摘要：節能減排，實現經濟可持續發展，建設資源節約型和環境友好型社會，一直是我國國民經濟發展的一項重要原則。而建筑業作為國民經濟的支柱產業，更是起到了舉足輕重的作用。生產粉煤灰混凝土，實現資源循環利用是山東省發展循環經濟、生態建省的經濟運作模式。混凝土中加入適量粉煤灰不僅能夠降低混凝土生產成本、減少環境污染，更重要的是能夠改善混凝土的和易性和可泵性，降低坍落度損失，減少早期開裂現象，提高耐久性。
關鍵詞： 粉煤灰 混凝土 配合比
一、 粉煤灰的質量要求
在混凝土中利用的粉煤灰，質量要求包含以下因素：
1.外觀和顏色
粉煤灰中的含碳量差距很大。顏色以乳白、深褐色為主，含碳量越高其顏色越深，在實際應用中應選用淺色粉煤灰，可以從顏色上判定粉煤灰的含碳量高低。
2.細度
粉煤灰顆粒粒徑多在45μm以下，其中玻璃微珠粒徑平均10～30μm，由于粉煤灰的活性主要來自于玻璃微珠顆粒，所以也要控制粉煤灰的細度，對于C60以上高標號混凝土應采用超細粉煤灰，45μm方孔篩篩余1%以下。
3.需水量比
需水量是指粉煤灰和水的混合物達到某一流動度下所需要的水量。粉煤灰以不同結構顆粒組成，密實的玻璃體顆粒含量高，則需水比小，密度大，活性高;而疏松多孔，片狀的顆粒多，則需水比大，密度小，活性低。所以需水比與粉煤灰顆粒結構組成有很大的關系，必須符合規范要求。
4.化學成分
粉煤灰的化學成分主要有SiO2，Al2O3，Fe2O3,CaO，MgO等，其中高溫產生的SiO2，Al2O3，CaO等具有一定的活性，其含量越大，則活性越大，一般控制三者的含量和大于70%，并且燒失量盡量低于規范要求。燒失量大，不但會影響粉煤灰的活性，而且還可影響混凝土的含氣量，我們采用華能日照電廠生產的粉煤灰。
表1 華能日照電廠I級粉煤灰物理性能和化學成分表
|
F級粉煤灰 |
物理性能（%） |
主要化學成分（%） |
|
細度（45μm） |
需水量比 |
含水率 |
SiO2 |
AI2O3 |
CaO |
燒失量 |
|
I級粉煤灰 |
11.5 |
91 |
0.6 |
47.26 |
28.65 |
2.65 |
4.91 |
二、粉煤灰混凝土配合比控制
1. “雙摻”技術
混凝土配合比設計時，應同時摻加粉煤灰與減水劑，并做好水泥、粉煤灰、外加劑之間相容性試驗。相容性試驗主要指三者按一定比例配制混凝土，檢驗其泌水性、坍落度、擴展度、流淌時間。一般情況下，流淌時間在8～30s，坍落度180～220mm，擴展度在470mm以上，相對壓力泌水率比小于40%時，說明三者的相容性較好，且不引起假凝、急凝等凝結現象。
2. 粉煤灰取代率及超量系數確定
根據對材料品質的檢驗和國家標準規定，C20以上的配筋混凝土宜采用I級、Ⅱ級灰，C15以下的素混凝土可采用Ⅲ級灰。選取粉煤灰取代率、超量系數兩個因素，每個因素取三個水平，用 L9 (34 )正交試驗表進行試驗，分別考察7d、28d、60d齡期普通混凝土和粉煤灰混凝土的強度，以兩者間的強度對比來確定粉煤灰的合理取代率及超量系數。
表2 L9 (34 )正交試驗表
|
序號 |
A
取代率% |
B
超量系數 |
C |
D |
抗壓強度(Mpa) |
|
7d |
28d |
60d |
|
1 |
1（10） |
1（1.0） |
1 |
1 |
23.6 |
38.9 |
42.6 |
|
2 |
1（10） |
2（1.5） |
2 |
2 |
24.5 |
35.6 |
39.9 |
|
3 |
1（10） |
3（2.0） |
3 |
3 |
24.5 |
36.4 |
43.0 |
|
4 |
2（15） |
1（1.0） |
2 |
3 |
26.7 |
36.1 |
39.9 |
|
5 |
2（15） |
2（1.5） |
3 |
1 |
22.3 |
38.2 |
39.8 |
|
6 |
2（15） |
3（2.0） |
1 |
2 |
21.6 |
36.7 |
41.9 |
|
7 |
3（20） |
1（1.0） |
3 |
2 |
23.4 |
34.3 |
39.1 |
|
8 |
3（20） |
2（1.5） |
1 |
3 |
23.0 |
39.3 |
42.3 |
|
9 |
3（20） |
3（2.0） |
2 |
1 |
20.8 |
36.3 |
40.6 |
試驗結果表明：取代率在10%～20%之內，超量系數在1.0～2.0之間時這兩個因素對混凝土28d齡期強度的影響并不顯著，能夠滿足混凝土配置要求。
3. 砂率
由于粉煤灰含有形態光滑致密的球形細顆粒，在混凝土中能起較好的潤滑作用，提高混凝土的可泵性，所以，其砂率值可以適當降低。一般取40%～42%比較合理(粗骨料粒徑為5～31.5mm)。對于低標號混凝土取較大值，對于高標號混凝土取較低值。
4. 坍落度
由于摻入粉煤灰后，降低了混凝土水化熱，混凝土的坍落度損失有所降低，并且提高了混凝土的可泵性，所以泵送混凝土的入車坍落度可設計為18～22cm，入泵坍落度可設計為16～18cm，不必太大。
5. 粉煤灰混凝土與普通混凝土性能的比較
在本次摻粉煤灰混凝土配合比研究中，通過大量的試配試驗，對粉煤灰混凝土與普通混凝土進行了以下三個方面分析比較，以此來確定最佳配合比。
表3 粉煤灰混凝土與普通混凝土坍落度比較統計表
|
混凝土類別 |
