混凝土中粉煤灰摻量對耐久性的影響

梁家頂

摘 要：文章針對混凝土中粉煤灰摻量對于材料耐久度影響進行了分析，分別從抗氯離子的滲透、抗碳化、抗凍融、抗侵蝕等方面進行了討論，用以明確粉煤灰摻量同上述內(nèi)容之間的聯(lián)系。

關鍵詞：粉煤灰；混凝土；耐久性；摻量

引言

混凝土作為現(xiàn)代建筑最常用的材料一直以來都以其良好的耐久性得到了較高的評價，但外界環(huán)境對其耐久度的影響程度較大，換句話說，混凝土材料的耐久性取決于外界環(huán)境，諸如，環(huán)境中的水分、Cl離子、CO2以及硫酸鹽都會造成混凝土結(jié)構中鋼筋的銹蝕以及混凝土結(jié)構碳化，溫度的變化會造成混凝土結(jié)構的凍融破壞，這些都是降低混凝土耐久性的原因。但是，通過在混凝土中摻入粉煤灰不但能夠降低混凝土材料成本，同時還有利于環(huán)保，并對混凝土材料的耐久性提高極其有利，因此在混凝土材料中加入粉煤灰其環(huán)保效益以及經(jīng)濟效益得到了廣泛的認可。文章著重對粉煤灰摻量對于混凝土材料相關性能的影響進行了討論。

1 加入粉煤灰的影響

混凝土中加入粉煤灰主要會產(chǎn)生三方面的基本效應，分別為：形態(tài)、活性以及微集料三種基本效應。

形態(tài)效應：該種效應主要是物理特性，即粉煤灰的細度、顆粒形狀以及級配作用。粉煤灰大多經(jīng)過高溫熔融處理，因而其形態(tài)大多為玻璃微粒。該種粉煤灰的質(zhì)地較為細密，且顆粒較為光滑、級配較為合理，因而能夠在混凝土攪拌中對材料進行潤滑，該作用同減水劑作用相類似，能夠提高水泥材料的和易性，通過用水量的降低，對材料密實度予以提高。

活性效應：該種效應又被稱作火山灰效應，將粉煤灰摻合到混凝土材料中不但能夠作為細骨料使用，同時還具有膠凝劑的作用，該種效應能夠充分證明粉煤灰可以替代水泥成為另一種凝膠材料。

微集料效應：作為細骨料的粉煤灰均勻分布于水泥中，能夠有效避免水泥顆粒之間出現(xiàn)的粘聚現(xiàn)象，使其盡量處于分散狀態(tài)，用以提高混凝土密實度。另外，粉煤灰能夠填補水化水泥顆?？p隙，用以改善材料微觀結(jié)構。

以上三種效應合稱粉煤灰效應，粉煤灰對于水泥材料微孔結(jié)構的改善以及對骨料同膠凝材料界面區(qū)的改善都是通過上述效應產(chǎn)生作用的。混凝土的耐久性主要受到了過渡區(qū)特征以及材料微?？障督Y(jié)構影響，因而粉煤灰的摻入能夠有效提高其材料的耐久度。

2 粉煤灰摻量的影響

2.1 抗氯離子滲透性能

混凝土耐久性受到其材料抗Cl離子滲透性的影響，抗Cl離子滲透性是衡量混凝土耐久性的指標之一。之所以普通混凝土該性能較差，是因為其材料內(nèi)部滲水孔道較多，而這些孔道的形成主要是由于水泥中水分蒸發(fā)以及泌水毛細孔道，除此之外還有由于水化熱產(chǎn)生的裂縫，這些結(jié)構是造成混凝土材料出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象的主要因素。粉煤灰對于混凝土該性能的影響主要由其摻量決定，摻量不同會對混凝土抗Cl離子滲透性產(chǎn)生不同的影響。這種影響并非是不變的，其他條件不變，若是對粉煤灰的長期效果予以考慮，則存在最佳摻量，以該量為分界，材料隨著粉煤灰摻量的增加，其抗Cl離子中滲透性先增加后減少。分析該種現(xiàn)象的根本，取決于粉煤灰自身效應以及特點。水泥漿體的流動性受到了加入的粉煤灰的影響而大大增加，粉煤灰在同高效減水劑的相互配合下，混凝土離析以及泌水現(xiàn)象都會有所降低，混凝土密實度相對會提高，并且由于粉煤灰的摻入，對于水泥的水化熱現(xiàn)象也有所減弱，從而改善溫度裂縫的出現(xiàn)情況，并對其他裂縫的出現(xiàn)也具有阻止作用。此外，粉煤灰能夠有效減小水泥表面裂縫，改善水泥石結(jié)構。但隨著粉煤灰的摻量不斷增加，混凝土的密實度會逐漸降低，并且其摻量到達其對Cl離子的極值時，就使得混凝土的抗Cl離子滲透性下降。

