粉煤灰在建筑工程施工中的影响

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摘要：粉煤灰与天然土有一定的相似之处，但它与天然土的特殊性质又存在差异，所以被作为地基或者建筑材料。必须通过粉煤灰的微观形态、构成和颗粒间作用力等特征，才能评价其工程特性。

虽然沙性土和粘性土的微观研究开展较早，但其成熟却比较晚。而对粉煤灰的微观研究开展却比较迟。本文将从粉煤灰的工程特性出发，研究其对于建筑工程施工的影响。

关键词：粉煤灰工程施工影响

中图分类号：TU7文献标识码： A

当今社会，结构工程学和建筑材料学正随着社会进步不断的发展。人们生活中所见的桥梁跨度越来越大，建筑住宅越来越高，工程中所遇到的外部环境也越来越复杂。新的混凝土材料不断出现，则是为了满足人们对于实现建筑发展的需要，一种被称为粉煤灰的混凝土便是其中之一，它也被称作绿色建材。

一、粉煤灰的工程应用发展历史

粉煤灰原是火力发电厂燃煤锅炉排出的一种工业废渣。五十年代初是在我国被应用于工程建设。在最初的时候，它仅仅被应用于普通混凝土中，随后随着时代的发展，而逐渐被扩展到特种混凝土的范围。在我国，工程中粉煤灰的应用主要是以下几点：

（1）胶凝材料：代粘土原材料生产水泥、水泥混合材料、粉煤灰水泥等。

（2）混凝土和砂浆：道路混凝土、低标号混凝土、双灰粉砂浆、水工混凝土等。

（3）筑路和回填：用于建筑深基础回填、路堤回填、矿井回填等。

二、粉煤灰的特性

1、粉煤灰性质

粉煤灰原是指在燃煤电厂烟囱中产生的灰尘，是一种高分散的固溶体，它属于人工火山灰质材料。其中含有有大量表面光滑的球状玻璃体,这些玻璃体是在灰尘急剧降温时形成的，它的主要化学成分是二氧化硅和无定型的氧化铝，其次为镁、钠、硫、钾的氧化物以及未燃烧的碳。其颗粒比水泥要小，可将其作为石灰桩的掺和料,由于其主要化学成分比表面积大很多，因此，它的活性是非常剧烈的。且其中所含的三氧化二铝高者将提高桩体材料强度。

粉煤灰颜色呈灰色，通常为细粉状。其颗粒较小，颗粒结构为比其表面积大的多孔结构，且对水的吸附能力很强。粉煤灰分粗、中、细3种颗粒，粉煤灰比重（相对密度）为 2.0～2.4，重者达8 kN/m3,孔隙率为60%～75%，松散干重度一般为 5.5～6.5kN/m3。

在常温条件下，粉煤灰本身不存在胶凝性能。但其可以在有水的情况下，会立刻与石灰发生化学反应，并生成水化产物，其水化产物具有胶凝性能。在通风情况下，会在空气中急速硬化，而后经过一段时间，逐渐产生水硬性。

在混凝土和粉煤灰的混合物中，它可经过水泥水化析出的氢氧化钙形成的钙离子，并将这些钙离子依附在玻璃表层，形成致密表面。

2、粉煤灰的击实特性

我们采用南实特击实标准（单位体积的击实功 Ec为11.5J）对粉煤灰的击实曲线进行测定。

本次试验采用锅炉湿排灰的的方式，所得击实试验结果如下图：

由图我们可以得出以下结论：

（1）所选的粉煤灰的最佳含水量W0= 39.75%，最大干密度 dmax r = 0.78 t / m3；小于电厂燃煤锅炉湿排灰量的(W0 = 37～48 %)。

（2）其含水量过高，并且超过最佳含水量后它的反应曲线较陡。

（3）此实验证明，粉煤灰适合用于雨季施工，由于其在含水量较大的变化范围内，仍然能够达到较大的密实度，它所表现出的压实性能良好，故能将其应用在地基处理阶段。

三、粉煤灰强度特性及其影响因素

1、静力强度特性

应力-应变关系、水稳性、强度指标都是粉煤灰的静力强度特性所包含的内容。我们进行不固结不排水剪切试验，可采用静三轴仪对压实系数为 0.95, 0.90 的两组粉煤灰试件进行。其相应干灰密度为 d r = 0.76 t / m3和 d r = 0.72 t / m3，含水量为W = 40 %。每组试件分别采用25 kPa，50 kPa，100 kPa，150 kPa 四组不同围压的粉煤灰进行试验。结果如下图：

由以上反应的系数来看，我们可以得出以下结论：

（1）应力- 应变曲线在初始阶段( 很小) 近似为线性, 随后进入非线性即弹塑性阶段。随着应力的增大，应变随之加大，直至应力达到峰值，然后进入完全塑性阶段，应力减小而应变持续增大；

（2）压实系数h 较高的粉煤灰试件（h =0.95），其应力- 应变曲线具有明显的峰值，呈变形软化特征， 但其残余强度较高，与峰值强度很接近。随着侧压力 3 s 的增大，峰值强度所对应的应变愈大。此时，可将应力- 应变曲线出现峰值作为破坏的标准；

（3）压实系数h 较小的粉煤灰试件（h = 0.90），其应力- 应变曲线呈变形硬化的特性。由此我们可以得出，当压实系数η进一步减小时，曲线呈完全硬化特性，此类试件的破坏标准可以定为轴向应变达到15 %。

