粉煤灰對水泥混凝土性能的影響

代偉紅

（云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司，云南昆明 650000）

1 粉煤灰的基本特性與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 粉煤灰的物理特性

粉煤灰的外觀通常是松軟而且光滑的，以顆粒狀呈現(xiàn)，直徑較小，擁有比較大的比表面積。粉煤灰主要是由形態(tài)各異的顆粒組合而成的一種混合物，其顆粒主要是以非晶質(zhì)的玻璃質(zhì)體為主，是一種顆粒狀的球形玻璃質(zhì)。除了玻璃質(zhì)，粉煤灰還有莫來石、石英、以及少量的水云母、綠泥石、方解石等。粉煤灰的不規(guī)則顆粒不僅有多孔玻璃體，還有多孔碳粒以及其他的碎屑和一些復(fù)合顆粒。

在外荷載的作用下，粉煤灰是具有一定的壓縮性的，比起粘性土，它的壓縮變形要小得多，而且粉煤灰的毛細(xì)現(xiàn)象非常強(qiáng)烈，毛細(xì)水的上升高度和壓實度有著密切的關(guān)系。

粉煤灰的物理活性中主要包括粉煤灰的集料和微形態(tài)效應(yīng)，粉煤灰的物理活性能夠提升混凝土制品中的膠凝活性，提高、改善混凝土制品的品質(zhì)性能。粉煤灰的物理活性能夠被全部直接利用，其利用價值、使用價值極高，是粉煤灰前期活性的主要來源。

1.2 粉煤灰的化學(xué)特性

粉煤灰的化學(xué)活性主要是指，在常溫下，粉煤灰中的可溶性成分與水和石灰石等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，由化學(xué)反應(yīng)所生成凝膠體，從而使其在空氣以及水中進(jìn)行硬化出現(xiàn)強(qiáng)度性質(zhì)。

粉煤灰屬于火山灰質(zhì)材料的一種，主要來源是煤中的無機(jī)組分，煤中的無機(jī)組分主要主要以黏土礦物為主，其次，還含有少量的黃鐵礦、石英以及方解石等礦物質(zhì)。粉煤灰的粒度較細(xì)，在遇水的條件下能夠與堿土金屬或者堿金屬發(fā)生反應(yīng)，形成膠凝性產(chǎn)物。

還有一種粉煤灰為硫鈣型粉煤灰，這類粉煤灰中的硅鋁含量相對較少，石灰和硫物質(zhì)的含量相對比較高，屬于高鈣灰的一種，其自硬性非常強(qiáng)。

粉煤灰中游離的石灰和沒有燃燒完的碳，是施工中對工程有重要影響的要素，石灰的游離狀態(tài)會對粉煤灰產(chǎn)生的火山灰反應(yīng)有影響，沒有燃燒完的碳能夠影響其壓實性。而粉煤灰中的硅、鋁成分，形成了活性成分，使粉煤灰的密度相對較小，從而使粉煤灰在公路的利用中發(fā)揮優(yōu)勢。

1.3 粉煤灰的品質(zhì)和應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年，粉煤灰在混凝土中的摻量不斷提高，應(yīng)用范圍不斷拓寬，其整體用量呈現(xiàn)逐年遞增的狀態(tài)，在某些地區(qū)甚至達(dá)到了供不應(yīng)求的狀態(tài)，這也就導(dǎo)致粉煤灰的價格隨著需求的增加而不斷上漲。

這一現(xiàn)象給粉煤灰的質(zhì)量監(jiān)管帶來了更大的挑戰(zhàn)，如果混凝土公司對于粉煤灰的進(jìn)場把控不夠嚴(yán)格，會導(dǎo)致將劣質(zhì)粉煤灰應(yīng)用到工程施工中，這樣會使工程的質(zhì)量面臨著非常大的安全隱患。

2 粉煤灰對水泥混凝土性能的作用

2.1 能夠使混凝土溫度降低

水泥與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于放熱性反應(yīng)，混凝土的熱傳導(dǎo)性能相對較差，其內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)時會出現(xiàn)水化熱的堆積情況，從而導(dǎo)致溫度大幅度的上升。但是由于水泥的表面溫度相對較低，與溫度較高的內(nèi)部相反，內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫度差，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，此時的拉應(yīng)力可能會超過當(dāng)前混凝土的抗拉強(qiáng)度。

