粉煤灰在水泥混凝土中的最佳掺量

粉煤灰在水泥混凝土中的最佳掺量

粉煤灰在水泥混凝土中的最佳掺量

粉煤灰是制作水泥的一种原材料，具有一定的活性。在水泥混凝

土中掺一定量的粉煤灰，既可以替代一部分水泥，节约成本，又能增

加和易性，减少泌水、离析现象，改善混凝土的性能。具有缓凝、减

水，提高密实度和后期强度，降低水化热，抑制干裂、收缩，增强抗

酸碱反应能力的作用。近年来已在国内外引起广泛的关注，并得到大

量的推广应用。但是在混凝土中掺多少粉煤灰才能取得最佳效果呢?

到目前为止，还没有较完善的理论体系。

八十年代以来，我国已对粉煤灰混凝土做了一定的研究、应用，

并制定了一些规范。如《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》

JGJ28-86, 《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90等，对粉煤灰

应用作了初步规定，制定了最大替代水泥量。见下表：

粉煤灰最大替代水泥量% JGJ28-86 N0-01 水泥品种

普通水泥矿渣水泥粉煤灰级别

砼强度等级

≤C15 15～25 10～20 Ⅲ级

C20 10～15 10 Ⅰ～Ⅱ级

C25～C30 15～20 10～15 Ⅰ～Ⅱ级

预应力砼≤15 ＜10 Ⅰ级

粉煤灰最大替代水泥限量% GBJ146-90 N0-02

水泥品种砼类别硅酸盐

水泥

普通

水泥

矿渣

水泥

火山灰

水泥

预应力砼25 15 10

钢筋砼、高强砼、耐冻砼、

蒸养砼

30 25 20 15 中、低强度砼、泵送砼、

大体积砼、地下砼、

水下砼

50 40 30 20

碾压砼65 55 45 35

粉煤灰超量系数GBJ146-90 N0-03 粉煤灰级别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级

超量系数 1.1～1.4 1.3～1.7 1.5～2.0

在国标GBJ146-90中规定各级粉煤灰适用范围如下：

1、Ⅰ级粉煤灰适用于跨度小于6米的预应力混凝土好钢筋混凝土。

2、Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。

3、Ⅲ级粉煤灰适用于无筋混凝土。

4、C30及其C30以上的无筋粉煤灰混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，对于预应力混凝土、钢筋混凝土，设计强度等级在C30及其C30

以上的无筋混凝土所有粉煤灰，经试验论证，可采用上述规定低一级的粉煤灰。

国外的粉煤灰掺量，主要有70～120kg/m3，50～150kg/m3。欧、美等西方发达国家早已涉入这一领域的研究，我国起步较晚，有关研究不多，常直接以水泥用量的百分比以及超量部分来确定粉煤灰掺量。在南浦大桥、上钢、上海宝电等工程中大量采用，并积累了不少经验。我们经过大量试验、应用，发现粉煤灰的掺量与混凝土所用的原材料、设计强度等级、塌落度、浇筑气温等都有一定的关系。掺量在50～～130kg/m3范围对混凝土的凝结时间影响不大，早期强度降低有限。但混凝土的性能却能得到较大幅度的改善。在实际应用中，切入原材料理念，选用固定掺量法较易掌握，即预先确定粉煤灰的每m3用量的方法，欧、美国家大多采用固定掺量法。现将我们试验应用的结果总结出以下几个特点：

1、最佳掺量与塌落度的关系

在同强度等级条件下，随着塌落度增加，为了确保和易性、工作度，细集料和粉集料比例则应相应增大。我们发现最佳掺量与塌落度之间存在一定的比例关系，以C20砼为例，两者趋于线性关系，见下图：

粉煤灰 N0-04

最佳130

掺量

kg/m3 40

20 180 200 塌落度㎜

在C20设计强度等级混凝土，塌落度为40㎜，相同原材料，标

准养护条件下，粉煤灰掺量分别取40、60、80、100kg/m3，我们各制

取了25组试块，与基准混凝土配合比强度对比见下表：

C20中塌落度为40㎜时粉煤灰不同掺量

混凝土各龄期强度对比表Mpa N0-04 龄期

7d 28d 45d 90d

掺量

0 18.8 26.9 29.4 32.7

40 18.3 26.2 30.3 34.1

60 17.9 26.6 32.0 36.7

80 17.1 25.7 31.8 35.9

100 16.6 24.9 30.9 35.0

从上表可以看出，粉煤灰掺量在60kg/m3混凝土强度最高，R28接

近基准配合比强度，但R45却为基准混凝土强度的108.8%，那么它的

最佳掺量可选取60kg/m3。

同样是C20砼，在塌落度为160㎜时，粉煤灰掺量分别取100、120、140kg/m3，我们各制取了25组试块，与基准混凝土配合比强度

对比见下表：

C20在塌落度为160㎜时粉煤灰不同掺量

混凝土各龄期强度对比表Mpa N0-06 龄期

7d 28d 45d 90d

掺量

0 19.2 27.8 30.6 33.2

100 18.3 27.0 32.5 36.8

120 17.6 27.3 34.0 38.2

140 16.4 25.9 32.0 35.9

由上表可发现，掺量在120kg/m3时，混凝土强度最理想，R45可

达基准配合比强度的11.1%，但R90可达115.1%，那么它的最佳掺量

可选取120kg/m3。我们对其它塌落度的C20混凝土试验证实也存在类

似结果。通过对C20混凝土试验数据整理，得出简化经验式为：

T + 40 kg/m3

F´ =

2

式中： F´---- 粉煤灰的最佳掺量（包括替代水泥量与超量之

和），kg/m3

T ---- 混凝土的塌落度㎜

2、最佳掺量与混凝土强度等级的关系