摘要：节能减排，实现经济可持续发展，建设资源节约型和环境友好型社会，一直是我国国民经济发展的一项重要原则。而建筑业作为国民经济的支柱产业，更是起到了举足轻重的作用。生产粉煤灰混凝土，实现资源循环利用是山东省发展循环经济、生态建省的经济运作模式。混凝土中加入适量粉煤灰不仅能够降低混凝土生产成本、减少环境污染，更重要的是能够改善混凝土的和易性和可泵性，降低坍落度损失，减少早期开裂现象，提高耐久性。
关键词： 粉煤灰 混凝土 配合比
一、 粉煤灰的质量要求
在混凝土中利用的粉煤灰，质量要求包含以下因素：
1.外观和颜色
粉煤灰中的含碳量差距很大。颜色以乳白、深褐色为主，含碳量越高其颜色越深，在实际应用中应选用浅色粉煤灰，可以从颜色上判定粉煤灰的含碳量高低。
2.细度
粉煤灰颗粒粒径多在45μm以下，其中玻璃微珠粒径平均10～30μm，由于粉煤灰的活性主要来自于玻璃微珠颗粒，所以也要控制粉煤灰的细度，对于C60以上高标号混凝土应采用超细粉煤灰，45μm方孔筛筛余1%以下。
3.需水量比
需水量是指粉煤灰和水的混合物达到某一流动度下所需要的水量。粉煤灰以不同结构颗粒组成，密实的玻璃体颗粒含量高，则需水比小，密度大，活性高;而疏松多孔，片状的颗粒多，则需水比大，密度小，活性低。所以需水比与粉煤灰颗粒结构组成有很大的关系，必须符合规范要求。
4.化学成分
粉煤灰的化学成分主要有SiO2，Al2O3，Fe2O3,CaO，MgO等，其中高温产生的SiO2，Al2O3，CaO等具有一定的活性，其含量越大，则活性越大，一般控制三者的含量和大于70%，并且烧失量尽量低于规范要求。烧失量大，不但会影响粉煤灰的活性，而且还可影响混凝土的含气量，我们采用华能日照电厂生产的粉煤灰。
表1 华能日照电厂I级粉煤灰物理性能和化学成分表
| F级粉煤灰 | 物理性能（%） | 主要化学成分（%） | | 细度（45μm） | 需水量比 | 含水率 | SiO2 | AI2O3 | CaO | 烧失量 | | I级粉煤灰 | 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. “双掺”技术
混凝土配合比设计时，应同时掺加粉煤灰与减水剂，并做好水泥、粉煤灰、外加剂之间相容性试验。相容性试验主要指三者按一定比例配制混凝土，检验其泌水性、坍落度、扩展度、流淌时间。一般情况下，流淌时间在8～30s，坍落度180～220mm，扩展度在470mm以上，相对压力泌水率比小于40%时，说明三者的相容性较好，且不引起假凝、急凝等凝结现象。
2. 粉煤灰取代率及超量系数确定
根据对材料品质的检验和国家标准规定，C20以上的配筋混凝土宜采用I级、Ⅱ级灰，C15以下的素混凝土可采用Ⅲ级灰。选取粉煤灰取代率、超量系数两个因素，每个因素取三个水平，用 L9 (34 )正交试验表进行试验，分别考察7d、28d、60d龄期普通混凝土和粉煤灰混凝土的强度，以两者间的强度对比来确定粉煤灰的合理取代率及超量系数。
表2 L9 (34 )正交试验表
| 序号 | A
取代率% | B
超量系数 | C | D | 抗压强度(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 |
试验结果表明：取代率在10%～20%之内，超量系数在1.0～2.0之间时这两个因素对混凝土28d龄期强度的影响并不显著，能够满足混凝土配置要求。
3. 砂率
由于粉煤灰含有形态光滑致密的球形细颗粒，在混凝土中能起较好的润滑作用，提高混凝土的可泵性，所以，其砂率值可以适当降低。一般取40%～42%比较合理(粗骨料粒径为5～31.5mm)。对于低标号混凝土取较大值，对于高标号混凝土取较低值。
4. 坍落度
由于掺入粉煤灰后，降低了混凝土水化热，混凝土的坍落度损失有所降低，并且提高了混凝土的可泵性，所以泵送混凝土的入车坍落度可设计为18～22cm，入泵坍落度可设计为16～18cm，不必太大。
