浅析粉煤灰对混凝土早期裂缝的影响
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前言：在建筑中，我们通常采用在混凝土中掺入粉煤灰来改善混凝土的技术性能，像人防工程、隧道工程、桥面铺装工程和化工管道工程等，都要求所用混凝土具有良好的抗渗性能。尤其在公路工程施工中，在路用材料的选择上，有的将旧路面材料再生路用，有的在材料领域进行开发，粉煤灰在公路工程上的普遍应用，可称为是变废为宝的一大举措。因为火力发电迅速发展，已经成为中国最大的污染物排放之一而粉煤灰是火力发电过程中产生的工业垃圾，所以粉煤灰在公路工程上的普遍应用，可称为是变废为宝的一大举措。本文就粉煤灰在混凝土中的应用以及对其的影响做一些简要分析。
关键词：粉煤灰；混凝土；作用；影响
中图分类号：TU37文献标识码： A
早在两千多年前，人们就对粉煤灰有了认识，在古罗马时期，人类就用火山灰与石灰混合在一起建造了许多雄伟的建筑，而现在，粉煤灰作为一种优良的活性掺和料，可取代部分水泥，降低混凝土的成本，并且能改善混凝土的性能。但是实验表明粉煤灰的掺入显著降低了混凝土砂浆早期干燥条件下的约束开裂敏感性和混凝土自由收缩速率及收缩值，对混凝土的一些性能也产生了一定的影响。
一、粉煤灰混凝土的作用机理
在一般情况下，人造的或是天然的火山灰的材料本身并没有胶凝的性能，但是在混凝土中，水泥的水化过程中生产的的Ca(OH)2就能和这些火山灰材料反应，生成水化硅酸钙，这种水化产物是具有胶凝性的，由此这一反应称为火山灰反应。这种反应不仅填充了混凝土内部的孔隙，也同时降低了溶出的可能，对混凝土的抗渗性和强度都有一定的提高作用。
除了火山灰反应外，粉煤灰对混凝土的耐久性和性能的改善还有其它的两个原因：第一是形态效应。玻璃体是粉煤灰的主要矿物组成，这些球形的玻璃体质地致密、内比表面积小、粒度细、表面光滑、对水的吸附力小，所以，较为优质的粉煤灰的加入会使得混凝土的拌合用水量有一定程度的减小，在提高了混凝土抗压强度的同时也减小了混凝土的早期干燥收缩。第二是填充效应。由于在水泥颗粒之中均匀的分布了粉煤灰中的微细颗粒，这样不仅能够改善胶凝材料的颗粒级配，还能填充水泥颗粒之间的空隙，并增加水泥胶体的密实度使混凝土密实性得到很大提高。所以，填充效应、形态效应与火山灰效应并称为粉煤灰改善混凝土性能的三大效应。
二、粉煤灰对土建工程中混凝土的影响
1.大幅度的提高混凝土的抗渗性。保持混凝土的胶结材总量不变的条件下，它的掺入能相应地降低了混凝土中水泥的用量。因而，水泥的水化热量降低，掺量增大时，降低更多。
2.使其具有良好的抗冻融性能。粉煤灰的活性效应会固定氢氧化钙，使氢氧化钙不致于因为浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙，而且它的形态效应能够使混凝土的用水量减少，明显对减少毛细孔和孔隙有利，同时填充效应也会使泌水量与截留空气量减少，并使孔隙进一步细化，有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀，从而大大的改善了混凝土的抗融冻性能。
3.能提高其抗氯离子渗透能力。把粉煤灰掺入到混凝土时，在一定程度上会改善水泥混凝结构的界面结构，这是由于粉煤灰中有火山灰这种活性成分反应生成的水化硅酸钙（ C-S-H ）填塞了水泥石中毛细孔隙，堵塞了渗透通道，从而增强了混凝土的密实度，并且 C-S-H 凝胶会吸附在氯化物之其中，所以提高了水泥混凝土的抗氯离子渗透能力。
4.提高其抗硫酸盐能力和抗碱一集料反应能力。掺粉煤灰能降低混凝土的碱性，有效抑制碱一集料反应。
5.抑制混凝土的泌水。在一般混凝土中，砂浆基体具有连续性较强的泌水渠道，由于粉煤灰的掺入，补偿了集料细屑的不足，使砂浆中的泌水渠道被中断，加之粉煤灰的加入降低了水泥的用量，即使稠度不变，而用水量也会降低，对防止混凝土的泌水是十分有利的。
