中国核工业二四建设有限公司工程检测公司
摘要：为了降低混凝土的水化热，同时又要求设计出的混凝土满足设计强度及耐久性以及施工和易性等要求，在大体积混凝土配合比设计过程中针对粉煤灰掺量的不同对混凝土和易性、强度以及耐久性等进行了研究，从中找出粉煤灰掺量的最佳范围，以便指导大体积混凝土的试配工作。
关键词：粉煤灰掺量、强度、耐久性、大体积混凝土
1前言
某示范工程核岛反应堆厂房、乏燃料厂房、核辅助厂房基础筏板为整体钢筋混凝土筏板，筏板呈“L”形，其中东西向为反应堆厂房和乏燃料厂房，长68.8m、宽34.5m；南向为核辅助厂房，长44.2m、宽28m。筏板厚度3m，基础顶部标高为-15.550m，底部标高为-18.550m。反应堆厂房中两个反应堆舱室、压力容器舱室基础底标高为-19.350m，核辅助厂房内的核疏水箱基础底标高为-21.550m。核岛筏基混凝土强度等级为C30/P8，墙体（导墙）混凝土强度等级为C35/P8。以上工程都是属于大体积，且浇筑方量大，对配合比设计的重要参数进行研究试验，通过混凝土的拌合物性能以及硬化混凝土性能等指标，综合评价单位用水量和砂率对大体积混凝土性能的影响，以便指导大体积混凝土配合比的设计，确定最佳单位用水量和最佳砂率。
2样品说明
有关混凝土原材料信息如下：
1）水泥：P?I42.5，青岛山水；
2）粉煤灰：F类I级，威海港域粉煤灰科技有限公司；
3）砂：Ⅱ区中砂，黄垒河；
4）碎石1：5mm～16mm，中混石料厂；
5）碎石2：16mm～31.5mm，中混石料厂；
6）减水剂：NOF-AS，山东华伟银凯建材科技有限公司；
7）引气剂：NOF-AE，山东华伟银凯建材科技有限公司；
8）拌合水：荣成八河水库；
3试验及试验结果
3.1不同掺量粉煤灰对胶砂强度及水化热的影响
按一定比例用粉煤灰替换水泥，成型胶砂试块，测其水化热，见下图：
图1：粉煤灰掺量与胶砂强度关系曲线
3.2粉煤灰掺量与水胶比的关联性试验
3.2.1不同水胶比粉煤灰掺量对混凝土和易性影响
通过不同水胶比（0.38、0.40、0.42、0.44），不同粉煤灰掺量（0、20%、25%、30%、35%、40%、45%）的混凝土进行试验，定性分析粉煤灰掺量对不同水胶比拌合物和易性影响规律。不同粉煤灰掺量下坍落度和和易性变化曲线，如图4、图5所示：
结论：1）在不同水胶比情况下，随着粉煤灰掺量的增加，新拌混凝土的坍落度均呈现出不断升高的变化趋势，粉煤灰对增加混凝土的坍落度，改善混凝土和易性有很大作用，但是掺量过大，混凝土容易离析，表面浮浆层厚，粘聚性不佳，粉煤灰掺量在25%-35%之间混凝土的和易性最佳；
2）当粉煤灰掺量固定时，随着水胶比的增大，新拌混凝土的坍落度及和易性变化不大，表明在配合比设计时，粉煤灰的最佳掺量具有普遍适用性；
3）从坍落度和和易性定性分析，粉煤灰掺量在25%-35%之间，混凝土的拌合物性能最佳。
3.2.2不掺粉煤灰条件下不同水胶比混凝土抗压强度发展规律
根据表3绘制出不掺粉煤灰的混凝土抗压强度与水胶比关系曲线，如图6，并绘制出线性拟合曲线如图7所示：
结论：1）水胶比的增大，强度不断下降，7d和28d下降趋势强于56d和90d；
2）56d和90d强度基本一致，水胶比与强度线性拟合曲线为同一条， 56d到90d强度增长幅度很小，在不掺粉煤灰的情况下，后期强度基本不增长。
3.2.3相同水胶比情况下不同粉煤灰掺量混凝土抗压强度发展规律
水胶比为0.38、0.40、0.42、0.44情况下不同粉煤灰掺量混凝土抗压强度关系曲线，分别如图8、图9、图10、图11所示：
结论：1）相同水胶比（0.38、0.40、0.42、0.44）的粉煤灰混凝土：随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的早期抗压强度会有较为明显的降低，而60天抗压强度总体上降低幅度不大；
2）当粉煤灰掺量在30%以内时，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗压强度总体上趋于平稳；当粉煤灰掺量在30%以上时，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗压强度总体上趋于下降，水胶比越低，下降幅度越明显。
