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
Abstract: The use of fly ash concrete is one of the main ways to utilize the fly ash. Fly ash concrete is widely used for better performance than ordinary concrete. This paper introduces the fly ash on properties of concrete.Key words: fly ash; concrete; strength; durability
中图分类号：TU522.3+5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1前言
从目前有关资料来看，粉煤灰在建筑工程和基础工程的应用，是最主要的利用方式，也是提高其利用率的根本途径。至今比较成熟的技术和已建成生产线的有：粉煤灰加气混凝土、粉煤灰混凝土、粉煤灰砌筑水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、粉煤灰粘土砖、粉煤灰地面砖、粉煤灰免烧砖、粉煤灰筑路、粉煤灰充填等[1,2]。混凝土中掺入粉煤灰不仅改善混凝土性能，提高工程质量，节省水泥，降低混凝土成本，而且保护环境，节约能源和资源。由此可见，配置粉煤灰混凝土是粉煤灰综合利用的主要途径之一。
2粉煤灰的作用
粉煤灰是燃烧煤粉的锅炉排放出的一种粘土类火山灰质材料。目前我国电厂排放的粉煤灰以低钙灰为主，其主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁，其含量约占粉煤灰的85%左右，氧化钙含量普遍较低，氧化镁及氧化硫的含量也较低。粉煤灰作为一种活性掺合料，具有一定的火山灰活性，能与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应。粉煤灰替代部分水泥用于混凝土中，能改善混凝土的和易性和耐久性，表现出粉煤灰的活性效应、形态效应、微集料效应和界面效应[3-6]。
2.1和易性
对于有泌水或离析倾向的新拌混凝土拌合物，掺入细分散的颗粒，可以减小空隙的尺寸和体积，所以通常会使工作性得到改善。粉煤灰越细，为了增进新拌混凝土拌合物的粘聚性，也就是改善工作性所需要的掺加量就越少。粉煤灰的粒径细小，又呈玻璃态，故可能在给定稠度下降低需水量。
2.2火山灰反应
粉煤灰与氢氧化钙之间的反应称为火山灰反应。这个反应主要有三个特征：（1）反应是缓慢的，所以放热速率和强度发展也相应较慢；（2）反应消耗了氢氧化钙而并不是产生氢氧化钙，这对于水泥浆体在酸性环境中的耐久性有很重要的意义；（3）反应产物极为有效地填充了大的毛细空间，从而会使系统的强度和抗渗性能得到提高。
火山灰反应具有两种物理效应：（1）孔径细化；（2）粒径细化。在粉煤灰颗粒周围形成的次生水化产物（主要为水化硅酸钙），趋向于以微观上多孔也就是低密度的物质填充进大的毛细空隙。将一个含有大的毛细空隙的体系转化为包含无数微孔的微观上多孔的产物的过程，就称为“孔径细化”。同样，氢氧化钙在均匀分布的粉煤灰微粒周围成核结晶，也就是用无数取向性较弱的细小晶体以及结晶程度差的反应物置换了取向的氢氧化钙巨大晶体，将一个含有粗颗粒组分的体系转化成较小颗粒的产物的过程，即称为“粒径细化”。这两种孔径和粒径的细化过程都可使水泥浆体得到增强。从抗渗性和耐久性的角度看，火山灰反应对于混凝土的效果或许要比水化水泥浆体更为重要。因为过渡区存在微裂缝的缘故，混凝土的渗透性一般要比水泥浆体大得多。可以认为，孔径细化和粒径细化过程会强化过渡区，从而能减少微裂缝，提高混凝土的抗渗性。
2.3强度
掺入粉煤灰时，混凝土的早期强度随掺量的增加而降低，但后期强度会有较大幅度的增长。粉煤灰对混凝土强度的贡献随着龄期的增加而增加，随水胶比（水与水泥和粉煤灰总量之比）的降低而增加。粉煤灰对强度的贡献与水胶比的关系比水泥对强度的贡献与水灰比的关系还要敏感。28天以后，粉煤灰与水泥对混凝土强度的贡献的差距缩小，并随着水胶比的降低而显著；90天以后，二者相近；360天以后，则粉煤灰的贡献超过水泥的贡献；水胶比越低，粉煤灰的贡献越大。故加入粉煤灰后，应当相应降低水胶比，以保持早期强度不降低，并且后期强度有显著的增长，发挥粉煤灰的作用。其后期强度增长的主要原因是因为火山灰反应，导致孔隙细化并且用较强的产物（水化硅酸钙）置换了较弱的组分（氢氧化钙）的缘故。
2.4抗裂性
