大摻量粉煤灰對(duì)高性能混凝土的影響

石永莉

河南省長垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（453400）

大摻量粉煤灰對(duì)高性能混凝土的影響

石永莉

河南省長垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（453400）

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)已不再是混凝土的首要指標(biāo)，而越來越多地強(qiáng)調(diào)力學(xué)性能、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。本文著重介紹粉煤灰摻入混凝土的技術(shù)性能以及存在的問題，探討大摻量粉煤灰高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用前景。

大摻量粉煤灰；高性能混凝土；綠色高性能

0 前言

高性能混凝土（簡稱HPC），是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。針對(duì)不同用途要求，高性能混凝土具有耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。為此，高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是：低水灰比,選用優(yōu)質(zhì)原材料，必須摻加足夠數(shù)量的礦物摻和料和高效外加劑。

隨著高性能混凝土的發(fā)展，綠色混凝土的開發(fā)已成為建材業(yè)走可持續(xù)發(fā)展之路的內(nèi)在要求之一。開發(fā)綠色水泥旨在用最少的資源、能源，建造耐久、均勻、安全、經(jīng)濟(jì)且無公害的混凝土材料和構(gòu)筑物。國外研究人員研究低水泥耗用量的Economical concrete。國內(nèi)吳中偉院士也曾提出“環(huán)保型高效水泥基材料”的思路，這種開發(fā)綠色水泥的思路是以大幅度降低混凝土中水泥用量為主要途徑，從而達(dá)到大幅度節(jié)約自然礦產(chǎn)資源、節(jié)約能源、控制和減少污染、控制環(huán)境負(fù)荷的目的。因而，該應(yīng)用技術(shù)的研究拓展既是混凝土科學(xué)發(fā)展的需要，更是走可持續(xù)發(fā)展之路、益國益民的需要。

1 大摻量粉煤灰高性能混凝土技術(shù)優(yōu)勢

粉煤灰是粉煤燃燒的產(chǎn)物。粉煤在1 500～1 700℃的溫度下燃燒,大部分廢渣微粒從煙囪里排放出來，形成“飛灰”。為了減少環(huán)境污染，國內(nèi)外許多發(fā)電廠采用靜電、袋式或機(jī)械除塵裝置，將其從煙氣中收集起來，從煙氣中收集的煤灰占全部煤灰的80%～85%。隨著工業(yè)化的發(fā)展，能源危機(jī)、環(huán)境污染、礦物資源枯竭等問題越來越突出。以電力工業(yè)為例，我國發(fā)電以火電為主，目前，電廠粉煤灰年排放量9 000多萬噸，占地30多萬畝，而且排放量增長率劇增，已成為社會(huì)一大公害。建筑工業(yè)每生產(chǎn)1噸水泥熟料,排放1噸CO2氣體，耗煤0.2 t。按可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，硅酸鹽水泥和常規(guī)混凝土的生產(chǎn)必將受到越來越嚴(yán)格的限制。

粉煤灰是一種呈玻璃態(tài)實(shí)心或空心的球狀微顆粒，比水泥粒子小得多，比表面積極大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化鋁[1]。摻入混凝土中的粉煤灰主要產(chǎn)生以下幾方面影響：

1）活性效應(yīng)

在常溫下，粉煤灰的水化反應(yīng)比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期強(qiáng)度得不到補(bǔ)償，所以混凝土早期強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而降低。隨著時(shí)間的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和Al2O3與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成大量水化硅酸凝膠。粉煤灰外部的一些水化產(chǎn)物在成長過程中也會(huì)像樹根一樣伸入顆?？障吨校畛淇障?，破壞界面區(qū)Ca(OH)2的擇優(yōu)取向排列，大大改善了界面區(qū)，促進(jìn)了混凝土后期強(qiáng)度的增長。

2）微集料密實(shí)填充及顆粒形態(tài)效應(yīng)

均勻分散在混凝土中的粉煤灰顆粒不會(huì)大量吸水，不但起著滾珠作用，而且與水泥粒子組成了合理的微級(jí)配，減少填充水?dāng)?shù)量，影響系統(tǒng)的堆積狀態(tài)，提高堆積密度，具有減水作用，使新拌混凝土工作性能優(yōu)良，混凝土微結(jié)構(gòu)更加均勻密實(shí)。而且，不會(huì)發(fā)生沁水離析現(xiàn)象,可施工性和抹面性好，抗?jié)B性、抗凍性強(qiáng)。

3）交互作用

水泥、粉煤灰、外加劑等不同粉料間會(huì)產(chǎn)生物理、化學(xué)的交互作用。例如,水泥水化生成的Ca(OH)2是粉煤灰的活性激發(fā)劑，而被激發(fā)了的粉煤灰一但水解，降低液相堿度，又會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)未水化水泥水化。又如，粉煤灰顆粒比表面積大，在水泥水化早期可吸附外加劑，起到緩釋作用，從而減小新拌粉煤灰混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失。