隨著時間的推進(jìn)，混凝土的內(nèi)部會出現(xiàn)溫度下降的現(xiàn)象，此時，混凝土的內(nèi)部很可能會再次發(fā)生拉應(yīng)力，這種現(xiàn)象很容易使混凝土開裂。

混凝土內(nèi)部水化放出的熱量所出現(xiàn)的峰值與溫度有很大的關(guān)系，在混凝土中加入粉煤灰，可以有效的限制混凝土溫度所達(dá)到的峰值，避免造成內(nèi)外溫差過大，能夠有效的預(yù)防混凝土出現(xiàn)開裂的情況。

2.2 能夠減慢混凝土凝結(jié)的速度

粉煤灰所特有的性能和化學(xué)組成，使其在混凝土中具有微集料和填充密室的作用，此外，還具有不同程度的表面吸附以及火山灰的效應(yīng)。

正是因為具備這些作用，所以粉煤灰對混凝土中的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)起到改善的作用，可以對混凝土內(nèi)部的凝膠組分進(jìn)行水化的速度的帶來影響，能夠有效推動混凝土的強(qiáng)度發(fā)展，充分改善水化產(chǎn)物的組成及其構(gòu)成，對混凝土結(jié)構(gòu)界面過渡區(qū)的功能性有重要的改善作用，從而優(yōu)化混凝土綜合功能性。

2.3 能夠改善新拌的混凝土的工作性

對于新拌的混凝土來說，粉煤灰對其工作性有很好的改善作用，這些改善作用，主要表現(xiàn)為：在和一般混凝土具有相同的流動性時，加入粉煤灰能有效降低混凝土的用水量。通過用水量的大量減少，能夠給新拌混凝土的和易性提供良好的基礎(chǔ)，能夠有效的減少硬化粉煤灰混凝土中出現(xiàn)收縮裂縫的概率。

此外，加入粉煤灰還能有效提升硬化混凝土的強(qiáng)度，使硬化混凝土出現(xiàn)體積變化的概率降低，更好的提升新拌混凝土的性能。所以，新拌粉煤灰的減水率是粉煤灰混凝土的首要性能參數(shù)[2]。

3 粉煤灰對水泥混凝土性能造成的不良影響

3.1 影響混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物的和易性主要在三個方面表現(xiàn)：粘聚性、流動性以及保水性。混凝土拌合物的和易性指的是流動性、粘聚性以及保水性的綜合體現(xiàn)，混凝土的這三種特性之間是一種相互關(guān)聯(lián)、同時又存在著矛盾的關(guān)系。因此，混凝土和易性的3 種性質(zhì)在某種特定施工工藝的條件下是相互矛盾統(tǒng)一的。

和易性是一種綜合性的技術(shù)性質(zhì)，和易性與施工工藝之間存在著密切關(guān)系。

混凝土的顆粒大小與形狀在施工中都是較為理想的，其圓球形的外表，在混凝土攪拌的過程當(dāng)中，能夠像滾珠一樣進(jìn)行滾動，使粗、細(xì)骨料顆粒之間產(chǎn)生摩擦力，從而增大混凝土拌合物的流動性。

粉煤灰是表面光滑的玻璃體顆粒，內(nèi)部表面積比較小，且表面結(jié)構(gòu)較為致密，吸水性比較差。粉煤灰的顆粒能夠在水泥顆粒的間隙和絮凝的結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行填充，占據(jù)沖水空間，從而能夠使絮凝結(jié)構(gòu)中的水分得以釋放。這樣可以在單位用水量逐漸增加的情況下，加大水泥漿體的流動性。

不僅如此，將粉煤灰摻在混凝土中，還能有效改善混凝土拌合物的可泵性，使高效減水劑的投入使用降低，尤其是超細(xì)的粉煤灰，其應(yīng)用效果更好。顆粒度細(xì)小的粉煤灰顆粒細(xì)度比水泥要小得多，能夠更好的對混凝土中的泌水通道進(jìn)行截斷，大大改善混凝土的泌水情況。

