粉煤灰對混凝土性能的影響分析

黃家緒

1 前言

粉煤灰是業(yè)內(nèi)公知的一種綠色環(huán)保型材料，在混凝土的生產(chǎn)當中不可缺少，其自身具有三種效應(yīng)，能增強混凝土抗?jié)B性、后期的強度、保持混凝土體積的穩(wěn)定性、減小大體積混凝土的水化熱等。在實際的工程中，用回彈方法對混凝土主體進行檢測的時候，摻粉煤灰的混凝土的強度通常較低，但當鉆心時，其強度卻可達到設(shè)計的要求。

2 粉煤灰基本的特性與其在混凝土當中的作用

2.1 粉煤灰基本特性

粉煤灰基本特性是主要指粉煤灰活性，將粉煤灰活性可分成化學活性與物理活性兩方面。

粉煤灰物理活性包括了粉煤灰微形態(tài)和集料的效應(yīng)，跟粉煤灰的自身具備的化學性質(zhì)沒關(guān)，可提升混凝土制品的膠凝活性與改善混凝土制品的性能（如耐磨性、強度、抗?jié)B性等）各物理效應(yīng)總稱。粉煤灰物理的活性是粉煤灰可直接被全部利用、極有實用的價值，屬于粉煤灰前期活性主要的來源。粉煤灰形態(tài)的效應(yīng)，是主要表現(xiàn)在粉煤灰粒度的分布、顆粒的形貌等特性可起到增強水泥基材料填充與潤滑的作用等。

粉煤灰化學的活性指的是粉煤灰的可溶性等的成分于常溫下和水及石灰石發(fā)生化學的反應(yīng)，生成水化硅鋁酸鈣和水化硅酸鈣的凝膠體，進而使其于空氣或水內(nèi)進行硬化出現(xiàn)強度性質(zhì)。粉煤灰活性是主要來自于活性活性Al203（玻璃體Al203）和Si02（玻璃體Si02）于堿性的條件下而發(fā)生水化的作用。

2.2 粉煤灰于混凝土內(nèi)的作用

2.2.1 降低溫升

水泥的水化反應(yīng)屬于放熱性反應(yīng)，1kg水泥的水化放出熱量能達500J，因混凝土熱傳導性較差，其內(nèi)部的水化反應(yīng)出現(xiàn)水化熱的堆積情況，導致溫度急劇的攀升，但其表面的溫度比較低，內(nèi)外出現(xiàn)溫度差，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，這一拉應(yīng)力能超出此時混凝土抗拉的強度，伴隨時間推移，混凝土內(nèi)部的溫度下降，有可能會再次出現(xiàn)拉應(yīng)力，這就可能會導致混凝土出現(xiàn)開裂。此與混凝土內(nèi)部水化放熱所出現(xiàn)峰值的溫度相關(guān)，經(jīng)限制混凝土溫升峰值的溫度可有效預(yù)防混凝土出現(xiàn)開裂的情況。

2.2.2 改善新拌的混凝土工作性

粉煤灰對于新拌混凝土工作性有改善的作用，其主要體現(xiàn)為：在和一般的混凝土具有相同的流動性時，降低混凝土的用水量。所用水量的降低給改善新拌混凝土和易性提供出了基本的條件，硬化的粉煤灰混凝土中出現(xiàn)的收縮裂縫幾率得以減少。另外，還可提升硬化混凝土的強度，降低硬化混凝土體積的變化。所以，粉煤灰減水率屬于粉煤灰混凝土首要的性能參數(shù)。

2.2.3 延緩混凝土凝結(jié)的時間

粉煤灰化學組成與特點導致其于混凝土中不但具備填充密實及微集料的作用，且還具備不同的程度其表面吸附以及火山灰的效應(yīng)。就是因粉煤灰具備以上的作用，才能改善混凝土內(nèi)部孔的結(jié)構(gòu)，對混凝土膠凝組分水化的進程產(chǎn)生影響，協(xié)調(diào)混凝土強度的發(fā)展，有效的改善了混凝土水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及組成，優(yōu)化了混凝土結(jié)構(gòu)界面的過渡區(qū)性能，促使混凝土綜合性能得以提高。

3 粉煤灰對混凝土性能的影響分析

3.1 影響混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物和易性主要在三方面表現(xiàn)，即保水性、粘聚性和流動性等。

（1）粉煤灰其顆粒形狀比較理想，呈現(xiàn)球形的顆粒，在混凝土的攪拌中，像滾珠似得，降低了細、粗骨料顆粒相互間的摩擦力，從而使混凝土土拌合物流動性有所增大。

（2）粉煤灰是表面光滑玻璃體的顆粒，其表面結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)部表面積比較小，其吸水性較差，粉煤灰的顆粒還能填充在水泥顆粒的間隙與絮凝的結(jié)構(gòu)內(nèi)，占據(jù)充水的空間，能有效釋放出絮凝結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，進而在單位的用水量逐漸增加的要求下，增大水泥漿體流動性。另外，摻入粉煤灰，還能改善混凝土拌合物可泵性，降低應(yīng)用的高效減水劑。特別是超細的粉煤灰，細度還要比水泥顆粒細度小，能夠?qū)⒒炷羶?nèi)毛細管的泌水通道截斷，進而降低泌水的情況。所以，可改善混凝土的保水性和黏聚性，使混凝土內(nèi)部組分抗離析的能力和穩(wěn)定性得以提高，進而確?；炷恋目杀眯院途鶓?yīng)性。

