淺談粉煤灰對(duì)高性能混凝土耐久性的影響

呂 娜 楊 毅

（1.遼寧鑫圣達(dá)建筑材料有限公司 ； 2.遼寧鑫圣達(dá)建筑材料有限公司）

0引 言

粉煤灰也叫飛灰（fly ash），簡(jiǎn)稱 FA，不僅價(jià)廉，而且使用效果好，完全可以滿足高性能混凝土的性能要求，粉煤灰等量或超量取代水泥，可以大大降低混凝土生產(chǎn)成本。高性能混凝土具有工作性高、強(qiáng)度高、耐久性高的特點(diǎn)，為達(dá)到這種性能，往往采用礦物摻合料和化學(xué)外加劑，如:硅灰、沸石，但硅灰的價(jià)格太高，沸石的應(yīng)用受到地域的限制，相比之下，選用粉煤灰作為摻合料是理想的選擇。

1、FA 對(duì)混凝土耐久性的影響

1.1 對(duì)抗?jié)B性的影響

影響混凝土抗?jié)B性的主要因素是混凝土的孔結(jié)構(gòu)，包括孔的大小、數(shù)量、曲折度以及分布狀況等。粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發(fā)生火山灰反應(yīng)生成二次C-S-H 凝膠，可以填充其中的孔隙，改善混凝上中水泥石的孔結(jié)構(gòu)，使總的孔隙率降低，大孔數(shù)量減少，小孔數(shù)量增多，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，分布更為合理，混凝上更加密實(shí)，抗?jié)B性能得以提高。粉煤灰混凝土抗?jié)B性能比基準(zhǔn)混凝上有所提高，這在于火山灰反應(yīng)，使普通混凝土內(nèi)性能小穩(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)，使其提高了混凝土的抗?jié)B性。粉煤灰的火山灰反應(yīng)是一個(gè)長期進(jìn)行的過程，不斷進(jìn)行的火山灰反應(yīng)，使粉煤灰混凝上的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，混凝上的抗?jié)B性也進(jìn)一步改善。粉煤灰混凝上的抗?jié)B性能與粉煤灰的摻量和混凝土的齡期有關(guān)。當(dāng)粉煤灰的摻量為 30%時(shí)，其滲透系數(shù)僅為純水泥混凝土的 38.5%；65d齡期的滲透系數(shù)可比 28d 時(shí)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.2 對(duì)抗凍性的影響

粉煤灰混凝土 28d 以前齡期，混凝土的孔結(jié)構(gòu)較純水泥混凝土的大，故粉煤灰混凝土的早期抗凍性要下降。隨著粉煤灰摻量的增加，抗凍性下降的幅度也越大。但隨著齡期的增長，其抗凍性下降的幅度大大縮小。在等強(qiáng)超量取代的條件下，則對(duì)抗凍性的影響不大。在混凝土中以 15%的粉煤灰代替相應(yīng)的水泥，其抗凍性超過基準(zhǔn)混凝土，但摻量太高(50%)時(shí)，經(jīng)過 150-200 次凍融，混凝土出現(xiàn)明顯破壞。粉煤灰的摻入量與混凝土抗凍性能的關(guān)系，如圖一所示?；炷恋暮瑲饬恳彩怯绊懟炷量箖瞿芰Φ闹匾蛩?。對(duì)處于嚴(yán)寒地區(qū)的粉煤灰混凝土工程，摻入適量的引氣劑，可提高其抗凍性能。粉煤灰的含碳量、燒失量、碳化性質(zhì)、細(xì)度以及粉煤灰的摻量等會(huì)影響混凝土的含氣量。隨粉煤灰摻量的增加，在相同引氣劑摻量下，混凝土的含氣量呈下降趨勢(shì)，影響混凝土的抗凍性。一般認(rèn)為這是由于引氣劑引入的氣泡被粉煤灰中的細(xì)微顆粒吸附成的。對(duì)引氣量小于 3.5%的粉煤灰混凝土，其水灰比對(duì)抗凍性有顯著的影響，水灰比越小，抗凍性能越好，如果混凝土中有足夠的含氣量，則其水灰比對(duì)混凝土的抗凍性能影響不大。