用水量
（kg） |
初始坍落度（mm） |
30min
保留值（mm） |
60min
保留值（mm） |
|
普通混凝土 |
190 |
185 |
150 |
125 |
|
粉煤灰10%摻量混凝土 |
190 |
185 |
165 |
150 |
|
粉煤灰15%摻量混凝土 |
190 |
185 |
165 |
150 |
|
粉煤灰20%摻量混凝土 |
190 |
195 |
180 |
165 |
表4 粉煤灰混凝土與普通混凝土泌水性比較統計表
|
混凝土類別 |
泌水率（%） |
泌水率比（%） |
|
普通混凝土 |
4.88 |
100 |
|
粉煤灰10%摻量混凝土 |
4.31 |
88 |
|
粉煤灰15%摻量混凝土 |
3.90 |
80 |
|
粉煤灰20%摻量混凝土 |
3.72 |
76 |
表5 粉煤灰混凝土與普通混凝土抗壓強度比較統計表
|
編號 |
水膠比 |
粉煤灰等量取代量% |
抗壓強度(Mpa) |
|
7d |
28d |
60d |
180d |
|
1 |
0.43 |
0 |
28.6 |
39.0 |
44.6 |
52.1 |
|
2 |
0.43 |
10 |
26.5 |
38.6 |
45.3 |
58.9 |
|
3 |
0.42 |
12 |
28.5 |
38.4 |
50.1 |
57.8 |
|
4 |
0.42 |
14 |
28.7 |
39.1 |
48.2 |
60.1 |
|
5 |
0.41 |
15 |
27.9 |
38.9 |
49.8 |
59.3 |
|
6 |
0.43 |
16 |
29.6 |
39.7 |
49.3 |
60.8 |
|
7 |
0.43 |
18 |
27.4 |
39.3 |
52.1 |
62.2 |
|
8 |
0.42 |
20 |
25.0 |
39.3 |
51.3 |
62.3 |
|
9 |
0.40 |
23 |
23.8 |
39.0 |
52.6 |
63.6 |
結果表明：同普通混凝土相比，粉煤灰混凝土坍落度損失較小，保水性、粘聚性較好，且不離析、泌水。摻量為10%～20%時，摻量每增加5%，則泌水率比隨之降低5%左右，流動度和可泵性優于普通混凝土。粉煤灰混凝土早期強度隨著取代率和超量系數的增加有所降低，28d齡期強度接近于普通混凝土，60d、180d齡期強度高于普通混凝土。
三、粉煤灰混凝土配合比的優選
通過大量的試配試驗，按照28d齡期混凝土標準試件抗壓強度，我們優選出C25-C50粉煤灰混凝土配合比(表6)。
表6 粉煤灰混凝土按28d抗壓強度優選配合比
|
序號 |
強度等級 |
水泥等級 |
混凝土配合比(kg/m³) |
坍落度
（mm） |
|
水 |
水泥 |
粉煤灰 |
河砂 |
石子 |
外加劑 |
|
1 |
C25 |
32.5 |
185 |
305 |
95 |
750 |
1080 |
8.0 |
160-180 |
|
2 |
C30 |
32.5 |
185 |
345 |
65 |
750 |
1080 |
4.0 |
160-180 |
|
3 |
C35 |
32.5 |
185 |
360 |
70 |
735 |
1100 |
4.4 |
160-180 |
|
4 |
C40 |
42.5 |
185 |
385 |
75 |
720 |
1080 |
4.6 |
160-180 |
|
5 |
C45 |
42.5 |
185 |
410 |
110 |
680 |
1075 |
5.1 |
160-180 |
|
6 |
C50 |
42.5 |
185 |
460 |
70 |
655 |
1070 |
6.5 |
160-180 |
四、粉煤灰混凝土綜合效益分析
通過試驗了解到，粉煤灰混凝土可以取代一定量的水泥，而又能改善混凝土的和易性。
以C30 混凝土粉煤灰取代水泥率約為12%，超量系數為1.4 為例來說明，其每m3 取代水泥率為55kg,粉煤灰摻量為65 kg，2008年水泥每t 265元，I級粉煤灰每t 115 元，每m3節約成本：0.055×265-0.065×115=14.575-7.475=7.1 (元)。可見在保證粉煤灰混凝土性能的前提下，粉煤灰用量越大，經濟效益越明顯。
結語
1. 摻粉煤灰的混凝土和易性好、泌水率小，有利于運輸及泵送。粉煤灰混凝土的早期強度隨著粉煤灰取代率和超量系數的增加比普通混凝土有所降低，但至60d齡期時，其強度增長率隨粉煤灰取代率的增加而增加，后期強度已明顯高于普通混凝土。
2. 利用粉煤灰生產混凝土是發展循環經濟，節能減排的具體體現，有利于加強環境保護、實現可持續性發展戰略。
3. 利用粉煤灰生產混凝土有利于降低混個凝土的生產成本、提高混凝土的性能，從而提高企業的市場競爭力。
附：參考文獻
[1]普通混凝土配合比設計規程 JGJ55-2000
[2]混凝土外加劑應用技術規范 GB50119-2003
[3]普通混凝土拌合物性能試驗方法標準 GB/T50080-2002
[4]粉煤灰在水泥混凝土中的應用 《建筑工程》 2005-05
[5]粉煤灰混凝土 《粉煤灰綜合利用》 2005-04
[6]粉煤灰混凝土試驗研究和配合比設計 《粉煤灰綜合利用》 2005-04