另外，粉煤灰的使用大大節(jié)約水泥熟料，降低總堿量,可抑制堿-骨料反應(yīng)；C3A總量也減少，降低水泥水化熱，減少了混凝土構(gòu)件由于內(nèi)外溫差過大而引起其表面開裂；粉煤灰水化消耗大量Ca(OH)2，因而粉煤灰混凝土耐化學(xué)侵蝕性比普通混凝土強(qiáng)得多。同時(shí)徐變、干縮等變形性能也優(yōu)于普通混凝土。可見，大摻量粉煤灰對(duì)高性能混凝土具有優(yōu)越的工作性、耐久性，力學(xué)性能也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，盡管早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度高，強(qiáng)度儲(chǔ)備大。

2 大摻量粉煤灰高性能混凝土存在的問題

大摻量粉煤灰混凝土的概念,早在1945年就由美國的Davis教授提出，火山灰質(zhì)材料不是一種波特蘭水泥的替代物,而是混凝土的另一組分，使用它的目的在于提高混凝土的某種或某些性能。我國于20世紀(jì)80年代初從國外引進(jìn)的碾壓混凝土筑壩技術(shù)，可以認(rèn)為是大摻量粉煤灰混凝土的雛形。但是，大摻量粉煤灰的同時(shí),又要混凝土兼具高性能，這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)與民用建筑工程中的推廣仍存在許多問題。

第一，粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，大摻量在觀念上仍存在推廣障礙,人們往往持保守態(tài)度。粉煤灰摻量過大，Ca(OH)2的激發(fā)功能不足，因此，當(dāng)務(wù)之急就是尋找高效激發(fā)劑，使粉煤灰玻璃體中的Si-O、Al-O鍵快速斷裂，活性加大，以提高早期強(qiáng)度。第二，有人認(rèn)為粉煤灰混凝土的抗碳化性能差，但也有文章提出不同觀點(diǎn)，尚待進(jìn)一步研究。第三，粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，最適合用于對(duì)早期強(qiáng)度要求不高的工程，如果像普通混凝土一樣以28 d抗壓強(qiáng)度作為質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)顯然不合適，應(yīng)考慮采用齡期更長的強(qiáng)度指標(biāo)作為粉煤灰混凝土的衡量標(biāo)準(zhǔn)。第四，現(xiàn)代混凝土正朝著復(fù)合化發(fā)展，其組分已經(jīng)擴(kuò)大到包括增強(qiáng)材料的范圍。比如，對(duì)于鋼纖維混凝土來說,粉煤灰有助于噴射性能的提高；對(duì)玻璃纖維和植物纖維來說,粉煤灰有利于降低堿度，緩和對(duì)纖維的侵蝕等。然而，對(duì)于粉煤灰混凝土組分的效應(yīng)配伍問題，在國內(nèi)還處于科研探索的初級(jí)階段,科研部門對(duì)有關(guān)的基本理論、應(yīng)用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益都需要加快研究步伐。第五，有待進(jìn)一步探討大摻量粉煤灰混凝土中粉煤灰、水泥以及外加劑等粉體間的交互作用及機(jī)理、科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)方法和制定相應(yīng)的施工及驗(yàn)收規(guī)范[2]。

3 大摻量粉煤灰高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用前景

開發(fā)大摻量粉煤灰高性能混凝土技術(shù)，關(guān)鍵還在于原材料的選擇和配制技術(shù)的成熟上。首先，水泥仍作為不可缺少的膠凝材料。在大摻量粉煤灰混凝土中，水泥用量較少，應(yīng)充分利用其膠凝效應(yīng)和激發(fā)作用，即根據(jù)工程背景和高性能混凝土的性能要求，合理優(yōu)選水泥品種和標(biāo)號(hào)，優(yōu)化水泥礦物組成和顆粒組成。其次，應(yīng)有效地發(fā)揮大摻量粉煤灰的形態(tài)、微集料和活性效應(yīng)，并于不同發(fā)展階段得以相得益彰的匹配。開發(fā)適用于大摻量粉煤灰高性能混凝土的高性能外加劑，也是一個(gè)重要的研究課題。

綜上所述，大摻量粉煤灰高性能混凝土具有優(yōu)良的力學(xué)性能、工作性、耐久性以及不容忽視的經(jīng)濟(jì)性，可用于道路工程、碾壓混凝土工程、回填工程、大體積水工工程，在房建工程中作為空心砌塊和墻體材料等，尤其應(yīng)用在對(duì)強(qiáng)度要求不高或可延遲承重的結(jié)構(gòu)物中更顯其優(yōu)越性。因而，具有相當(dāng)強(qiáng)的生命力，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].中國鐵道出版社,8.

[2]俞海勇,等.大摻量粉煤灰綠色高性能混凝土系統(tǒng)的構(gòu)筑開發(fā)[J].江西建材,1998,1.