掺粉煤灰和矿粉的混凝土配合比优化

粉煤灰和矿粉对混凝土性能和强度的影响研究粉煤灰和矿粉是混凝土中主要的掺合料，拌和混凝土时掺加一定量的活性矿物掺合料可以改善混凝土性能。

将粉煤灰、矿粉在C35混凝土中单掺或双掺，并分别设置若干组不同掺量的粉煤灰、矿粉的混凝土试验。

通过观察混凝土和易性及不同龄期的混凝土强度变化，比较了粉煤灰、矿粉单掺时混凝土各项性能的差异。

通过复合掺入粉煤灰和矿粉，调节两者之间的掺加比例，充分发挥两者之间的综合功能。

标签：混凝土；粉煤灰；矿粉；和易性；强度0 引言随着混凝土技术的不断发展，矿物掺合料作为混凝土基本材料组分已经越来越普遍。

矿粉和粉煤灰均为火山灰质活性掺合料，且均为工业废渣收集加工而成，成本低于水泥。

它们中含有较多的活性SiO2、活性Al2O3，能与Ca（OH）2在常温下起化学反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。

这些成分有助于混合料的硬化，增加强度。

此外，粉煤灰和矿粉中存在大量球形玻璃状颗粒，这些颗粒是拌和物和易性得以改善的主要原因。

同时粉煤灰、矿粉的粒度比水泥颗粒的小，能够填充于水泥颗粒的空隙，构成最密堆积，有利于强度的发展[1]。

在混凝土中掺入一定量的活性矿物掺合料取代部分水泥，充分利用粉煤灰的“三大效应”和矿粉良好的填充效应及活性。

可起到节约成本、改善环境、改善混凝土工作性能、提高抗压强度和耐久性能。

1 原材料1.1 水泥采用临沂沂东中联水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥，标准稠度用水量为28%，28d抗压强度为47.8MPa。

1.2 粉煤灰采用华能日照电厂的F类Ⅰ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余为8.5%，需水量比为95%，表观密度为2.15g/cm3。

1.3 矿粉采用日照普泰矿粉有限公司生产的S95级矿粉，比表面积为450m2/kg，28d 活性指数为98%。

1.4 砂和碎石采用沂河河砂，细度模数为2.4的Ⅱ区中砂，含泥量为1.9%，泥块含量为0.5%；采用5-31.5mm连续级配碎石，含泥量为0.5%，泥块含量为0.4%，压碎值指标5.4%，针片状颗粒含量为5.0%。

一、设计依据普通混凝土配合比设计规程《JGJ55-2011》二、设计目的和要求（1）设计坍落度180±20mm;（2）混凝土设计强度为30MPa°三、材料（1）水泥：P.042.5,28d胶砂抗压强度48.6MPa,安定性合格；（2）砂：II区中砂，细度模数2.6；（3）碎石：最大粒径25mm,连续级配；（4）外加剂：聚竣酸高性能减水剂，固含量12%,掺量1.8%,减水率25%；（5）粉煤灰：F-H级粉煤灰，细度18.3%,需水量比99%；（6）粒化高炉矿渣粉：S95级，流动度比98%,28d活性指数101%；（7）拌和水：饮用水。

四、配合比设计计算（一）计算配制强度（fbu,O）由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据《规程》表4.0.2选择强度标准差O为5.0MPa o表4.0.2C25-C45C5O-C55Σ 4.0 5.0 6.0根据公式fcu,02fcu,k+1.645B式中：fcu,0——混凝土试配强度（MPa）fcu,k ----- 设计强度（MPa）6 ----- 标准差，取5试配强度：fcu,0=fcu,k+l∙645σ230+1.645X5238.2（MPa）（二）混凝土水胶比（W/B）（1）确定矿物掺合料掺量应根据《规程》中表3.0.5-1的规定，并考虑混凝土原材料、应用部位和施工工艺等因素来确定矿物掺合料掺量。

表最大掺量（%）采用硅酸盐水泥采用普通硅酸盐水泥≤0.404535粉煤灰>0.404030粒化高炉矿渣≤0.406555粉>0.405545钢渣粉—3020磷渣粉—3020硅灰—1010≤0.406555复合掺合料>0.405545注：1采用其它通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料；2复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量；3在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。

不同标号混凝土水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量不同标号混凝土的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量会根据混凝土的强度等级和工程要求而有所不同。

一般情况下，混凝土的配合比可以参考以下比例：
- 水泥：根据混凝土的设计强度等级确定，一般情况下，每立方米混凝土需要200~450千克水泥。

- 粉煤灰：在一些强度等级要求不高的混凝土中，可以适量添加粉煤灰以减少水泥用量。

一般情况下，粉煤灰的使用量为水泥用量的15~30%。

- 矿粉：矿粉是一种细颗粒物料，可以替代部分水泥用量，提高混凝土的工作性能和抗裂性能。

根据具体工程要求，矿粉的使用量一般为水泥用量的5~20%。

- 砂：砂是混凝土中的骨料之一，用于填充水泥和矿粉之间的空隙。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的2~2.5倍。

