粉煤灰在混凝土中的应用

150
200
1220
680
1.6
105
0.30
粗骨料最大粒径40mm的C30普通混凝土 水泥占体积＝350/3.15= 110 水 ＝ 175 浆体体积 ＝ 285（升） 粗骨料最大粒径40mm的大掺量粉煤灰混凝土 水泥占体积 ＝ 150/3.15 = 48 粉煤灰 ＝ 200/2.18 = 92 水 ＝105 255（升） 浆体体积 ＝
掺/不掺粉煤灰混凝土的强度发展比较
龄期 ×30cm） 构件(0.5×2.5×1.5m） 试件（15 15× 掺 不掺 掺 不掺
1d 3d 7d 28d 91d 182d 365d
8.3 21.9 33.7 54.7 69.5 80.7 97.5
44.4 52.5 58.5 70.1 85.0 94.6 100.8
粗骨料最大粒径40mm的掺粉煤灰混凝土 水泥占体积 ＝ 280/3.15 = 88.8 � 粉煤灰 ＝ 70/2.18 = 32 � 水 ＝175 � 浆体体积 ＝ 295（升）
�
上例说明：当粉煤灰掺量少时，混凝土的 水胶比降不下来，影响粉煤灰作用的发挥。而 大掺量粉煤灰混凝土中，单纯粉煤灰的减水率 达到40％，超过任何高效减水剂的减水效果！
粉煤灰掺量多大合适？
目前许多规范中规定的钢筋混凝土中的 掺量限制（例如25%），对配制中低强度的 混凝土来说，恰恰是最不利于发挥粉煤灰作 用的掺量。换句话说，粉煤灰必须采用大掺 量，才能获得其良好的使用效果。
二、 混凝土的结构与性能
混凝土的结构与性能
大颗粒粗骨料的间隙由小颗粒粗骨 料填充；小颗粒粗骨料的间隙由细骨料 填充；浆体填充粗细骨料的间隙并包裹 形成润滑层，以满足浇注成型时的工作 度要求
** 24.3 29.9 52.1 87.5 92.1 98.2
38.7 50.8 49.0 57.2 76.2 80.2 86.5
大掺量粉煤灰混凝土研究 大掺量粉煤灰混凝土研究
内蒙元宝山I级粉煤灰、北京II级粉煤灰 水泥 150 kg/m3; 粉煤灰200 kg/m3 掺高效减水剂，水胶比 0.30 ~ 0.38 R3= 30MPa; R28= 50MPa; R1y = 80MPa;
Sunshine Skyway Bridge 美国佛罗里达州
Sunshine Skyway Bridge across Tampa Bay---4.2mile long
分分段段拼拼装装预预应应力力斜斜拉拉桥桥
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ �
粉煤灰是火力发电厂从煤粉锅炉排出的 烟气中收集到的细微粉末，占电厂煤粉 锅炉排出的煤灰渣量的绝大部分。
4）与减水剂类似，粉煤灰对水泥起物理分散作 用，避免其发生絮凝；减小拌合物坍落度损失、 延缓拌合物凝固（与缓凝剂作用不同），在热 天施工或需要长距离运输时非常必要。 在低水胶比条件下改善水泥的水化环境， 增大其水化程度（粉煤灰在高水胶比与低水胶 比拌合物两种条件下的作用差异很大）。
5）改善混凝土的抗裂性能
海港工程混凝土防腐蚀技术规范
交通部行业规范（2001年5月1日起执行） 在受侵蚀作用严酷环境中应采用高性能混凝土 粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 掺量 25~50（%） 50~80 5~10
1982年新建停机坪工程 对普通混凝土 和 大掺量粉煤灰混凝土进行比较 OPC HFCC
粗骨料: 40mm 673 20mm 598 10mm 231 598 砂： 375 水泥： 粉煤灰： 115 水 525 引气剂： 600 塑化剂： 525kg/m3 317 210 545 275 232 134 2000ml/m3 560
C 30 掺粉煤灰混凝土配合比设计示例(kg/m3)
水泥 粉煤灰 石子 砂 外加剂 水 水胶比
350 315 280 245
0 35 70 105
1150 1150 1150 1150
680 680 680 680
1.6 1.6 1.6 1.6
175 175 175 175
0.50 0.50 0.50 0.50
英国伦敦Gatwick机场