3.2 對混凝土的強度影響

3.2.1 影響強度的發(fā)展速度

在混凝土內(nèi)摻入粉煤灰之后，由于水泥的用量降低，導致減少了一次水化反應(yīng)過程中水化的產(chǎn)物，使混凝土凝結(jié)硬化的過程有所減緩，所以，混凝土在早期強度的發(fā)展比較慢。然而在后期，水泥水化的產(chǎn)物Ca（OH）2與粉煤灰主要的活性成分Al2O3、SiO2互相作用，而生成的部分物質(zhì)具備水硬性反應(yīng)式如下：

3.2.2 孔隙率降低

堿性環(huán)境對充分發(fā)揮粉煤灰的活性極為有利，所以，粉煤灰的水化反應(yīng)需在完成一次水泥水化之后才可進行。在粉煤灰內(nèi)的活性成分與水泥水化之后出現(xiàn)的Ca（OH）2反應(yīng)而生成部分新凝膠的物質(zhì)，此凝膠的物質(zhì)不僅可改善混凝土內(nèi)部的水泥石和骨料界面的性能，而且填充了混凝土的內(nèi)部孔隙，在一定的程度上使Ca（OH）2含量有所減少，進而提高了混凝土的強度和密實度。

3.2.3 拌合的用水量減少

粉煤灰的顆粒是呈球形的玻璃體，粒體的表面不能吸水，可釋放出水泥漿體絮凝的結(jié)構(gòu)內(nèi)水分，所以，在不增加混凝土拌合物的稠度情況下，能降低拌合的用水量，促使混凝土在硬化之后減少其內(nèi)部孔隙率，也相應(yīng)的減少泌水通道，在一定程度上提高了混凝土強度。

3.3 對混凝土的耐久性影響

3.3.1 對抗?jié)B性能的影響

決定混凝土耐久性最基本的因素就是抗?jié)B性能。若混凝土的抗?jié)B性較好，可使外部的環(huán)境對混凝土造成的破壞和侵蝕起到有效的減緩，那是由于粉煤灰主要的成分是活性Al2O3、SiO2，它們和水泥石內(nèi)Ca（OH）2等的堿性物質(zhì)所發(fā)生的化學反應(yīng)如下。

3.3.2 對化學腐蝕影響

摻加一定量粉煤灰，能降低混凝土內(nèi)水泥的用量，在水泥發(fā)生一次水化的反應(yīng)與粉煤灰的活性細粉二次水化反應(yīng)的過程中，大大減少了水泥石中存在的對穩(wěn)定性和強度產(chǎn)生不好影響的Ca（OH）2的晶體，大大增加了有利于水泥石性能的低堿水化硅酸鈣的凝膠，還降低了水泥石和集料界面的過渡區(qū)厚度與過度區(qū)Ca（OH）2的排列與富集程度，對混凝土抗化學腐蝕的性能所起到積極的作用。

3.3.3 對抗碳化性能影響

混凝土主要是受兩個因素影響而碳化，即其內(nèi)部滲透性和堿度。在混凝土內(nèi)摻加粉煤灰之后，雖然經(jīng)二次反應(yīng)降低了Ca（OH）2含量，但同時還生成了凝膠性物質(zhì)，這部分物質(zhì)也可吸收環(huán)境內(nèi)的CO2。所以，粉煤灰混凝土堿度的降低程度并不是很明顯，且此二次反應(yīng)在一定程度上還可使混凝土內(nèi)部孔隙降低，進而使混凝土的抗?jié)B性有明顯提高。再加上，空氣內(nèi)的CO2濃度較低，因此摻加粉煤灰的混凝土碳化的過程十分緩慢。

3.3.4 對抗凍性影響

在混凝土中采取粉煤灰來代替部分水泥之后，水泥在水化早期與中期生成水化的產(chǎn)物相對來講較少，強度較為偏低，毛細孔有所增多。然而在后期，伴隨粉煤灰活性的物質(zhì)出現(xiàn)二次水化的反應(yīng)，水泥石毛細孔隙會被新生成物質(zhì)不斷的填充，促使混凝土強度增長的幅度比較大，抗凍性也有了相應(yīng)提高。在摻入粉煤灰時，再摻加適量引氣劑，會存在大量的穩(wěn)定、微小氣泡，當開口的孔隙內(nèi)的水結(jié)冰出現(xiàn)水壓時，還沒結(jié)冰的水也會于水壓力作用下向氣泡內(nèi)緩慢滲透，這于一定的程度上能使膨脹壓力因冰凍而緩解，提高混凝土的抗凍性。

3.3.5 對鋼筋耐銹蝕性的影響

在混凝土內(nèi)摻加粉煤灰不會對鋼筋產(chǎn)生銹蝕，混凝土內(nèi)氯離子的碳化和滲透是銹蝕鋼筋主要的因素。若把粉煤灰摻加量控制在合理的范圍（一般低于40%），那么混凝土內(nèi)部碳化的深度和程度不會增加，混凝土內(nèi)部堿度有所降低，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性也會有所提高，這在一定的程度上使混凝土內(nèi)鋼筋的耐銹蝕性得以提高。

4 結(jié)束語

隨著社會不斷的進步，對于粉煤灰的應(yīng)用也在不斷的研究，粉煤灰作為活性摻合料的一種，對進一步的發(fā)展高性能混凝土所具有的作用，得到了越來越多人的重視與關(guān)注。因其自身獨特優(yōu)勢，不但可改善混凝土諸多的性能，還能獲得更高的經(jīng)濟與社會的效益，粉煤灰發(fā)展的前景極其明朗。

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