因此，將粉煤灰摻加到混凝土中，能夠提高混凝土的粘聚性和存水性，這樣對混凝土內(nèi)部組分的穩(wěn)定性和抗離析性能有很好的改善作用，能夠保證混凝土的均勻性和可泵性。

3.2 影響混凝土拌合物的強(qiáng)度值

混凝土的抗壓強(qiáng)度值，通常是對混凝土進(jìn)行質(zhì)量評定的一項重要指標(biāo)，水泥是真正的凝膠材料，是各種材料在混凝土中得以充分結(jié)合的重要紐帶，但其極易遭到破壞，使用部分粉煤灰取代水泥后，粉煤灰則不會在水泥漿體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

粉煤灰中含有大量的火山灰質(zhì)活性料產(chǎn)物結(jié)合的水化產(chǎn)物，在混凝土成型后，很可能會導(dǎo)致早期混凝土的強(qiáng)度有所降低，但隨著時間變化，混凝土后期的強(qiáng)度則會等于甚至高于普通的混凝土。

3.3 影響混凝土拌合物的耐久性

混凝土的耐久性是一個綜合性較強(qiáng)的問題，提升其耐久性的兩個重要因素為混凝土的抗凍性與抗碳化能力。粉煤灰能夠有效的改善混凝土的性能，不僅僅能夠取代水泥，還能提高混凝土的耐久性、減少能源消耗、降低環(huán)境污染。混凝土耐久性的提高和完善，是工程發(fā)展的需要，是推動建筑可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

將粉煤灰摻入混凝土能夠有效降低混凝土的水化熱，防止混凝土熱應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫的同時，能夠充分降低硬化混凝土的滲透性、提高混凝土耐化學(xué)的腐蝕能力，還能有效降低氯離子的滲透速率等等，對混凝土的性能有極大的優(yōu)化作用。加入粉煤灰的混凝土密實性得到了明顯提升，其自身的抗侵蝕能力也得到了提高，混凝土的使用壽命也得以延長。

抗凍性：生物體內(nèi)因被冷卻而出現(xiàn)冰晶后依舊能夠生存的特性就是該生物的抗凍性，粉煤灰混凝土摻入粉煤灰后的混凝土，其的抗凍性主要是由強(qiáng)度進(jìn)行決定的?；炷林械囊龤饬亢蛷?qiáng)度對普通混凝土和粉煤灰混凝土的抗凍性都起到了重要的決定性作用，試體的密實程度在很大程度上影響著其抗凍性，混凝土的強(qiáng)度越大，則滿足抗凍性所需要的引氣量就越低，所以，粉煤灰的增加反而會使混凝土所具有的抗凍能力降低。

抗碳化能力：混凝土中的碳化反應(yīng)指的是，混凝土中的氫氧化鈣在與碳酸氣、含有碳酸氣的水在相互作用的情況下形成碳酸鈣反應(yīng)的情況，即常說的“碳酸氣”作用。根據(jù)碳化程度的不同，可以將其分為3 個區(qū)，分別為內(nèi)部的未碳化區(qū)、中部的碳化反應(yīng)區(qū)和外部的完全碳化區(qū)。在混凝土中加入粉煤灰，會使其碳化的速度比相同強(qiáng)度的基本混凝土有不同程度上的提高。堿性與滲透性，是影響混凝土碳化速率的兩個基本因素，當(dāng)堿性的強(qiáng)度在一定程度上高于滲透性的時候，二者才能擁用相同的抗碳化能力。

滲透性：粉煤灰的滲透性是一項綜合指標(biāo)，主要包括透水性、透氣性以及透離子性等等，滲透系數(shù)的大小會隨著粉煤灰壓實度的大小發(fā)生反方向的變化。粉煤灰會因活性效應(yīng)而生成水凝膠，這些水凝膠對水泥被取代而導(dǎo)致凝膠數(shù)量減少起到了補(bǔ)充的作用，從而使混凝土的強(qiáng)度提高。

對鋼筋的耐銹蝕性：在混凝土中加入粉煤灰，可以改變傳統(tǒng)混凝土對鋼筋的銹蝕弊端，混凝土中的氯離子發(fā)生碳化和滲透極其容易導(dǎo)致導(dǎo)致銹蝕，而加入粉煤灰并將其控制在合理的范圍之內(nèi)，則能有效控制混凝土內(nèi)部碳化的深度和程度，使混凝土內(nèi)部的堿度降低，從而提高混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實性，在一定程度上改善鋼筋的耐銹蝕性。

