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一、粉煤灰的性能、特點

1．外觀和顏色

由于燃煤和燃燒條件不同，粉煤灰中的含碳量差距很大。顏色大多為乳白色、深褐色，高鈣灰多為淺黃色或淺灰色，含碳量越高其顏色越深，在實際應用中應選用淺色粉煤灰，從顏色上初步判定粉煤灰的含碳量高低。


2．細度

粉煤灰的顆粒粒徑大部分在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滿足規范要求。高鈣粉煤灰經粉磨加工后，45μm篩篩余一般在7~12%之間。

3．需水比

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。一般高鈣粉煤灰的燒失量很低，顆粒形態以球狀為主，所以其需水量比較低，即使粒度較大時，需水量比仍低于100%，具有較好的減水作用。

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等具有一定活性，其含量越大，則活性越大，一般控制三者的含量和應大于70%。

二、摻和粉煤灰的混凝土配合比設計

1．混凝土材料的性能與選擇

（1）粉煤灰能提高混凝土的可泵性，用粉煤灰取代部分水泥，既可以節約水泥，又可使混凝土早期強度增長減弱，推遲水化熱最高峰的到來，還可使混凝土后期強度增長顯著。

按照《粉煤灰混凝土應用技術規范》（GBJ146-1990）和《粉煤灰在混凝土和砂漿中應用技術規程》（JGJ 28-1986），經試驗選用嘉興興欣粉煤灰公司的磨細Ⅱ級高鈣粉煤灰。
2）水泥為浙江星閣水泥建材有限公司生產的P·O32.5水泥。

（3）經過水泥與減水劑相容性試驗，綜合考慮選用浙江德清五龍外加劑廠生產的ZWL-1型緩凝高效減水劑，摻入膠凝材料用量的0.4%，可減水10%～15% ，能顯著提高混凝土的粘聚性、可泵性和密實度，從而提高混凝土的強度。

（4）采用中砂，含泥量在1%以內。

（5）石子采用5～16mm、20-40mm碎石摻配成5-40連續級配。

2．配合比

根據《粉煤灰在混凝土和砂漿中應用技術規程》的規定，摻粉煤灰混凝土配合比設計時，應以基準混凝土配合比為基礎，按等稠度、等強度等級原則，用超量取代法進行調整。

（1）首先按設計要求進行普通混凝土基準配合比的設計，然后按下表選擇粉煤灰取代水泥率（βc）。并考慮高鈣粉煤灰摻量對安定性的影響，對摻加粉煤灰的混凝土進行安定性復核試驗。
（2）根據所選用的粉煤灰取代水泥率（βc），計算出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量（mc）

mc=mco（1-βc）

（3）選擇粉煤灰超量系數（δc）。根據上海市地方標準DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應用技術規程》中推薦的參數取用，對于Ⅱ級高鈣粉煤灰，超量系數取1.1～1.5，當水泥強度富裕較多、或配制大體積混凝土、或設計強度等級的齡期較長、或高鈣粉煤灰品質較好、或采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥時，超量系數K可取下限。


（4）根據超量系數（δc），求出每立方米混凝土的粉煤灰摻量（mf）

mf=δc（mco -mc）

式中：ｍｆ-每立方米混凝土的粉煤灰摻入量（kg）；

δc-超量系數；

mco-每立方米混凝土的水泥用量（kg）；

mc-每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量（kg）。

（5）計算出每立方米粉煤灰混凝土中水泥、粉煤灰和細骨料的絕對體積，求出粉煤灰超出水泥的體積，并扣除同體積的細骨料用量：

ms=mso-（mc/ρc+mf/ρf-mso/ρc）ρs

式中：ms-每立方米粉煤灰混凝土的細骨料用量；

ρc-細骨料的視密度；

ρf-粉煤灰密度；

mso-混凝土基本配合比細骨料用量；

ρs-細骨料的視密度。

（6）粉煤灰混凝土的用水量，按基準配合比的用水量取用，粗骨料也同樣按基準配合比取用。即：

mw=mwo

mg=mgo

式中：mw—每立方米粉煤灰混凝土的用水量；

mwo—每立方混凝土基本配合比用水量；

mg—每立方米粉煤灰混凝土粗骨料用量；

mgo—每立方米混凝土基本配合比的粗骨料用量。

（7）根據計算的摻粉煤灰混凝土配合比，通過試配，在保證設計所需和易性的基礎上，進行混凝土配合比的調整。

（8）根據調整后的配合比，提出現場施工用的摻粉煤灰的混凝土配合比。

根據上述方法設計出了C25樁基砼配比，經駐地辦試驗室復核驗證并報申嘉湖高速公路中心試驗室復核驗證，確認采用水膠比為0.47的配合比。
三、施工控制及安定性影響探討

1．粉煤灰混凝土的施工控制

（1）貯運粉煤灰時，必須注意防潮、防水，避免結塊，應隨用隨運。

（2）配制混凝土的骨料應級配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果；

（3）混凝土采用微機控制、自動化計量上（放） 料、強制式攪拌機拌制。砂、石、水泥、水、粉煤灰均為電腦自動計量上料，減水劑采用小包裝準確計量后外加。


（4）粉煤灰混凝土必須攪拌均勻，其攪拌時間應比基準混凝土延長10~30s。

（5）每連續供應的200噸相同等級的粉煤灰為一批，取樣測定其細度、燒失量，對同一供灰單位每月測定一次需水量比，每季度測定一次三氧化硫含量。

2．游離CaO含量對粉煤灰混凝土安定性影響探討

高鈣粉煤灰由于含有較高的CaO含量，因此具有活性高，可自凝，自硬，顆粒細，需水量較低等性能特征。但是高鈣粉煤灰中的游離氧化鈣一般含量較大（2%~3%或更大），由于這部分游離狀態的Ca0在水化過程中產生體積膨脹而有可能影響到體積安定性。

但由于磨細高鈣粉煤灰，晶體結構較疏松，晶粒較小，水化活性較大，因此這種f- CaO水化可能較快，不易造成局部膨脹應力集中，不至于對體積安定性構成嚴重后果。同時在工程中，一般情況下物料所處環境溫度大都在40℃以下（大體積混凝土中溫升一般在60℃左右，蒸養制品除外），游離CaO水化時產生的極限膨脹值低于100℃試驗的條件下極限膨脹值，而且出現極限膨脹值的時間亦大為推遲，尤其在應用緩凝型外加劑條件時，砼凝結時間一般在10小時以上，其結果可能使膨脹發生處于水泥混凝土凝結時期之前基本完成，即使有剩余膨脹存在，此時此刻，水泥混凝土已產生一定強度，當其強度值達到可以抑制游離石灰產生的膨脹破壞應力時，已不可能對水泥混凝土結構構成破壞，體積安定性問題已不復存在。同時游離鈣在水泥混凝土中水化時的工況條件與水泥凈漿試驗條件下的工況條件不相似，水化介質中溶有各外加劑鹽類（石膏等），這對于游離氧化鈣的水化膨脹均有一定緩解作用，而且多組分復合物水泥混凝土中，由于集料的存在，對膨脹所起的抑制作用，以及高鈣粉煤灰細度較細，在水泥混凝土中分布較均勻，其量又占砂漿混凝土組分中相對較少等種種因素均有利于摻用高鈣粉煤灰混凝土的體積安定性。