- 石：石是混凝土中的骨料之一，用于提供混凝土的强度和承载力。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的3~4倍。

需要注意的是，以上用量只是一个大致的范围，实际应根据具体的工程要求和实验试验结果进行调整，以达到设计要求。

另外，还要根据原材料的质量及供应情
况进行适当调整。

矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土性能的影响1，矿粉比表面积在430～520m2/kg之间,掺量在30%～40%范围,增强效应表现得最为显著。

2，单掺矿粉会使混凝土的粘聚性提高,凝结时间有所延长,泌水量有增大的迹象,可能对混凝土泵送带来一定的不利影响。

3，矿粉和?级粉煤灰复配配制混凝土,可以充分发挥二者的“优势互补效应”,使混凝土的坍落度增加,和易性和粘聚性变好,泌水也得到了改善,同时混凝土成本可显著降低。

(2)矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土耐久性的影响1)降低混凝土水化热。

对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料组合，降低了混凝土的水化热，可以有效地减少混凝土早期温缩裂缝的出现。

2)大幅度提高了混凝土抗渗性能。

3)保证了抗碳化能力。

在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化能力。

4)保证了抗冻融能力。

矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在强度和含气量相同的条件下抗冻融能力基本相同;适当掺加引气剂，适当的含气量和间距系数对提高混凝土的抗冻融能力十分必要。

5)混凝土收缩。

考虑前3d的自收缩，无论是配制c30混凝土，还是配制c50混凝土，采用单掺矿粉，与基准混凝土相比，收缩值均无明显变化。

6)混凝土抗裂性能。

矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺。

混凝土早期强度对混凝土早期抗裂性有重要影响，混凝土24h强度越高，混凝土早期越易开裂。

混凝土早期抗裂性与早期强度之间可能存在一个临界值，小于该强度值，混凝土不易开裂，大于该强度值，混凝土容易开裂。

该值与环境条件及约束状态有关。

粉煤灰、矿渣粉及二者复合使用存在的问题尽管粉煤灰与矿渣粉复合使用能够优势互补,但不是随便复合就能够达到应有的目的。

为了更好地发挥二者各自的优势,应选择合适的复合方式和复合比例。

本人根据以往的使用经验认为:最佳方案是?级粉煤灰与比表面积400m2/kg以上的矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量,配制高强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;其次是?级粉煤灰与350～400m2/kg矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;配制高强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量;最后是?级粉煤灰与比表面积350～400m2/kg的矿渣粉复合或?级粉煤灰与400m2/kg以上的矿渣粉复合,前者比较适合配制高强度等级混凝土,后者比较适合配制低强度等级混凝土。

1混凝土拌和料和易性得到改善掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性;使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型;并可减少坍落度的经时损失..2混凝土的温升降低掺加粉煤灰后可减少水泥用量;且粉煤灰水化放热量很少;从而减少了水化放热量;因此施工时混凝土的温升降低;可明显减少温度裂缝;这对大体积混凝土工程特别有利.. 3混凝土的耐久性提高由于二次水化作用;混凝土的密实度提高;界面结构得到改善;同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低;因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大;吸附能力强;因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱;并与碱发生反应而消耗其数量..游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应..通常3既的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应..4变形减小粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土..粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低;但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩..5耐磨性提高粉煤灰的强度和硬度较高;因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土..但混凝土养护不良会导致耐磨性降低..6成本降低掺加粉煤灰在等强度等级的条件下;可以减少水泥用量约10%～15%;因而可降低混凝土的成本..两者的允许掺量不同：粉煤灰在水泥中的允许掺加量为20－40%;但在混凝土中最大掺量一般不超过35%；磨细矿粉在水泥或混凝土中的掺加量则可达20－70%..一些欧洲国家甚至允许掺到85%..两者在混凝土中的掺加方式不同：粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式以保证混凝土强度达标；磨细矿粉则通常采用“等量”取代水泥方式配制混凝土;其强度仍然可以满足设计要求..1、“单掺”矿粉时;可按等量取代原则并根据以下方法确定矿粉的合适掺量：a对于地上结构以及有较高早期强度要求的混凝土结构;掺量一般为20-30%；b对于地下结构、强度要求中等的混凝土结构;掺量一般为30-50%；c对于大体积混凝土或有严格温升**的混凝土结构;掺量一般为50-65%；d对于有较高耐久性能要求的特殊混凝土结构如海工防腐蚀结构、污水处理设施等;掺量可达50-70%..2、采用“双掺”粉煤灰和矿粉时;由于受粉煤灰掺量和质量波动的影响很大;只能根据上述基本原则;通过具体试验确定各组份正确的掺加量..。

