高摻量粉煤灰混凝土配合比設(shè)計應(yīng)用技術(shù)

　　1.引言

　　隨著我國土建行業(yè)的快速發(fā)展，水泥混凝土由于其具有節(jié)能、成本偏低、應(yīng)用方便耐久性好等特點導(dǎo)致其需求量不斷增加。同時，水泥混凝土需求量的增加也帶來很多負(fù)面影響，因為水泥的生產(chǎn)需要耗費巨大的能源和資源。為解決這個問題國內(nèi)外水泥混凝土行業(yè)研究人員展開了很多研究，其中高摻量粉煤灰混凝土（High fly-ash content concrete，簡稱HFCC）就是其提出的一種“綠色環(huán)?！被炷痢Ｋ^粉煤灰混凝土就是泛指摻有粉煤灰的混凝土，而高摻量粉煤灰混凝土的定義到目前還沒有統(tǒng)一。因此，國內(nèi)外對于高摻量粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計方法也有很多不同，以下筆者將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　2.配合比設(shè)計方法簡介

　　2.1.等量取代法

　　粉煤灰混凝土配合比的設(shè)計技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了3個階段，而等量取代法屬于早期的高摻量粉煤灰混凝土設(shè)計技術(shù)，又稱“簡單取代法”。這種設(shè)計方法原理是參照普通混凝土設(shè)計方法，然后直接用粉煤灰等量取代水泥，根據(jù)所用粉煤灰的品質(zhì)及混凝土的和易性等要求來對混凝土的用水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。其設(shè)計步驟為：（1）配合比設(shè)計配置強度的齡期；（2）設(shè)計用的基準(zhǔn)配合比，以體積法設(shè)計的為準(zhǔn)；（3）計算粉煤灰用量；（4）計算水泥用量；（5）粉煤灰混凝土的灰漿體積計算；（6）砂、石的總體積計算；（7）砂、石用量計算和砂率計算，該計算與體積法基準(zhǔn)混凝土的計算法一樣。等量取代法在早期得到廣泛的應(yīng)用但是該方法由于沒有考慮粉煤灰的某些特性對混凝土的和易性及強度的影響，只按照粉煤灰摻量大致估算混凝土強度，然后按普通混凝土計算方法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計。然而粉煤灰的第二次反應(yīng)和水泥的水化反應(yīng)不一樣，故該方法設(shè)計的混凝土的早期強度有所降低，這樣就增加了粉煤灰混凝土達(dá)到預(yù)定強度的齡期。除此之外，混凝土的其它一些性能也會發(fā)生一定程度的削弱，如收縮性大、彈性模量低、徐變值大、抗凍性差、抗碳化性能差[1,2]。

　　2.2.理性法

　　隨著粉煤灰混凝土配合比設(shè)計原理的發(fā)展，后期出現(xiàn)了一些比取代法更合理的配合比設(shè)計方法。（1）最優(yōu)化方法，該方法是基于經(jīng)濟原則進(jìn)行的配合比設(shè)計的一種方法，其設(shè)計理念是使得粉煤灰混凝土獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟效益。最為著名的有兩段法和數(shù)值法。（2）按混凝土耐久性要求設(shè)計配合比法，該方法把混凝土的耐久性作為混凝土配合比設(shè)計過程中的一個重要依據(jù)。一般情況下，我們將強度指標(biāo)看作為混凝土的質(zhì)量指標(biāo)，但是僅僅考慮強度作為衡量混凝土質(zhì)量的指標(biāo)，會忽略實際工程中對混凝土耐久性的要求，因為很多工程實例證明混凝土的破壞不一定是強度的問題，而是耐久性的問題。（3）規(guī)定強度法，為了反映粉煤灰在混凝土中的膠凝作用，1967年，I．A．Smith最早提出了“粉煤灰膠凝效率系數(shù)k”的概念，建立起“等效水灰比”公式。以此為理論基礎(chǔ)，I．A．Smith建立了推理性比較周密的等稠度和28d等強度的粉煤灰混凝土配合比設(shè)計方法——規(guī)定強度法。根據(jù)假定的或經(jīng)驗確定的k值及各組分的用量計算出等效水灰比，應(yīng)用普通混凝土強度公式即可預(yù)測一定齡期粉煤灰混凝土的抗壓強度。

