武巧珍

中鐵大橋局一公司試驗(yàn)檢測(cè)中心

試論粉煤灰在混凝土中的作用

武巧珍

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前言：

粉煤灰是燃煤電廠中的磨細(xì)煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出、被收塵器收集的物質(zhì)。粉煤灰混凝土是指配制混凝土拌合物時(shí)將粉煤灰作為一種組分加入配制而成的混凝土。粉煤灰作為一種重要而已被普遍利用的混凝土輔料，一般具備改變混凝土的新拌、施工過程和硬化后一些性能的作用。隨著對(duì)粉煤灰認(rèn)識(shí)的逐漸深入，人們充分認(rèn)識(shí)到利用粉煤灰已不僅僅是取代水泥、節(jié)約能源以及減少環(huán)境污染的問題，粉煤灰已經(jīng)成為對(duì)混凝土改性的一種重要組分。本文就粉煤灰在混凝土中的作用進(jìn)行了粗略的探討，供大家參考。

1.粉煤灰的特性

1.1 粉煤灰的物理性質(zhì)

粉煤灰的比重在1.95～2.36之間，松散密度在450kg/m3～700kg/m3范圍內(nèi)，比表面積在220kg/m3～600kg/m3之間。由于粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性，在松散狀態(tài)下有良好的滲透性。粉煤灰是一種高度分散的微細(xì)顆粒集合體，主要由氧化硅玻璃球組成，根據(jù)顆粒形狀可分為球形顆粒與不規(guī)則顆粒。球形顆粒又可分為低鐵質(zhì)玻璃微珠與高鐵質(zhì)玻璃微珠，若據(jù)其在水中沉降性能的差異，則可分出飄珠、輕珠和沉珠；不規(guī)則顆粒包括多孔狀玻璃體、多孔碳粒以及其他碎屑和復(fù)合顆粒。

1.2 粉煤灰的化學(xué)成分

粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，來源于煤中無(wú)機(jī)組分，而煤中無(wú)機(jī)組分以粘土礦物為主，另外有少量黃鐵礦、方解石、石英等礦物。因此粉煤灰化學(xué)成分以氧化硅和氧化鋁為主，其他成分氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、三氧化硫及未燃盡有機(jī)質(zhì)(燒失量)。不同來源的煤和不同燃燒條件下產(chǎn)生的粉煤灰，其化學(xué)成分差別很大。（見表1）

2.粉煤灰在混凝土中的作用

2.1 改善混凝土的和易性

影響混凝土和易性的主要因素包括：水泥漿的體積多少、集料的級(jí)配情況、集料的自身顆粒形狀以及混合料的孔隙率等。在混凝土中摻加一定比例的粉煤灰其最明顯的特點(diǎn)就是增大了漿體的體積。使得集料間的空隙得到充分的填充，集料也得到了充分的包裹和潤(rùn)滑，對(duì)混凝土的黏聚性和可塑性得到較大的改善。在混凝土中摻加粉煤灰可以有效地改善混凝土的和易性。

2.2 抑制混凝土的泌水

在一般混凝土中，水泥漿基體具有連續(xù)性較強(qiáng)的泌水渠道，由于粉煤灰的摻入，補(bǔ)償了集料細(xì)屑的不足，使砂漿中的泌水渠道被中斷，加之粉煤灰的加入降低了水泥的用量，即使稠度不變，而用水量也會(huì)降低，對(duì)防止混凝土的泌水是十分有利的。

2.3 改善泵送性能

粉煤灰比水泥細(xì)度小，粘聚性強(qiáng)，提高了抗離析能力，提高了混凝土的穩(wěn)定性，保持混凝土可泵性和勻質(zhì)性。摻和粉煤灰的混凝土坍落度損失小，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了允許的運(yùn)送時(shí)間和運(yùn)送距離，擴(kuò)大了泵送混凝土應(yīng)用范圍，不僅改變混凝土的泵送性能，而且還可以延長(zhǎng)泵送機(jī)械使用壽命。

2.4 降低混凝土水化熱

在日常施工中，我們發(fā)現(xiàn)混凝土在凝固過程中可以釋放較多的熱量，這主要是水泥在水化過程中的放熱反應(yīng)。而在混凝土中摻入粉煤灰減少了水泥的用量，其水化熱便會(huì)明顯降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)因摻加粉煤灰而使水泥的用量減少30%時(shí)，其水化熱可降低15%左右。在一些大型、超大型混凝土構(gòu)筑物中，由于其斷面尺寸較大，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較高，所使用的水泥的標(biāo)號(hào)高，且單位用量大，這些因素同時(shí)存在加劇了混凝土在硬化過程溫度的驟升，且溫峰也相應(yīng)升高，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物早期裂縫的產(chǎn)生。而粉煤灰的摻入減少了水泥的用量，使混凝土的水化熱減少，構(gòu)筑物的早期裂縫問題也迎刃而解。

2.5 提高混凝土的后期強(qiáng)度

由于粉煤灰本身具備火山灰的效應(yīng)，所以在混凝土中摻加粉煤灰可以使混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)。其增長(zhǎng)原理是，在水泥漿中摻入粉煤灰后，其顆粒被Ca(OH)2覆蓋，這時(shí)，粉煤灰的火山灰反應(yīng)便開始發(fā)生。但由于鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性組分發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在水解層內(nèi)有一個(gè)逐級(jí)聚集的過程。在火山灰反應(yīng)物沒有充滿水解層時(shí)，混凝土的強(qiáng)度不會(huì)有較大的增長(zhǎng)。而隨著鈣離子通過水解層與粉煤灰的活性組分的進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，火山灰反應(yīng)物逐漸將水解層充滿到一定的程度，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系(即二次反應(yīng))，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長(zhǎng)，這就是摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較高的主要原因。

2.6 提高混凝土的耐久性

水泥中堿與活性集料發(fā)生堿集料反應(yīng)，極易引起混凝土產(chǎn)生膨脹、開裂，甚至導(dǎo)致構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的破壞，使構(gòu)筑物存在報(bào)廢的潛在危險(xiǎn)。由于粉煤灰的二次水化作用，混凝土的密實(shí)度提高，界面結(jié)構(gòu)得到改善，同時(shí)由于二次反應(yīng)使得易受腐蝕的氫氧化鈣數(shù)量降低，因此摻加粉煤灰后可提高混凝土的抗?jié)B性和抗硫酸鹽腐蝕性和抗鎂鹽腐蝕性等.同時(shí)由于粉煤灰比表面積巨大，吸附能力強(qiáng)，因而粉煤灰顆?？梢晕浪嘀械膲A，并與堿發(fā)生反應(yīng)而消耗其數(shù)量，游離堿數(shù)量的減少可以抑制或減少堿集料反應(yīng)。

3 結(jié)論

粉煤灰除上述作用外，還有降低混凝土構(gòu)件干縮，減小形變、提高耐磨性及降低成本的作用。因此，將其用于混凝土當(dāng)中，不僅可減少環(huán)境污染，變廢為寶，變害為利，還有提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益具有積極的作用。

表1 粉煤灰的成分表