论粉煤灰对混凝土性能的影响

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摘要：利用粉煤灰配制混凝土是粉煤灰综合利用的主要途径之一。粉煤灰掺入混凝土中取代部分水泥不仅可以降低混凝土成本， 还可以减轻煤废料污染， 缓解矿物能源危机。粉煤灰混凝土由于性能优于普通混凝土而被广泛应用。本文主要介绍了粉煤灰对混凝土性能的影响。

关键词：粉煤灰；混凝土；强度；耐久性

粉煤灰是燃煤烟道中收集的烟尘， 不能单独作为自硬性胶结材料， 掺入水泥混凝土中， 在新拌和硬化阶段可改善水泥混凝土的工作性能， 降低水化热， 调节硬化过程， 是水泥混凝土中最常用的活性混合材料， 在水泥混凝土硬化阶段， 粉煤灰中的活性组分与水泥水化生成的游离石灰结合生成新的胶结物质， 不间断填充水泥混凝土的内部孔隙使水泥混凝土更加密实， 比普通混凝土的强度更高， 耐久性更好。

1 粉煤灰作用及机理分析

由参考文献【1】可知：粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒， 比水泥粒子小得多， 比表面积大， 表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝。掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响。

1. 1 粉煤灰的形态效应

所谓形态效应， 泛指各种应用于混凝土中的矿物质粉料， 由其颗粒的外观形貌、表面性质、内在结构、颗粒级配等物理性状所产生的效应。铝硅酸盐玻璃微珠、海绵状玻璃体是粉煤灰的主要矿物组成， 这些球状玻璃体表面光滑、粒度细， 质地致密， 内比表面积小， 由于粉煤灰微粒的作用， 使水泥浆体中颗粒均匀分散， 扩大了水泥水化空间和水化产物的生成场所， 从而促进了初期水泥水化反应； 不仅使水泥浆需水量小， 而且它们往往填充水泥浆体孔隙中， 使混凝土密实性大大提高， 或者在相同用水量的情况下，可增大流动性， 改善工作性和可泵性。因此， 形态效应既直接影响新拌混凝土的流变性质， 也直接影响硬化中混凝土的初始结构。

1. 2 粉煤灰的微集料效应

粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中， 就像微细的集料一样，阻止了水泥颗粒的相互粘聚， 而处于分散状态， 有利于水化反应的进行， 同时减少了用水量， 硬化后混凝土孔隙率降低， 使密实度得以提高。微集料效应可以明显增强硬化浆体的结构硬度。

1. 3 粉煤灰的活性效应

粉煤灰的活性效应也称火山灰效应， 是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。粉煤灰活性的来源： 从物相结构上看， 主要来自玻璃体， 玻璃体含量越高， 活性也越高； 从化学成分上看， 主要来自活性SiO2 和A12O3， 含量越多， 粉煤灰活性也越高， 粉煤灰中的活性成份SiO2 和A12O3 与水泥的水化产物在水溶液中发生反应， 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙， 继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙， 上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的， 大大降低了混凝土内部的孔隙率， 改变了孔结构， 提高了混凝土的密实度； 另外还有细度因素， 粉煤灰越细， 表面能越大， 提供化学反应的作用面越多， 活性也越高。活性效应使粉煤灰在混凝土中可以起到胶凝材料的作用， 因此， 这是粉煤灰最重要的基本效应。

2 粉煤灰掺量对混凝土工作性能的影响

2.1 不同掺量对混凝土强度的影响

粉煤灰形响强度的原因在于粉煤灰结构比较致密， 内比表面积小， 有很多球形颗粒， 吸水能力弱， 所以粉煤灰混提土在配制时需水量比较低干缩性小抗裂性较好。在早龄期， 粉煤灰几乎不发生火山灰反应， 因此在早龄期， 随着粉煤灰掺量的增加， 混凝土压缩强度降低。在晚龄期， 由于粉煤灰火山灰作用和水泥熟料水化反应的促进作用， 以及它的微集料效应， 使得在较小掺量情况下， 粉煤灰混凝土的压缩强度可以赶上和超过不掺粉煤灰混凝土的压缩强度，但当粉煤灰较大时，粉煤灰混凝土的压缩强度则低于不掺粉煤灰混凝土的压缩强度。因此， 粉煤灰的掺量以不超过20%为宜。另外， 使用粉煤灰混凝土也必须注意养护问题。温度较低时， 水化速度明显减弱， 强度发展。

2.2 对和易性的影响

粉煤灰对混凝土和易性的改善作用有以下几点：首先，优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，这些球状玻璃体表面光滑无棱角，性能稳定，在混凝土的泵送、振捣过程中起着一种类似于轴承的作用；第二，新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒，释放更多的浆体来骨料，有利于混凝土性能的提高；第三，掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时优质良好的粉煤灰在同样的稠度下能减少混凝土的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更小水平，减少泌水和离析现象。单方用水量的降低与粉煤灰的品种，与水泥的置换率、混凝土的配合比以及细骨料的细度模数有关。

通过上图：由细骨料的细度模数与FA 混凝土用水量的关系，可以看出，粉煤灰对水泥的置换率到达25%时，标准稠度用水量降低7%左右，因此，可以判定，粉煤灰的细度越大，烧失量越低，细骨料的细度模数越大，混凝土到达相同稠度时的用水量就越低。

2.3 对胶凝材料流动性的影响

关于粉煤灰对胶凝材料系统流动性的影响，可采用测定胶砂流动度比的试验方法进行系统的研究。流动度比是指在固定水灰比下，粉煤灰水泥砂浆与未掺粉煤灰的水泥砂浆的流动度之比，该值能够直观地反应出掺粉煤灰后对胶砂流动性的改善效果。通过研究发现，随着水胶比的降低，不掺粉煤灰的水泥胶砂需要借助较多的高效减水剂，才能达到理想的流动性，而掺入细度、粒型较好的粉煤灰能明显改善胶砂的流动性，使减水剂的用量大大减少。

2.4对抗融冻性的影响

掺粉煤灰混凝土具有良好的抗冻融性能。其对混凝土抗冻融性的影响有以下三个方面：1）活性效应固定了氢氧化钙， 使之不致于因浸析而扩大冰冻劣化而产生孔隙。2）形态效应能使混凝土用水减少， 明显有利于减少孔隙和毛细孔。3）填充效应可使截留空气和泌水减少并使孔隙细化， 有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀， 从而大大改善了混凝土的抗冻性能。如果在粉煤灰混凝土中加人引气剂， 其抗冻性会大幅提高。

3 结论

粉煤灰曾被认为是工业“三废”之一，目前粉煤灰作为水泥混凝土中的一个有效组分进行配合比设计和使用， 同时掺外加剂， 是对传统水泥混凝土重大的突破， 即能提高混凝土的强度， 也能提高耐久性， 还能保证混凝土外观质量， 节约水泥， 降低工程造价， 是水泥混凝土持续发展的方向， 有广阔的应用前景。

参考文献

【1】 闫瑞兰， 高占云. 不同掺量粉煤灰对混凝土力学性能的影响研究【J】. 内蒙古科技与经济，2011.

【2】 蒋思晨. 不同粉煤灰掺量高强混合骨料混凝土力学性能及本构关系试验研究【J】.硅酸盐通报，2011.