　　2.3.簡易配合比設(shè)計法

　　粉煤灰混凝土簡易配合比設(shè)計方法主要可以分為兩種：（1）固定用量法，該方法的主 要原理是通過設(shè)計經(jīng)驗或者水泥用量變化的試驗，選擇出一個固定粉煤灰用量的合適配合比。這種方法實際上也是基于與基準(zhǔn)混凝土對比的基礎(chǔ)上，并考慮設(shè)計應(yīng)滿足28d強度和稠度等要求的一種設(shè)計方法，其本質(zhì)只是一種改良也具有一定的局限性。（2）調(diào)整系數(shù)法，調(diào)整系數(shù)法直接引用基準(zhǔn)混凝士配合比設(shè)計結(jié)果，按照設(shè)計和易性相等和28d強度相等的粉煤灰混凝土的要求，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各種基本材料用量，然后確定配合比。在粉煤灰混凝土簡易配合比設(shè)計方法中，調(diào)整系數(shù)法是比較合理的。它適用于粉煤灰質(zhì)量基本穩(wěn)定，并積累了大量試驗資料的混凝土工廠和現(xiàn)場試驗室。從實用的角度來看，調(diào)整系數(shù)法簡單易懂，簡捷易行，比較容易接受。

　　2.4  HFCC配比設(shè)計法

　　目前，我國粉煤灰配合比設(shè)計一般用等量取代法或者是超量取代法通過常規(guī)步驟進(jìn)行配合比設(shè)計。雖然這種設(shè)計方法簡單，但是其不能預(yù)估所設(shè)計的粉煤灰混凝土的強度。英國學(xué)者Dunstan提出一種考慮粉煤灰作用并能預(yù)計所設(shè)計混凝土強度的設(shè)計方法，該法經(jīng)過改良后叫做Dunstan三維設(shè)計方法。三維設(shè)計法在二維的基礎(chǔ)上增加了一根軸線，使得設(shè)計成為一個以強度為y軸，水膠比和灰膠比分別為x和z軸的三維模型。在該設(shè)計模型中假定一個設(shè)計強度會得到一系列工作度相同的配合比，再通過比較一些其他因素例如經(jīng)濟因素從而得到一個特定的配合比。但是該設(shè)計方法由于計算量大，需要編制計算機程序。英國學(xué)者Dhir在考慮Munday等提出的粉煤灰摻量存在一個最佳值，而且這個最佳值是水灰比的函數(shù)這個理論，提出一種簡單的圖表設(shè)計法。首先假定粉煤灰含量為30%的情況下繪制出水灰比與強度之間的關(guān)系曲線、水灰比與不同等級粉煤灰最佳灰膠比關(guān)系曲線、制定用水量w的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表格、繪制不同用水量與混凝土振實密度與骨料密度間的關(guān)系圖、總膠凝材料用量(cuff)與細(xì)骨料(分粗、中、細(xì))間的關(guān)系圖。歸納起來可以理解為：①根據(jù)要求的強度設(shè)計水灰比；②運用水灰比確定灰膠比；③根據(jù)曲線確定用水量；④確定水泥用量和粉煤灰用量；⑤通過關(guān)系圖確定骨料用量；⑥按配合比進(jìn)行拌合試驗驗證。然而經(jīng)過比較我們發(fā)現(xiàn)雖然上述兩種配合比設(shè)計方法更加完善，但其設(shè)計的基礎(chǔ)均依賴于大量的試驗與經(jīng)驗數(shù)據(jù)，故在工程實踐中很少運用[3]。

　　3．高摻量粉煤灰混凝土工程應(yīng)用建議

　　實際工程在使用高摻量粉煤灰混凝土?xí)r應(yīng)該注意一些相關(guān)問題：1）施工質(zhì)量的控制，在原材料方面應(yīng)對采用的水泥、砂、石等按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場二次抽查。注意控制粉煤灰的質(zhì)量，因為粉煤灰是原材料中質(zhì)量波動較大的一種材料。2）在澆筑過程當(dāng)中，由于大摻量粉煤灰混凝土十分粘稠，這個對提高其均勻性有一些好處，但是在澆筑完成后，應(yīng)該及時對混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑。適當(dāng)延長支模時間，以保證足夠的水化時間。3）當(dāng)施工溫度很低時，施工完成后還應(yīng)注意采取保溫養(yǎng)護(hù)措施，這樣才能保證粉煤灰混凝土的強度發(fā)展?jié)M足要求，因為粉煤灰混凝土早期強度本身就很低。

　　4. 結(jié)語

　　用粉煤灰作摻和料生產(chǎn)粉煤灰混凝土，一是可節(jié)約水泥10%—30%，帶來顯著經(jīng)濟效益；二是可以改善或提高混凝土的技術(shù)性能，如改善拌和物的和易性、可泵性和抹面性；降低大體積混凝土內(nèi)部水化熱，減少溫度應(yīng)力和裂縫；提高混凝土的抗侵蝕件和抑制堿-集料反應(yīng)等；三是利用粉煤灰，可以減輕粉煤從對環(huán)境的污染，帶來一定的環(huán)保效益和社會效益。