加拿大矿产与能源技术中心 加拿大矿产与能源技术中心 （CANMET ） CANMET） （ 大掺量粉煤灰混凝土 大掺量粉煤灰混凝土
水泥 150 kg/m3; 粉煤灰200 kg/m3 掺引气剂和高效减水剂，含气量5~6% 混凝土的抗压强度：28天 30~40MPa 90 天 40~50 1 年 50~60
：粉煤灰属于活性矿物掺合料。粉煤 2）火山灰效应 火山灰效应： 灰中含有的玻璃态的氧化硅和氧化铝属于活性氧化 硅和活性氧化铝，它们可以与水泥水化生成的氢氧 化钙和水发生水化反应(该水化反应亦称二次反 应)，生成具有水硬性特点的水化硅酸钙、水化铝酸 钙等，并填充于毛细孔隙内。
： 微集料效应： 3）微集料效应 �微集料效应表现为填充效应和界面效应； �微细的粉煤灰颗粒具有很好的填充性，能均匀填充 于骨料颗粒的空隙之中，阻止水泥颗粒间的团聚； �提高水泥净浆与集料料界面过渡区的密实度，减小 界面过渡区的厚度，减少界面结构裂隙； �有效地限制氢氧化钙晶体的择优取向，同时粉煤灰 的二次反应消耗了氢氧化钙。
4）改善抗裂性能：除上述三个基本效应外，粉煤 灰还有许多其它效应，如免疫效应(抑制碱集料反 应效应、提高耐腐蚀性效应等)、减热效应(降温 升效应)、泵送效应等，不过这些效应都离不开上 述三个基本效应。作为一种综合效应，粉煤灰可 以延缓早期强度发展速率，显著改善混凝土抗裂 性能。
粉煤灰在混凝土中的作用 1）填充骨料的间隙并形成润滑膜 由于粉煤灰的密度只有水泥的2/3左 右，因此以等重量粉煤灰代替水泥时，可以 改善浆体的填充效果，减小混凝土水胶比。 由于粉煤灰的颗粒形状呈球状，在浇注 和泵送时的润滑作用良好，实践表明：坍落 度为7～10cm的掺粉煤灰拌合物就显示良好 的泵送性能。
2）使拌合物粘聚性良好，易于泵送、摊铺、 浇注和成型密实，不离析泌水。 掺粉煤灰混凝土拌合物的工作度 （坍落度）宜适当减小，尤其掺烧失量较大 的粉煤灰，粘聚性明显增大，调整尤有必要。 如果为维持相同坍落度，不适当地增大水胶 比，则会导致离析、泌水、粉煤灰上浮，硬 化混凝土性能下降。
3）与氢氧化钙发生火山灰反应，生成与 水泥水化反应产物相同的、具有胶凝性的 产物（C-S-H凝胶），不断填充过渡区的 空隙，使其更加密实，从而可以提高混凝 土的强度，降低渗透性，改善耐久性。
<19mm） 1170 ±10 粗骨料(Dmax Dmax<19mm 1170± 细骨料 ±10 800 800±
注：寒冷环境下掺用引气剂； 坍落度> 100mm或水胶比< 0.4时，掺用高效减水剂。 V. M .Malhotra and P. K. Mehta., High Performance HVFC. Jan,2005.
内蒙古典型粉煤灰的性质
通过对内蒙古自治区省际通过沿线的热电厂的进行了调查，选择了 几个典型的热电厂的粉煤灰进行物性与化学检测，检测结果如下：
检测结果 细度，% 烧失量，% 需水量比，% 含水量，% 兴安盟电厂 15.8 4.7 105 32.0 赤峰电厂 48.8 0.9 105 0.8 元宝山电厂 10.2 0.7 97 0.4 鲁北电厂 25.2 4.1 107 8.0
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粉煤灰具有火山灰活性，它作为一种以 酸性氧化物为主的材料，可以和氢氧化 钙等碱性物质发生化学反应，形成对混 凝土结构有填充、密实作用的水化产物。 粉煤灰正逐渐成为现代混凝土中不可缺 少的重要原材料。
美国佛罗里达州运输局规范S-346（1983 年修订）中规定： 在中度以上侵蚀环境中的桥梁上部结构， 包括预应力构件的混凝土中，必须掺用粉 煤灰。其中大体积混凝土中粉煤灰的掺量 为18~50%。
掺粉煤灰可以延缓早期强度发展速率， 使混凝土早期的变形受约束作用产生很大的 弹性拉应力得到松弛，因此可以显著改善混 凝土的抗裂性能。
四、在内蒙古的初步应用
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内蒙古自治区粉煤 灰资源丰富，但利 用率不高。2005年 结合省际大通道建 设，以兴安盟巴彦 高勒收费站路面工 程为依托，进行勒 系统的试验研究。
三、粉煤灰在混凝土中的作用