三、混凝土早期裂缝的分类
（1）塑性沉降裂缝，由于混凝土用水量多，塌落度大，容易发生泌水和下沉现象。当骨料下沉的时候受到钢筋、模板和预埋构件等的抑制作用时，便产生裂缝。（2）塑性收缩裂缝，混凝土浇注后处于塑性阶段时，由于表面水分蒸发而引起的裂缝叫做塑性收缩裂缝。（3）自收缩引起的裂缝，自收缩是指在恒温恒湿条件下，即与外界无水分交换的情况下，由混凝土自干燥引起的宏观体积收缩，它从混凝土初凝后开始。（4）化学收缩引起的裂缝，这种裂缝是由水化前后反应物及生成物的平均密度不同所引起的，水泥与水化学反应过程中，原来的自由水成为水化产物的一部分。（5）外加剂引起的裂缝，在起初，混凝土表面会形成一层保护膜，外边看起来虽然是凝结了，但是内部并没有足够硬化，内外之间的水化作用使其收缩程度相差很大，所以会不可避免的产生裂缝。（6）施工裂缝，由于模板刚度不足从而引起裂缝的产生、泵送管道的支撑对楼板的振动与冲击、模板支撑不足和模板中的电线穿线管固定不牢等，这些情况通常会导致混凝土在浇筑后产生施工裂缝。
四、粉煤灰对混凝土早期裂缝的影响的原理
在干燥条件下，粉煤灰能显著延长自密实混凝土砂浆的开裂时间，降低其早期开裂敏感性。分析其原因，粉煤灰掺入具有两方面的作用：一方面，粉煤灰的潜在活性降低了早期强度增长率，同时也使混凝土中收缩拉应力的最大值得到了有效降低；另一方面，粉煤灰具有良好的保水性，可以降低早龄期砂浆内部由于外部干燥和自干燥作用而产生的湿度梯度，使得应力水平较长时间保持在一个较低的水平，从而抑制或推迟早期微裂缝的产生。然而，为了确保适宜的早期强度增长率和其它技术性能的要求，粉煤灰掺量并不是越大越好，应按照工程具体要求适当控制。
同时粉煤灰的掺入也降低了自密实混凝土自由收缩和早期收缩速率。分析其原因：一方面，粉煤灰未水化颗粒填充在水泥水化产物的孔隙中，将原来的大孔分割成许多细小且互不连通的小孔，大大改善了水泥浆体孔隙率和孔结构；另一方面，粉煤灰火山灰反应生成的类似托勃莫来石次生微晶相填满了粉煤灰与水泥间水膜层的同时，又将原有水泥浆全骨架的孔隙填充，使得浆体密实度提高，在干燥条件下水分蒸发可能性减少，降低了干燥收缩。
五、粉煤灰对混凝土早期裂缝的影响
1.把粉煤灰掺入混凝土中，显著的延长了混凝土的砂浆早期在干燥条件下初始开裂的时间，大大降低了自由收缩速率、早期开裂敏感性和收缩量。
2.把粉煤灰掺入混凝土对其表面的裂缝起着良好的控制效果，而且有粉煤灰掺入的混凝土后期的强度比不掺粉煤灰的混凝土强度高。
3.由于其早期强度较低，因此现场施工更应该要严格养护。造成混凝土的收缩开裂的一个重要原因就是现场养护不当，当混凝土浇筑结束后，浇筑面没有得到及时的覆盖和浇水养护，表面的水分会迅速蒸发时，很容易产生收缩裂缝的现象，特别是在相对湿度低、气温高、风速大的情况下，干缩会更容易发生。
4.对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。
5.粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅会加强结构薄弱的过渡区，对改善混凝土的性能起着显著的作用，而且也会生成具有胶凝性质的产物(这和水泥中硅酸盐的水化产物是相同的)。
6.由于粉煤灰在一定程度上延缓了水化速度，但是混凝土会因水化关系引起升温，这对于防止混凝土因温度而产生裂缝是十分有利的，而且由于粉煤灰能够通过延缓水化的反应速度使得混凝土的硬化速率降低，工程结构中的混凝土的早期强度也会随着粉煤灰掺量的增加而降低。
结语
众所周知的是，作为水泥的总生产量第一大国，中国其实也是粉煤灰等废弃旧物排放的第一大国，假如能将粉煤灰以适当的掺量和方法用在混凝土工程的结构中，这样不仅可以很好的改善混凝土的性能，也使废弃物得到了更好地利用，这样就会提高整个经济效益与社会效益。
参考文献
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