3.4 影響混凝土拌合物的泌水性

泌水是指混凝土在攤鋪之后、凝結(jié)之前從外觀可以看到的一種表面出水的現(xiàn)象?；炷猎谶\輸、泵送以及振搗的過程中會出現(xiàn)粗骨料下沉、而水分出現(xiàn)上浮的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為混凝土泌水。

混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象會引起麻面、塑性開裂以及表面混凝土強(qiáng)度降低等一系列問題，這會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。在混凝土中加入粉煤灰可以有效改善這一問題，粉煤灰中含有較多的微細(xì)顆粒，這些顆粒對于截斷混凝土的內(nèi)泌水通道起到了幫助的作用，所以，摻和粉煤灰能夠減少混凝土的泌水，同時減少因泌水導(dǎo)致的一系列問題[3]。

3.5 影響混凝土拌合物的泵送性

泵送性能指的是，當(dāng)混凝土的拌合物通過輸送管道時，能夠順利通過且不會堵塞、不發(fā)生離析、且塑形效果良好的特性。泵送劑屬于流化劑中的一種，它不僅能夠極大的提高拌合物的流動性，而且能夠保證混凝土在短時間內(nèi)保持其流動性，其余的坍落度要大于初始的55%。

粉煤灰的顆粒細(xì)度與水泥相接近，甚至比水泥更細(xì)，且粘性更強(qiáng)，粉煤灰的這一特性大大提高了混凝土的抗離析能力，從而增加了混凝土的穩(wěn)定性，對水泥漿體提供了補(bǔ)充的細(xì)顆粒，保證混凝土的可泵性與勻質(zhì)性。

摻入了粉煤灰的混凝土，其坍落度損失更小，凝結(jié)的時間比普通混凝土?xí)r間要長，這一優(yōu)勢使得混凝土所允許的運送時間和輸送距離增加，從而增加了泵送混凝土所應(yīng)用的范圍，改善了混凝土的泵送性能，使得泵送機(jī)械的使用壽命得到延長。

混凝土拌合物的泵送性能與很多因素都是息息相關(guān)的，而其中最主要的就是水泥漿體的數(shù)量和水泥漿體的黏度，通過對粉煤灰的運用，能夠有效提高混凝土混合物的泵送性。

4 大量加入粉煤灰的注意事項

雖然粉煤灰對混凝土的性能有很大的提升作用，但這并不是意味著可以一味的將大量粉煤灰加入到混凝土。所以在進(jìn)行粉煤灰添加時，必須注意以下事項。

氣溫過低時，要主要采取適當(dāng)?shù)谋仞B(yǎng)護(hù)措施，可以延緩拆模時間，保證混凝土的硬度和強(qiáng)度能夠滿足施工的需求；在進(jìn)行混凝土配置的時候，要保證骨料級配性能，以便能夠減小孔隙率，保證使用效果；雖然一般情況下不需要進(jìn)行噴霧或者澆水養(yǎng)護(hù)，但大量加入粉煤灰的混凝土坍落度應(yīng)控制比普通混凝土減小，所以在進(jìn)行澆筑后，要及時的對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)劑噴灑或者將外露表面進(jìn)行覆蓋；一定要選用強(qiáng)制性的攪拌機(jī)對粉煤灰混凝土進(jìn)行攪拌，這樣才能有效保證其均勻性。由于粉煤灰混凝土較為粘稠，所以在出機(jī)口、罐車的進(jìn)料口、入泵口以及攤鋪過程一定要注意采取相應(yīng)的措施[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，目前，粉煤灰是混凝土生產(chǎn)過程中的常用材料之一，將粉煤灰摻入到混凝土中，對混凝土有諸多有利影響，不僅極大的改善了水凝土的性能，提高了混凝土的強(qiáng)度以及密實度，而且能有效節(jié)約水泥的用量，降低施工成本，同時，充分利用工業(yè)廢渣，對節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境也有一定的作用，有利于社會效益。