关于混凝土配合比优化总结苏洋(中交隧道局第二工程有限公司，西安710000)引言：根据混凝土工程对混凝土工作性能的要求，结合混凝土配合比设计和使用情况的分析，工作性设计对混凝土施工工艺具有重要意义，因此，在满足混凝土工作性的前提下优化混凝土配合比已成为现代混凝土企业的关键。

混凝土配合比优化的意义：1、可以改善混凝土的填充性、易密性和匀质性，从而满足混凝土结构的施工性要求；2、在减少各个成分用量的基础上节约成本；3、对于结构混凝土可以提高混凝土质量，满足验收要求，对于路面混凝土通过优化可以有效减少干缩裂缝等问题。

混凝土配合比优化途径优化配合比从两方面着手：矿物掺合料和聚羧酸高性能减水剂优化采取在混凝土中掺入矿物掺合料等量取代水泥，达到满足施工要求的同时、节省成本、减低工程造价而且提高工程结构的使用寿命。

通过上网学习、查阅资料分析掌握聚羧酸减水剂组成成份及功能。

在室内通过复配聚羧酸减水剂与采购成品聚羧酸减水剂对比试验，在技术指标方面达到相同效果时，自己复配减水剂存在的价格优势。

1、混凝土优化1.1选定混凝土配合比混凝土的配合比应根据原材料品质、设计强度等级及施工工艺对工作性的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。

配制的混凝土应满足施工要求，力学要求和耐久性等质量要求。

1.2矿物掺合料优化在前期已经批复的配合比基础上进行成本优化，并对混凝土的力学性能和工作性能进行比较。

基础配合比见表1以上述选定的三个配合比为基准配合比进行优化试验，分别采取单掺（粉煤灰）、双掺（粉煤灰和矿粉）两种方法分别试验，检测拌合物各种性能满足要求并成型试件做力学性能试验。

从拌合物和易性、力学性能、成本对比几方面分析双掺（粉煤灰和矿粉）优于单掺（粉煤灰），而单掺（粉煤灰）优于纯水泥。

经检测各组混凝土力学性能满足要求，而且在价格方面明显低于原配合比的价格。

1.3减水剂优化我们采用自己复配的外加剂进行配合比试验，针对拌合物和易性、力学性能、成本对比等方面进行对比。

泵送陶粒混凝土配合比设计及其应用用粘土陶粒、粉煤灰和矿粉、机制砂、高效泵送剂配制出LC7.5轻质混凝土，表观密度低至1400Kg/m3,并经过实际试验成功完成了40m的泵送距离，提高了陶粒混凝土的工作度，成功完成陶粒混凝土的泵送，机制砂的使用既利用了废弃物资源又创造了经济效益。

主要技术难点：由于黏土陶粒密度为210-300Kg/m3小于水的密度，且陶粒的表面光滑与砂浆的粘结性差，在泵送过程中，由于泵管的压力使得大多数的陶粒冲向泵管的前头造成堵管，另在泵送过程中常常需要要移动泵车而暂停泵送，在此时由于陶粒比水轻上浮，使得陶粒与水泥砂浆分离容易造成堵管；解决办法：由于陶粒的密度比较小，为尽量避免陶粒与水泥砂浆出现分离，应尽量减少混凝土的用水量，尽量选用合理的混凝土坍落度，1、掺入机制砂（与河砂比例8：2）调整以增大陶粒与水泥砂浆的摩擦力，同时提高细砂的综合细度模数减低混凝土用水量；2、掺入一定比例的粉煤灰和矿粉改善混凝土的和易性，减少混凝土用水量；3、掺入高效泵送剂减少混凝土用水量，改善混凝土的和易性。

1 混凝土实验设计要求混凝土强度设计等级为LC7.5，参照普通混凝土配合比设计要求，其设计强度应为f cu0=f cuk+1.645σ=15.2MPa。

2原材料P.O42.5水泥，平度山水水泥；高效泵送剂（JS-II），聚羧酸韩国爱敬，青岛环能陶粒(粒径5～20mm)；机制砂（细度模数3.5），河砂（细度模数2.6）；粉煤灰和矿粉（Ⅱ级）潍坊电厂；矿粉S95潍坊钢厂。

3试验结果与讨论3.1粉煤灰和矿粉掺量的确定粉煤灰和矿粉作为传统的矿物掺和料应用在混凝土中已经30多年了，其品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。

粉煤灰和矿粉在高性能混凝土中的掺量，根据其品质、均匀性和混凝土设计要求的不同而适当调整。

本文先根据要求确定LC7.5混凝土的基准配合比，然后按超量取代法用粉煤灰和矿粉置换部分水泥，经过抗压强度试验确定粉煤灰和矿粉的最终掺量，试验配合比及结果见表1。