粉煤灰在三轴试验中的出现形态破坏是很具有典型性的，两组出现了同最大主应力面成 45°+ 2 / f 的破裂面。

2、影响粉煤灰强度指标的因素

有很多因素会影响粉煤灰工程性质。在工程施工中，极容易出现问题的是含水量W，压实系数h 及龄期，它们对粉煤灰强度特性的影响是非常巨大的。由于其将会直接关系到粉煤灰的水稳性和粉煤灰地基的沉降量和其承载力等。其中压实系数的影响可见下图。

随着压实系数的增加，粉煤灰的抗剪强度指标及最大主应力峰值也会随之增大。下图主要可体现含水量对粉煤灰抗剪强度指标的影响。

由上图可以看出，摩擦角f 值的减小，主要是随着含水量的增加。

我们可以从实验数据中得出以下结论：含水量W和压实系数h 均对应力- 应变曲线形状和试件的破坏形态有影响，但在一定的范围内含水量W的影响较小，而压实系数h的影响很明显。

四、粉煤灰施工中的影响

1、粉煤灰对水泥的性能影响

（1）能够提高混凝土的耐久性

首先粉煤灰具有一种优点，即就是它比砂子要细，这种优点使得粉煤灰能够改善混凝土中砂子的配级，并能在一定程度上减少混凝土的内部空隙从而增加混凝土的密实性。其次，粉煤灰的二次水化产物即就是 C- S- H ，它可以将混凝土中较大的内部空隙进行填充，这样一来，也在一定程度上提高了混凝土的密实度，另一方面也增加了混凝土抗化学腐蚀的性能。从而可以进一步的提高混凝土耐久性。另外，粉煤灰的火山灰发生了化学反应，在这个过程中，混凝土中大量的氢氧化钙和游离氧化钙被大量消耗掉，不仅减少了硫酸盐侵蚀混凝土生成钙矾石的几率， 还能有效抑制碱骨料发生反应，这样可以防止混凝土发生膨胀而造成的破坏，最终可以增强混凝土的耐久性。

2、粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响

粉煤灰对混凝土抗渗性能有着重要影响。混凝土的防扩散性和抗渗透性主要是通过封闭贯穿的毛细孔通道来实现的。而粉煤灰在参入混凝土之后将会产生很大的变化，这些变化的原因具体可以表现在以下几个方面：（1）粉煤灰的形态效应不仅可以降低初始水灰的比例，还可以将用水量减少到最低；（2）在粉煤灰渗入混凝土之后，将会产生变化，这些变化可以提高粉煤灰混凝土的强度和耐久性，也对混凝土的抗渗性有所提高。（3）粉煤灰与混凝土结合后，增强了活性微集料效应，从而直接缩减了孔隙的直径，同时将细孔的通道堵塞，实现混凝土的防渗透的性能。

3、粉煤灰影响混凝土抗冻性

粉煤灰对混凝土抗冻性的影响主要包括：（1）活性效应的产生对氢氧化钙进行了固定作用，使得混凝土减少了由于浸析而造成的扩大冰冻劣化所造成的孔隙。（2）形态效应的产生使得混凝土掺水使用量得到大大的减少，孔隙和毛细孔数量具有明显减少的现象。（3）微集料效应的产生大大减少了滞留在内部的泌水量和空气量，从而细化了孔隙，促进微细气孔的均匀分布，以便达到混凝土的最大抗冻性能。由此看来，粉煤灰对于混凝土抗冻性的影响是显而易见。

4、提高混凝土的抗裂性能

大体积混凝土浇筑后，易产生温度应力进而造成裂缝，其原因在于热量在内部不断的积累，因而未及时扩散造成的温差大。在混凝土配合的比中掺加粉煤灰，粉煤灰水化后增强骨料和水泥石间的界面强度，进而减少混凝土内部的缺陷，减少泌水情况的发生，提高混凝土的抗裂能力，混凝土的内微裂缝出现机率低，粉煤灰混凝土的水化热峰值比普通的混凝土要低， 发生时间推迟，减弱混凝土的构件中的温度梯度，混凝土的内外温差低了，减小混凝土的拉应力，进而避免发生一些裂缝现象。

5、粉煤灰对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能的影响

硫酸盐以两种方式侵蚀着混凝土，一是可溶性的氢氧化钙与硫酸盐两种物质发生化学反应，进而生成硫酸钙，石膏的体积增大，二是C3A与石膏进一步的反应生成钙矾石水泥杆菌，从化学上看，粉煤灰的作用能稳定氢氧化钙，细化毛孔减少渗透，同时粉煤灰能有效使混凝土避免对硫酸盐的侵蚀作用。

五、结语：

由于全国各地粉煤灰来源、成分不同，它在施工中对混凝土性状影响也不同。所以，针对粉煤灰在工程施工中的影响，需要根据其所处环境才能做出具体判断。

参考文献：

[1]．赵全胜．大掺量粉煤灰混凝土在工程中的应用研究[D]．河北工业大学,2002

[2]．沈旦申．粉煤灰混凝土[M]．北京：中国铁道出版社,1989

[3]．田志高．粉煤灰水力冲填筑坝技术试验研究[D]．西北农林．科技大学,2004.