3.3不同粉煤灰掺量混凝土全性能及可行性试验
通过以上研究试验，粉煤灰掺量在25%-35%之间混凝土的拌合物性能及强度最佳，所以选取了粉煤灰掺量为25%、30%、35%各一组基准混凝土进行了全性能试验及可行性试验。
图13：粉煤灰掺量与混凝土徐变关系曲线
图14：粉煤灰掺量与混凝土徐变系数关系曲线
结论：1）混凝土的收缩随着粉煤灰掺量的增加有逐渐增大的趋势，粉煤灰的掺加会影响混凝土的收缩，早期影响不明显，后期影响显著；
2）混凝土的徐变和徐变度随着粉煤掺量的增加，呈现出先降低后升高的趋势，说明粉煤灰的掺加能改善混凝土的徐变，但是当粉煤灰掺量超过临界值后，徐变反而增加。
3.3.2不同粉煤灰掺量混凝土可行性试验
对三个基准配合比进行可行性试验，分别测试了混凝土的拌合物性能，泵前和泵后坍落度以及含气量变化、混凝土经时损失、混凝土凝结时间、泌水以及硬化混凝土性能，同时观察了混凝土的可施工性、可泵性、可振捣性等。
泵前和泵后坍落度以及含气量的变化，混凝土经时损失随着粉煤灰的增加变化不大，坍落度有增大的趋势，随着粉煤灰掺量的增加混凝土的可施工性和可泵性都有改善，但是随着粉煤灰掺量的增加，混凝土容易出现离析和表面浮浆层厚等风险，混凝土的粘聚性也有所降低。
不同掺量粉煤灰与混凝土凝结时间关系曲线，如图15：
图16：不同粉煤灰掺量与混凝土压力泌水关系曲线
结论：1）混凝土凝结时间随着粉煤灰掺量的增加，有逐渐延长的趋势，初凝时间更明显；
2）粉煤灰掺量在一定范围内能改善混凝土的泌水，但是超出范围混凝土的泌水又有增加。
4结论
（1）随着粉煤灰掺量的提高，3d和28d胶砂强度逐渐降低，随着粉煤灰掺量的增加，强度降低逐渐趋缓。
（2）随着粉煤灰掺量的提高，3d和28d水化热强度逐渐降低，随着粉煤灰掺量的增加，水化热降低逐渐趋缓，3d水化热下降幅度略大于7d。
（3）在不同水胶比情况下，随着粉煤灰掺量的增加，新拌混凝土的坍落度均呈现出不断升高的变化趋势，粉煤灰对增加混凝土的坍落度，改善混凝土和易性有很大作用，但是掺量过大，混凝土容易离析，表面浮浆层厚，粘聚性不佳，粉煤灰掺量在25%-35%之间混凝土的和易性最佳；
（4）当粉煤灰掺量固定时，随着水胶比的增大，新拌混凝土的坍落度及和易性变化不大，表明在配合比设计时，粉煤灰的最佳掺量具有普遍适用性；
（5）从坍落度和和易性定性分析，粉煤灰掺量在25%-35%之间，混凝土的拌合物性能最佳。
（6）相同水胶比（0.38、0.40、0.42、0.44）的粉煤灰混凝土：随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的早期抗压强度会有较为明显的降低，而60天抗压强度总体上降低幅度不大；
（7）当粉煤灰掺量在30%以内时，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗压强度总体上趋于平稳；当粉煤灰掺量在30%以上时，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗压强度总体上趋于下降，水胶比越低，下降幅度越明显。
（8）混凝土的收缩随着粉煤灰掺量的增加有逐渐增大的趋势，粉煤灰的掺加会影响混凝土的收缩，早期影响不明显，后期影响显著；
（9）混凝土的徐变和徐变度随着粉煤掺量的增加，呈现出先降低后升高的趋势，说明粉煤灰的掺加能改善混凝土的徐变，但是当粉煤灰掺量超过临界值后，徐变反而增加。
（10）混凝土凝结时间随着粉煤灰掺量的增加，有逐渐延长的趋势，初凝时间更明显；
（11）粉煤灰掺量在一定范围内能改善混凝土的泌水，但是超出范围混凝土的泌水又有增加。
论文作者:李伟,张建平,陈海波,黄友芬,廖青,田立威,王春
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/8
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 抗压强度论文; 和易论文; 强度论文; 水化论文; 曲线论文; 《基层建设》2016年11期论文;