圖一：粉煤灰摻量與混凝土抗凍性

1.3 對(duì)混凝土碳化性能的影響

粉煤灰混凝土的抗碳化性能較差。粉煤灰混凝土中，由于的水泥用量的減少，水泥水化析出的 Ca(OH)2 數(shù)量也相應(yīng)減少，而且，火山灰反應(yīng)也消耗了一定量的Ca(OH)2，使混凝土的 PH 值降低，會(huì)增加混凝土的碳化速度。特別在水化早期，粉煤灰火山灰反應(yīng)程度低，粉煤灰、水泥體系孔結(jié)構(gòu)疏松，CO2、O2、水分等入侵阻力小，因此碳化深度較大。隨著齡期的增長和粉煤灰火山灰效應(yīng)的逐漸發(fā)揮，碳化速度將逐漸降低。研究中發(fā)現(xiàn)，粉煤灰混凝土的碳化深度隨水灰比及粉煤灰摻量的增加而有所增加。在水灰比為 0.5～0. 55，粉煤灰摻量不大于 30%和一般施工水平的情況下，15～17 年混凝土的碳化深度可達(dá) 20mm 左右。因此，對(duì)高性能混凝土的材料選擇中，要考慮 FA 混凝土的碳化問題，國家標(biāo)準(zhǔn) GBJ146-90中規(guī)定了粉煤灰在混凝土中取代水泥的限量，見圖二。

碳化反應(yīng)在一定的相對(duì)濕度范圍內(nèi)進(jìn)行最快，否則，反應(yīng)較慢。當(dāng)相對(duì)濕度在 25%以下或者接近 100%，即混凝土在充分干燥或水飽和的場(chǎng)合，混凝土都不易產(chǎn)生碳化收縮。在基礎(chǔ)工程等不與大氣接觸的混凝土工程中，由于與 CO2隔絕，不會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)，因此可較多地?fù)郊臃勖夯遥猿浞纸档突炷恋乃療?，提高混凝土的耐久性。采用超量取代法，較低的水膠比，同時(shí)摻加以減水劑為主的外加劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。

圖二： FA 取代水泥最大限量 單位：%

1.4 FA 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的改善作用有:

1)物理作用:粉煤灰摻入可分散水泥顆粒，使水泥水化更充分，提高了水泥漿的密實(shí)度，降低混凝土的泌水，有利于混凝土中骨料——水泥漿界面強(qiáng)度的提高。

2)化學(xué)火山灰作用:粉煤灰顆粒與 Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅酸鹽水泥最終產(chǎn)物中，Ca(OH)2的體積占整個(gè)水泥石的25%，而且它的結(jié)晶強(qiáng)度最低，僅是托勃莫來石強(qiáng)度的1%～2%。粉煤灰對(duì)Ca(OH)2有吸收作用，大概能吸收總量的15%～30%。研究表明，用等同重量的低鈣粉煤灰取代水泥后，前28 d的強(qiáng)度有可能降低。但隨著齡期的增長，粉煤灰與 Ca(OH)2反應(yīng)生成的水化硅酸鈣不斷增多，使混凝土后期強(qiáng)度有所增長。所以在工程設(shè)計(jì)和施工中利用后期強(qiáng)度，則更為有利。

1.5 FA 對(duì)混凝土抗腐蝕性的影響

粉煤灰混凝上抗硫酸鹽侵蝕的能力有所提高。一方而，由于減少了水泥用量，也就減少了混凝上受腐蝕的內(nèi)部因素；另一方而，粉煤灰的細(xì)微顆粒均勻分散到水泥漿體中，會(huì)成為大量水化物沉積的核心，隨著水化齡期的發(fā)展，這些細(xì)微顆粒及其水化反應(yīng)產(chǎn)物填充水泥石孔隙，改善了混凝上的孔結(jié)構(gòu)(“微集料效應(yīng)”)，逐漸降低混凝上的滲透性，阻礙侵蝕性介質(zhì)侵入。氯鹽是促使鋼筋銹蝕，威脅鋼筋混凝上建筑物耐久性的最危險(xiǎn)物質(zhì)，是促使混凝上中鋼筋去鈍化的無可匹敵的殺手。在施工現(xiàn)場(chǎng)必須控制礦物摻合料與配合比選擇時(shí)所采用的材料相同，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按施工配合比用量通過計(jì)量加入。配制高性能混凝土的礦物摻合料（Ⅰ級(jí)粉煤灰、磨細(xì)礦粉）應(yīng)符合GB1596-2005和 GB/T18046-2008 的規(guī)定。Ⅰ級(jí)粉煤灰需水量比不應(yīng)大于 95%，磨細(xì)礦粉比表面積應(yīng)大于 350m2/kg。滲入的引氣劑、保坍劑及其他改善混凝土性能的外加劑應(yīng)符合 GB8076 的規(guī)定，其品種及數(shù)量由試驗(yàn)確定。

2、結(jié) 語

目前，世界粉煤灰年產(chǎn)量約500億噸，我國每年排放大約11000萬噸，利用率僅為42%。粉煤灰曾是被認(rèn)為工業(yè)廢料之一，但是作為混凝土摻合料，不僅可以廢物利用，同時(shí)最重要的是提升高性能混凝土的性能，節(jié)約工程造價(jià)，對(duì)于高性能混凝土的發(fā)展起到推動(dòng)作用。而且能保護(hù)和治理環(huán)境，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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