2.2 抗碳化性能

抗碳化性是衡量混凝土碳化深度的一種表示，碳化深度愈大就表明抗碳化能力愈差?；炷恋目固蓟允艿絻煞矫嬉蛩赜绊?，首先是混凝土阻礙二氧化碳滲透的能力，這種阻力受到混凝土孔徑大小以及空隙率的影響；其次則是材料固化二氧化碳的能力。

水泥中堿儲備越高，混凝土碳化程度就越低。混凝土在發(fā)生碳化時，體積會出現(xiàn)一定程度的收縮，且該反應不可逆轉(zhuǎn)。這種收縮會使得結(jié)構開裂，并且混凝土材料中空隙的液相酸堿值會下降。碳化過程中混凝土材料內(nèi)部鋼筋由于失去堿性保護而受到銹蝕破壞。從摻入粉煤灰的固化能力改變角度分析，隨著粉煤灰量的增加，混凝土結(jié)構抗碳化性呈現(xiàn)降低趨勢。而由于粉煤灰三種效應，使得混凝土材料性能會隨著粉煤灰的用量增加，其裂縫以及孔隙等結(jié)構會相應變小，從而會提高混凝土密實度。因此粉煤灰的加入會提高混凝土材料的抗碳化性。

2.3 抗凍性能

對于普通混凝土來說，袁曉露等認為粉煤灰的摻入會改變混凝土孔結(jié)構，增加總孔隙率，細化最可幾孔徑分布，使受凍方式由靜水壓侵蝕向滲透壓侵蝕轉(zhuǎn)變，加速混凝土的凍融劣化，這一觀點也得到絕大多數(shù)人的認可。而對于高性能混凝土，利用快凍法對混凝土相對動彈模量數(shù)值進行測定，試驗表明隨著粉煤灰摻量的提高，不摻引氣劑時，混凝土的抗凍性隨粉煤灰摻量增加而增加。這就說明粉煤灰的摻量對混凝土的抗凍性能的影響不能一概而論，即使是采用相同的試驗方法，由于混凝土配合比、強度等因素的不同造成不同的效果。對于小摻量粉煤灰來說，其摻量對于整個混凝土抗凍性的影響甚微，即使粉煤灰的摻入導致在凍融前后混凝土強度和質(zhì)量都略有下降，也可以通過加入適當?shù)囊龤鈩?、降低水膠比和延長養(yǎng)護齡期等措施加以改善。

2.4 抗硫酸鹽侵蝕性能

混凝土的碳化、凍融、堿骨料反應和化學侵蝕被稱為“四害”，對于一些海工結(jié)構來說，混凝土的化學侵蝕形式除了氯離子侵蝕之外還有硫酸鹽的侵蝕。之前提到粉煤灰分為低鈣粉煤灰和高鈣粉煤灰，低鈣粉煤灰摻入混凝土可以改善其抗硫酸鹽性能，對于低鈣粉煤灰來說，粉煤灰的摻入減少了水泥石內(nèi)部容易受到硫酸鹽侵蝕的水化產(chǎn)物的數(shù)量。此外，硫酸鹽可以起到激發(fā)劑的作用，加速粉煤灰的二次水化反應速率，隨著反應產(chǎn)物數(shù)量的不斷增加，使大孔數(shù)量減少，孔徑得到了細化，減緩了硫酸鹽對水泥石的侵蝕。這種減緩作用和之前提到的抗氯離子滲透性一樣存在一個最佳摻量，一旦超過這個值，對硫酸鹽侵蝕的抵抗效果就會大大減小。

3 結(jié)束語

3.1 基于粉煤灰效應，在混凝土材料中適當加入一定量的粉煤灰能夠有效提高材料密實度，改善材料結(jié)構，減小材料堿含量，并增強混凝土材料相關抗性。在此需要進一步強調(diào)，只能通過使用低鈣粉煤灰才能對混凝凝土的抗堿骨料性以及抗硫酸鹽侵蝕性予以提高。

3.2 粉煤灰的加入并非是越多越好，其摻入量存在一個最佳值，以該值為界限，材料的抗Cl離子滲透性隨著粉煤灰加入量的提升而出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象；而混凝土材料抗硫酸鹽侵蝕的性能則是隨著粉煤灰加入量的增加而不斷的增加，通過試驗，其摻入量在50%以下效果較好。

3.3 雖然加入粉煤灰會影響混凝土材料的抗凍性以及抗碳化性，但是其性能基本能夠滿足工程施工需求。

參考文獻

[1]邢世海.超摻粉煤灰混凝土耐久性研究與應用[J].混凝土，2004.

[2]覃維祖.混凝土耐久性若干問題的討論[J].建筑技術，2000.

[3]宋少民，耿雷.高密實混凝土耐久性試驗研究[J].北京建筑工程學院學報，2004.