1）粉煤灰的形态效应，主要是指粉煤灰的颗粒形貌、 粗细、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效应。粉煤 灰微珠颗粒可以起到滚珠的作用，降低混凝土拌和的 内摩擦力而提高流动性。优质粉煤灰的需水量小于水 泥，因而可起到减水或提高流动性的作用。粉煤灰的 密度小于水泥，因而等量替代水泥后可增加浆体的体 积，从而改善了对粗细集料的润滑程度，也有利于提 高混凝土拌和物的流动性。此外，还可提高混凝土的 均质性、粘聚性和保水性。
北美（美国和加拿大）的粉煤灰不分级， 就细度而言，大约相当于国内的2～3级灰。
粉煤灰混凝土的应用 粉煤灰混凝土的应用
公路工程建设中，自1994年初以来由广东 省筑路机械租赁公司在广-花、深-汕、广-湛、 京-珠粤北段等四条高速公路近100km工程施工 中掺有粉煤灰20~47.5%，取得明显改善滑模摊 铺路面的质量（提高路面宏观平整度、消除裂 缝）、减小进口设备损耗、降低工程造价、节 约水泥的综合效益。。
2000 多 国内外文献介绍粉煤灰混凝土技术时，总是追溯到 国内外文献介绍粉煤灰混凝土技术时，总是追溯到2000 2000多 年前古罗马大型工程中曾采用的火山灰混凝土，其目的是要验 证粉煤灰是一种人工火山灰。 年代，美国蒙大拿州的俄马坝工程中粉煤灰的应用列为粉煤 40 40年代，美国蒙大拿州的俄马坝工程中粉煤灰的应用列为粉煤 灰混凝土技术发展史中第一块里程碑。 年代，粉煤灰在大体积混凝土中的应用得到普遍推广。 50 50年代，粉煤灰在大体积混凝土中的应用得到普遍推广。 年代，粉煤灰混凝土经历了广泛的实用阶段。 60 60年代，粉煤灰混凝土经历了广泛的实用阶段。 年代以后，开始开发研制高性能粉煤灰混凝土。 70 70年代以后，开始开发研制高性能粉煤灰混凝土。 年代，粉煤灰混凝土技术扩大到钢筋混凝土工程 80 80年代，粉煤灰混凝土技术扩大到钢筋混凝土工程 年代，粉煤灰己在高性能混凝土、碾压混凝土、泵送混凝土 90 90年代，粉煤灰己在高性能混凝土、碾压混凝土、泵送混凝土 及大坝混凝土中得到广泛应用。
1.6 1.6 1.6 1.6
175 175 175 175
0.50 0.50 0.50 0.50
大掺量粉煤灰混凝土研究 大掺量粉煤灰混凝土研究
内蒙元宝山1级粉煤灰、北京2级粉煤灰 水泥 150 kg/m3; 粉煤灰200 kg/m3 掺高效减水剂，水胶比 0.30 ~ 0.38 ; R3= 30MPa; R28= 50MPa; R1y = 80MPa 80MPa;
大掺量粉煤灰混凝土配合比范例(kg/m3)
28天强度 20MPa 用水量 ASTMⅠⅡ型水泥 ASTM F型粉煤灰 120－130 125－130 125－130 28天强度 30MPa 115－125 155－160 215－220 ±10 1200 1200± ±10 750 750± 28天强度 40MPa 115－120 180－200 220－225 ±10 1110 1110± ±10 750 750±
大石子 小石子
小石子
小石子 小石子
砂子
水泥
水泥浆
小颗粒粗骨料
大颗粒粗骨料
细骨料
C 30 掺粉煤灰混凝土配合比设计示例(kg/m3)
水泥 粉煤灰 石子 砂 外加剂 水 水胶比
350 315 280 245
0 35 70 105
1150 1150 1150 1150
680 680 680 680
粉煤灰在混凝土中的应用
水中和 武汉理工大学
意义
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促进节能减排； 降低水化热； 改善工作性； 改善经济性； 防盐碱侵蚀； 降低温度敏感性
一、历史渊源 火山灰混凝土
火山灰 + 石灰 —— 胶凝材料 古罗马 的火山灰混 多年前古罗马 古罗马的火山灰混 2000多年前 凝土建筑至今仍然安在。
粉煤灰混凝土的应用 粉煤灰混凝土的应用
清华大学与北京城建集团总公司构件厂合 作，在自密实混凝土中掺用30 ~ 45% 粉煤灰 作为增粘剂，保证了这种混凝土有足够粘聚 性，不致发生离析与泌水现象，而且可在数小 时里几乎没有坍落度损失，满足长途运输后仍 然能够自密实的效果。该成果于1998年12月获 得北京市科技进步三等奖。