5. 粉煤灰混凝土与普通混凝土性能的比较
在本次掺粉煤灰混凝土配合比研究中，通过大量的试配试验，对粉煤灰混凝土与普通混凝土进行了以下三个方面分析比较，以此来确定最佳配合比。
表3 粉煤灰混凝土与普通混凝土坍落度比较统计表
| 混凝土类别 | 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%掺量混凝土 | 190 | 185 | 165 | 150 | | 粉煤灰15%掺量混凝土 | 190 | 185 | 165 | 150 | | 粉煤灰20%掺量混凝土 | 190 | 195 | 180 | 165 |
表4 粉煤灰混凝土与普通混凝土泌水性比较统计表
| 混凝土类别 | 泌水率（%） | 泌水率比（%） | | 普通混凝土 | 4.88 | 100 | | 粉煤灰10%掺量混凝土 | 4.31 | 88 | | 粉煤灰15%掺量混凝土 | 3.90 | 80 | | 粉煤灰20%掺量混凝土 | 3.72 | 76 |
表5 粉煤灰混凝土与普通混凝土抗压强度比较统计表
| 编号 | 水胶比 | 粉煤灰等量取代量% | 抗压强度(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 |
结果表明：同普通混凝土相比，粉煤灰混凝土坍落度损失较小，保水性、粘聚性较好，且不离析、泌水。掺量为10%～20%时，掺量每增加5%，则泌水率比随之降低5%左右，流动度和可泵性优于普通混凝土。粉煤灰混凝土早期强度随着取代率和超量系数的增加有所降低，28d龄期强度接近于普通混凝土，60d、180d龄期强度高于普通混凝土。
三、粉煤灰混凝土配合比的优选
通过大量的试配试验，按照28d龄期混凝土标准试件抗压强度，我们优选出C25-C50粉煤灰混凝土配合比(表6)。
表6 粉煤灰混凝土按28d抗压强度优选配合比
| 序号 | 强度等级 | 水泥等级 | 混凝土配合比(kg/m³) | 坍落度
（mm） | | 水 | 水泥 | 粉煤灰 | 河砂 | 石子 | 外加剂 | | 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、粉煤灰混凝土综合效益分析
通过试验了解到，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约为12%，超量系数为1.4 为例来说明，其每m3 取代水泥率为55kg,粉煤灰掺量为65 kg，2008年水泥每t 265元，I级粉煤灰每t 115 元，每m3节约成本：0.055×265-0.065×115=14.575-7.475=7.1 (元)。可见在保证粉煤灰混凝土性能的前提下，粉煤灰用量越大，经济效益越明显。
结语
1. 掺粉煤灰的混凝土和易性好、泌水率小，有利于运输及泵送。粉煤灰混凝土的早期强度随着粉煤灰取代率和超量系数的增加比普通混凝土有所降低，但至60d龄期时，其强度增长率随粉煤灰取代率的增加而增加，后期强度已明显高于普通混凝土。
2. 利用粉煤灰生产混凝土是发展循环经济，节能减排的具体体现，有利于加强环境保护、实现可持续性发展战略。
3. 利用粉煤灰生产混凝土有利于降低混个凝土的生产成本、提高混凝土的性能，从而提高企业的市场竞争力。
附：参考文献
[1]普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-2000
[2]混凝土外加剂应用技术规范 GB50119-2003
[3]普通混凝土拌合物性能试验方法标准 GB/T50080-2002
[4]粉煤灰在水泥混凝土中的应用 《建筑工程》 2005-05
[5]粉煤灰混凝土 《粉煤灰综合利用》 2005-04
[6]粉煤灰混凝土试验研究和配合比设计 《粉煤灰综合利用》 2005-04
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