设大体积结构由于水化热在混凝土浇捣后一星期之内就达到了最高的温度，则掺用粉煤灰，就有可能使温升减小，可与替代水泥的数量成正比。这是因为在通常条件下，这些粉煤灰在几天之内不会发生明显反应的缘故。根据经验，可以认为有火山灰反应所产生的总的水化热，只是水泥平均值的一半左右。
当混凝土经受的温度比平常高得多时，不论是由于水化热还是其他原因，使用粉煤灰都会是有好处的。掺加粉煤灰的混凝土在经受高温时可能受热活化（即加速火山灰反应）得到好处，其强度经常总是有所增长。
2.5抗化学侵蚀
混凝土的抗渗性，是决定碱骨料的膨胀，以及酸和硫酸盐侵蚀等破坏性化学作用中质量传输速率的基本因素。因为粉煤灰所带来的火山灰反应可以使空隙细化，所以就能使混凝土的渗透性降低。混凝土中掺加粉煤灰大体上都能改善对酸性水、硫酸盐水和海水的抵抗能力，这主要是由于与火山灰反应同时发生的渗透性减小以及水化产物中氢氧化钙含量降低的缘故。就粉煤灰水泥来说，在水化水泥浆体中，由于稀释效应和火山灰效应两方面所导致的氢氧化钙量的减少，是使这些水泥所配置的混凝土对硫酸盐和酸性环境具有优异抵抗能力的一个原因。开始，随着养护时候的增长，水泥中的氢氧化钙含量由于其中的水泥水化而提高，以后则随着火山灰反应的进展即开始下降。硫酸盐侵蚀的速率依赖于透水性以及所存在的氢氧化钙和活性氧化铝相的数量。粉煤灰的加入降低了混凝土的渗透性，同时减少了氢氧化钙的量，因此增强了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。同时粉煤灰通常能使碱骨料反应产生的膨胀有效地减小。
3粉煤灰混凝土的应用
从20世纪50年代初期开始，粉煤灰混凝土目前已被广泛应用在土木工程（包括水利工程）、建筑工程、预制混凝土制品及预拌混凝土等方面[2]。
（1）土木工程和水利工程：粉煤灰混凝土用于大坝、道路、隧道与港湾、下水道等，效果是和易性好，水密性好，水化热低，膨胀收缩小，后期强度高，耐海水侵蚀性强，耐化学腐蚀性强，可配置特殊用途土木工程混凝土。
（2）建筑工程：粉煤灰混凝土用于现场浇制工业和民用建筑的柱、梁、板、基础、地面等，其效果是和易性好，改善混凝土浇捣性和装饰性，可按指定强度指标设计混凝土，长期强度高，可配制特殊用途的建筑工程用混凝土。
（3）预制混凝土制品：粉煤灰混凝土用于钢筋混凝土预制构件，水泥制品（管、砌块），可改善加工性能，节约振捣能量，改善制品外观质量，降低水泥单耗，节约材料成本。
（4）预拌混凝土（商品混凝土）：粉煤灰混凝土用于各种用途和强度的普通及特种预拌混凝土，能更好地与掺加化学外加剂配置成泵送及其它高性能混凝土。
4结束语
通过对粉煤灰特性、新拌粉煤灰混凝土的性能、硬化混凝土的性能、粉煤灰混凝土的结构性能的充分研究，人们已比较清楚认识粉煤灰在混凝土中的作用，虽然还有不少方面仍有待深入，但很多方面的研究结果都比较一致。
粉煤灰用于混凝土的优点主要为：（1）节省费用；（2）改善新拌混凝土的工作性；（3）改善混凝土的长期性能或极限强度；（4）改善混凝土抗硫酸盐侵蚀、碱集料反应等耐久性能；（5）与外加剂的叠加效应，使减水剂效果更为明显；（6）降低混凝土的放热高峰。当然，粉煤灰用于混凝土也可能引起一些不足：（1）由于混凝土碱度降低可能引起钢筋锈蚀的保护性能降低；（2）粉煤灰含碳量的较高时将影响混凝土外加剂的适应性，如降低引气剂引气效果；（3）由于用水量的降低，要求更为严格的养护制度。
就粉煤灰混凝土应用技术和实践而言，我国东、西部发展极不平衡，在上海、江苏等东部经济发达地区，不仅粉煤灰混凝土的应用技术成熟，而且工程应用粉煤灰混凝土的量大面广，社会经济综合效益显著。而西部偏远地区，经济不发达，技术落后，加上对粉煤灰混凝土应用的认识不够，粉煤灰混凝土在工程中的应用还寥寥无几。随着我国西部大开发的深入，东、西部技术的交流，人们认识的提高，技术的进步，粉煤灰混凝土的应用定会走向一个前所未有的辉煌时代。
参考文献
[1]刘爱新.粉煤灰混凝土的性能及其应用[J].混凝土,2001,12:6-8.
[2]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].科学出版社.2002.
[3][美]P.梅泰著.祝永年,沈威,陈志源译.混凝土的结构、性能与材料[M].同济大学出版社,1995.
[4]湖南大学,天津大学,同济大学,东南大学合编.建筑材料[M].中国建筑工业出版社,1996.
[5]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社,1999.
[6]袁润章.胶凝材料学[M].武汉工业大学出版社,1996.
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