粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

□李尊永（商丘市水利局）

粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

□李尊永（商丘市水利局）

粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一，目前，我國年排放粉煤灰約11000萬t，利用率為42%，主要應(yīng)用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰也是河南省數(shù)量較大，分布較廣的工業(yè)廢渣之一，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應(yīng)用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境。粉煤灰作為一種人工火山灰質(zhì)材料，在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質(zhì)量和降低成本，為了更好地應(yīng)用粉煤灰混凝土，現(xiàn)將粉煤灰混凝土的性能及應(yīng)用試驗分析成果綜述如下。文章通過對粉煤灰的化學(xué)成分、物理性能敘述，簡要分析了粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用及注意事項。

混凝土；粉煤灰；應(yīng)用

一、粉煤灰在混凝土中作用機(jī)理

粉煤灰是人工火山灰質(zhì)材料，本身并無膠凝性能，在常溫下，當(dāng)有水存在時，能與石灰起化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物，一般能在空氣中立即硬化，而后漸漸具有水硬性。粉煤灰摻入混凝土中，水泥水化析出的Ca(OH)2形成的鈣離子，吸附在微珠玻璃表面上，能夠侵蝕玻璃的表面，而粉煤灰表層的玻璃與水作用也能析出堿。

二、原材料

（一）粉煤灰

1.化學(xué)成份

試驗用的原狀粉煤灰的化學(xué)成份見表1。

表1 粉煤灰的化學(xué)成份表

2.物理性能

試驗用的原狀粉煤灰的物理性能見表2。

表2 粉煤灰的物理性能表

3.微觀分析

通過X射線、掃描電鏡對永城、商丘市和睢縣粉煤灰的礦物組成及顆粒形態(tài)特征進(jìn)行分析表明，上述電廠粉煤灰礦物組成基本相同，是由大量的硅鋁成分為主的玻璃相和結(jié)晶相礦物組成。結(jié)晶相礦物主要是莫來石A3S2,石英α-SiO2，其次是少量的磷鐵礦Fe3O4，赤鐵礦Fe2O3和極少量的長石和未燃盡的碳粒。非晶體物質(zhì)——玻璃體是由大小不均勻的玻璃球顆粒和無定形顆粒組成。

（二）粗骨料

采用5～20mm碎石，物理性質(zhì)見表3。

（三）細(xì)骨料

采用淮河流域的中砂，物理性質(zhì)見表3。

（四）水泥

采用商丘天瑞42.5普通水泥。

表3 粗、細(xì)骨料的物理性能表

三、粉煤灰超量系數(shù)(δc）和取代水泥百分率(Bc）

粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計是以基準(zhǔn)混凝土配合比為基準(zhǔn)，按等稠度，等強(qiáng)度等級原則，用超量取代法進(jìn)行調(diào)整，選定粉煤灰超量系數(shù)（δc）為 1.2、1.3、1.4，取代水泥百分率(Bc)為0.5%、10%、15%、20%、25%、30%配制C30和C20混凝土，根據(jù)混凝土強(qiáng)度情況，結(jié)合混凝土和易性，選取粉煤灰超量系數(shù)（δc）和取代水泥百分率（Bc）見表4。

表4 粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)表

確定了在不同標(biāo)號的混凝土中摻入不同產(chǎn)地的粉煤灰的超量系數(shù)和取代水泥百分率后，進(jìn)行了粉煤灰混凝土有關(guān)性能試驗。

四、粉煤灰混凝土物理性能

（一）坍落度損失情況

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土坍落度損失可明顯減少，這樣有利于熱天施工，特別是商品混凝土輸送及泵送凝土施工。

（二）凝結(jié)時間

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時間慢，初終凝均比基準(zhǔn)混凝土推遲約1～3h，這是由于粉煤灰在形成的過程中，其表面吸附了一定量的Na2O及SO3，這些化合物延長了混凝土的凝結(jié)時間。

（三）水化熱

水泥水化作用是放熱作用，用粉煤灰取代水泥后，能使溫升降低約20%左右，對混凝土溫升起到緩解作用，很適用于大體積混凝土工程。

五、粉煤灰混凝土的基本力學(xué)性能(見表5)

（一）抗壓強(qiáng)度

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土。

（二）粉煤灰混凝土的抗折、抗拉、軸壓強(qiáng)度。

粉煤灰混凝土抗拉強(qiáng)度基本上與基準(zhǔn)混凝土相近，但其抗折軸壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土有所下降。

（三）彈性模量

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土彈性模量在C30混凝土中有所下降，但在C20混凝土中彈性模量有所改善。

表5 粉煤灰混凝土的基本力學(xué)性能

六、粉煤灰混凝土的長期性能和耐久性能

（一）抗凍性能

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土，28d齡期的抗凍性能有所降低。

（二）抗?jié)B性能

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土，抗?jié)B性能有所提高，這在于火山灰反應(yīng)，使普通混凝土內(nèi)性能不穩(wěn)定的氫氧化鈣轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)上致密，性能上穩(wěn)定的膠凝物質(zhì)，提高了混凝土的抗?jié)B性。

（三）干縮性

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土的收縮值小，兩者收縮發(fā)展情況基本相近。

（四）鋼筋粘結(jié)力

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土鋼筋粘結(jié)力有所提高。這是由于粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土膠結(jié)料明顯增多，均勻性較好，因而增強(qiáng)了其粘結(jié)強(qiáng)度。

（五）碳化性能

粉煤灰混凝土的碳化深度比基準(zhǔn)混凝土大，但粉煤灰混凝土在50年碳化深度一般均小于鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度。

七、粉煤灰混凝土在工程上應(yīng)用

為了進(jìn)一步了解在混凝土中摻入粉煤灰后，對混凝土強(qiáng)度情況及驗證試驗結(jié)果的可行性，我們在河南有關(guān)工程上進(jìn)行了應(yīng)用，混凝土工程量約為1000m3，混凝土強(qiáng)度為C30和C20，共節(jié)約水泥47T，每立方可降低成本約8%，現(xiàn)場施工人員普通反映，粉煤灰混凝土和易性好，振搗方便，脫模后，混凝土表面光滑，效果良好。

八、結(jié)語

一是不同產(chǎn)地的粉煤灰配制的粉煤灰混凝土，經(jīng)試驗所選取的粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)是可行的，其28d強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土基本相近，但不同品種的粉煤灰配制的混凝土，其(δc)和(Bc)值，需根據(jù)原材料和配合比的實際情況，經(jīng)試驗確定，才能保證粉煤灰混凝土的質(zhì)量；二是粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時間慢，水化熱低，坍落度損失少，后期強(qiáng)度高，抗?jié)B性能和干縮性等方面都有所改善，抗凍，碳化性能有所下降；三是粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細(xì)骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環(huán)境污染，因此，具有一定的社會效益。

2010-04-27

李尊永（1972-），男，工程師，主要從事水利工程、土地整理項目設(shè)計、施工。