高摻量粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)

　　1.引言

　　隨著我國(guó)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(diǎn)導(dǎo)致其需求量不斷增加。同時(shí)，水泥混凝土需求量的增加也帶來(lái)很多負(fù)面影響，因?yàn)樗嗟纳a(chǎn)需要耗費(fèi)巨大的能源和資源。為解決這個(gè)問(wèn)題國(guó)內(nèi)外水泥混凝土行業(yè)研究人員展開(kāi)了很多研究，其中高摻量粉煤灰混凝土（High fly-ash content concrete，簡(jiǎn)稱HFCC）就是其提出的一種“綠色環(huán)保”混凝土。所謂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(méi)有統(tǒng)一。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于高摻量粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)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(jì)方法簡(jiǎn)介

　　2.1.等量取代法

　　粉煤灰混凝土配合比的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了3個(gè)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(jì)技術(shù)，又稱“簡(jiǎn)單取代法”。這種設(shè)計(jì)方法原理是參照普通混凝土設(shè)計(jì)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(lái)對(duì)混凝土的用水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。其設(shè)計(jì)步驟為：（1）配合比設(shè)計(jì)配置強(qiáng)度的齡期；（2）設(shè)計(jì)用的基準(zhǔn)配合比，以體積法設(shè)計(jì)的為準(zhǔn)；（3）計(jì)算粉煤灰用量；（4）計(jì)算水泥用量；（5）粉煤灰混凝土的灰漿體積計(jì)算；（6）砂、石的總體積計(jì)算；（7）砂、石用量計(jì)算和砂率計(jì)算，該計(jì)算與體積法基準(zhǔn)混凝土的計(jì)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(méi)有考慮粉煤灰的某些特性對(duì)混凝土的和易性及強(qiáng)度的影響，只按照粉煤灰摻量大致估算混凝土強(qiáng)度，然后按普通混凝土計(jì)算方法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。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(jì)的混凝土的早期強(qiáng)度有所降低，這樣就增加了粉煤灰混凝土達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度的齡期。除此之外，混凝土的其它一些性能也會(huì)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(jì)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(jì)方法。（1）最優(yōu)化方法，該方法是基于經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行的配合比設(shè)計(jì)的一種方法，其設(shè)計(jì)理念是使得粉煤灰混凝土獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要依據(jù)。一般情況下，我們將強(qiáng)度指標(biāo)看作為混凝土的質(zhì)量指標(biāo)，但是僅僅考慮強(qiáng)度作為衡量混凝土質(zhì)量的指標(biāo)，會(huì)忽略實(shí)際工程中對(duì)混凝土耐久性的要求，因?yàn)楹芏喙こ虒?shí)例證明混凝土的破壞不一定是強(qiáng)度的問(wèn)題，而是耐久性的問(wèn)題。（3）規(guī)定強(qiáng)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(qiáng)度的粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)方法——規(guī)定強(qiáng)度法。根據(jù)假定的或經(jīng)驗(yàn)確定的k值及各組分的用量計(jì)算出等效水灰比，應(yīng)用普通混凝土強(qiáng)度公式即可預(yù)測(cè)一定齡期粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度。

　　2.3.簡(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)法

　　粉煤灰混凝土簡(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或者水泥用量變化的試驗(yàn)，選擇出一個(gè)固定粉煤灰用量的合適配合比。這種方法實(shí)際上也是基于與基準(zhǔn)混凝土對(duì)比的基礎(chǔ)上，并考慮設(shè)計(jì)應(yīng)滿足28d強(qiáng)度和稠度等要求的一種設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)果，按照設(shè)計(jì)和易性相等和28d強(qiáng)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(jiǎn)易配合比設(shè)計(jì)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(yàn)資料的混凝土工廠和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室。從實(shí)用的角度來(lái)看，調(diào)整系數(shù)法簡(jiǎn)單易懂，簡(jiǎn)捷易行，比較容易接受。

　　2.4  HFCC配比設(shè)計(jì)法

　　目前，我國(guó)粉煤灰配合比設(shè)計(jì)一般用等量取代法或者是超量取代法通過(guò)常規(guī)步驟進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。雖然這種設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，但是其不能預(yù)估所設(shè)計(jì)的粉煤灰混凝土的強(qiáng)度。英國(guó)學(xué)者Dunstan提出一種考慮粉煤灰作用并能預(yù)計(jì)所設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，該法經(jīng)過(guò)改良后叫做Dunstan三維設(shè)計(jì)方法。三維設(shè)計(jì)法在二維的基礎(chǔ)上增加了一根軸線，使得設(shè)計(jì)成為一個(gè)以強(qiáng)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(jì)模型中假定一個(gè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度會(huì)得到一系列工作度相同的配合比，再通過(guò)比較一些其他因素例如經(jīng)濟(jì)因素從而得到一個(gè)特定的配合比。但是該設(shè)計(jì)方法由于計(jì)算量大，需要編制計(jì)算機(jī)程序。英國(guó)學(xué)者Dhir在考慮Munday等提出的粉煤灰摻量存在一個(gè)最佳值，而且這個(gè)最佳值是水灰比的函數(shù)這個(gè)理論，提出一種簡(jiǎn)單的圖表設(shè)計(jì)法。首先假定粉煤灰含量為30%的情況下繪制出水灰比與強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線、水灰比與不同等級(jí)粉煤灰最佳灰膠比關(guān)系曲線、制定用水量w的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格、繪制不同用水量與混凝土振實(shí)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(lái)可以理解為：①根據(jù)要求的強(qiáng)度設(shè)計(jì)水灰比；②運(yùn)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(guò)關(guān)系圖確定骨料用量；⑥按配合比進(jìn)行拌合試驗(yàn)驗(yàn)證。然而經(jīng)過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)雖然上述兩種配合比設(shè)計(jì)方法更加完善，但其設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)均依賴于大量的試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故在工程實(shí)踐中很少運(yùn)用[3]。

　　3．高摻量粉煤灰混凝土工程應(yīng)用建議

　　實(shí)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(wèn)題：1）施工質(zhì)量的控制，在原材料方面應(yīng)對(duì)采用的水泥、砂、石等按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)二次抽查。注意控制粉煤灰的質(zhì)量，因?yàn)榉勖夯沂窃牧现匈|(zhì)量波動(dòng)較大的一種材料。2）在澆筑過(guò)程當(dāng)中，由于大摻量粉煤灰混凝土十分粘稠，這個(gè)對(duì)提高其均勻性有一些好處，但是在澆筑完成后，應(yīng)該及時(shí)對(duì)混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑。適當(dāng)延長(zhǎng)支模時(shí)間，以保證足夠的水化時(shí)間。3）當(dāng)施工溫度很低時(shí)，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(qiáng)度發(fā)展?jié)M足要求，因?yàn)榉勖夯一炷猎缙趶?qiáng)度本身就很低。

　　4. 結(jié)語(yǔ)

　　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(lái)顯著經(jīng)濟(jì)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(duì)環(huán)境的污染，帶來(lái)一定的環(huán)保效益和社會(huì)效益。