤灰的颗粒形态效应得到解 释。但当粉煤灰掺量达到 50%时, 坍 落度、扩展度有降低的趋势。这是因为粉煤灰掺量大时,粉煤灰中的碳粒具有吸附作用, 使其需水量增加, 坍落度扩展度下降。
提高路面混凝土性能的核心在于提高集料与砂浆界面的粘结强度，这可以通过合理选择原材料和正确的配合比设计来实现。选用道路水泥或C3S和C4AF含量高的其他水泥品种；选用细度模数大，耐磨性好的细集料；岩石品种是选择粗集料的关键，应综合考虑岩石的物理力学性能，通过比较试验确定；配合比设计采用合适的水灰比、砂率及集灰比至关重要，也应尽量通过比较试验确定。水泥混凝土的配合比十分考究，不但需要考虑砂、水泥、石、掺合料及外加剂的性能和用量，而且要体现实际施工的需要和现行规范的要求，这些规范包括强度、均匀性、和易性、耐久性以及经济型诸多因素，只有科学地确定各成分的用量，进行合理的调配，才能生产出质优、经济、实用的混凝土，从而使水泥混凝土发挥出最大的功用。
5 粉煤灰在水泥砼中的应用及效果
在水泥砼中掺加粉煤灰，采用对水泥超量取代的方法，其取代水泥量按强度等级的不同而异，即强度等级较低的取代量大，强度等级较高的取代量小，其超量系数则也相应由大到小。表1、表2是对两种同强度等级的基准砼和粉煤灰砼的抗压强度对比试验数据。
从以上试验结果可以看出，对C25、C35的砼，粉煤灰取代水泥量分别是11.2%、8%，而水灰比普遍较基准砼减小，这无论对提高混凝土的强度、密实度及减少收缩都是有利的；其早期的强度比基准砼略低；后期强度则有一些明显的优势。这在常规施工中，尤其是大体积砼工程中应用，其效果是比较好的。
5 结束语
总之，合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。要对水泥混凝土路面配合比设计深入系统的研究，使混凝土配合比设计体系更加科学合理、方便快捷，从而推动水泥混凝土科学的发展
参考文献：
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[2]王华,陈德平,宋存义,张强. 粉煤灰利用研究现状及其在环境保护中的应用[J]. 环境与开发, 2001, (01)
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