粉煤灰在高性能混凝土中的應用分析

李奇霏　徐梁晉

摘要：粉煤灰含有大量活性成分，將優質粉煤灰合理地應用于高性能混凝土中，不但能部分代替水泥，節省工程造價，而且能改善和提高混凝土的力學性能，是高性能砼的理想摻和料。在現代砼中，粉煤灰已經與水泥、集料、水、外加劑同樣重要，成為高性能混凝土的一個重要組分。

關鍵詞：粉煤灰；高性能混凝土；力學性能

中圖分類號：TU377

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0296-02

1粉煤灰高性能混凝土的配制

高性能混凝土與普通混凝土相比，其變化主要在原材料的選用和配合比的設計上，對混凝土的配制要求也更嚴格。

(1)原材料的選用。

水泥：采用優質水泥，標號不低于42.5Mpa的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

砂子：宜選用天然河砂，細度模數2.6～3.0，含泥量不大于2％。

石子：選用質地堅硬，級配良好，吸水率低的碎石，Dmax≤20mm，針片狀顆粒含量不超過3％～5％，含泥量低于1％、壓碎指標小于10％。

粉煤灰：配制高性能混凝土通常選用一級粉煤灰，摻量一般為水泥量的15％～30％。

減水劑：一般選用減水率20％左右的高效減水劑，摻量為膠結材總量的1.0％～1.5％。選用減水劑時應考慮減水劑與水泥、粉煤灰的適應性。

(2)配合比設計。

近幾年來，人們提出了多種高性能混凝土配合比設計方法，美國學者P·K·MEHTA提出了一種半經驗半實驗性的方法，其要點是：設定膠結漿體與骨料的體積比為35:65；根據混凝土強度等級確定用水量；水泥與粉煤灰的體積比為75:25；高效減水劑的摻量可取1％；混凝土粗細骨料體積比對強度等級A可取3:2，并隨強度等級提高而增加。這樣選定初步試配的配合比，再通過試驗不斷調整，求得最終的配合比。制備工藝計量。原材料的計量精度不應超過如下規定：水泥、粉煤灰士2％；粗細骨料士3％；水、外加劑士1％。

(3)制備工藝。

計量。原材料的計量精度不應超過如下規定：水泥、粉煤灰士2％；粗細骨料士3％；水、外加劑士1％。

攪拌。粉煤灰高性能混凝土的組分多，水膠比低，粘度大，應采用減水劑后摻法。

養護。高性能混凝土的用水量少，水化反應迅速，所以，粉煤灰高性能混凝土應在澆筑后8h內覆蓋并澆水養護，養護時間不應少于14d。

2粉煤灰高強混凝土的物理力學性能

(1)強度。

在物理作用方面，粉煤灰的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度，降低混凝土的泌水，有利于混凝土中骨料一水泥漿界面強度的提高；在化學火山灰作用方面，粉煤灰顆粒與Ca(OH)₂反應生成水化硅酸鈣膠體，有利于混凝土強度的提高。

(2)和易性。

粉煤灰對混凝土和易性的改善作用包括：①優質粉煤灰中含有70％以上的球狀玻璃體，其表面光滑無棱角，性能穩定，在混凝土泵送、振搗過程中起類似潤滑的作用；②新拌混凝土中水泥顆粒易聚集成團，粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來潤滑骨料，有利于混凝土工作性能的提高；③摻入粉煤灰可以補償細骨料中細屑的不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續性，同時品質良好的粉煤灰在同樣稠度下能減少砼的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更低水平，減少泌水和離析現象。

(3)徐變。

28天齡期以前，砼強度較低，其相應齡期的徐變應變也較普通砼的大。然而與普通砼等強度的粉煤灰砼在此后所有齡期的徐變均小于普通混凝土。

(4)耐久性。

由于粉煤灰減少了混凝土的孔隙，使混凝土的抗滲性明顯提高，改善了混凝土的抗化學腐蝕的能力，還能有效地減小堿一骨料反應引起的混凝土膨脹，極大地提高了混凝土的耐久性。

(5)水化熱。

用粉煤灰代替部分水泥能有效降低水化熱，降低混凝土的絕熱升溫。

(6)抗滲性。

粉煤灰的3種效應均能提高混凝土的抗滲性：形態效應。粉煤灰混凝土的鋁硅酸鹽玻璃微珠，可填充水泥漿體，提高混凝土抗滲性，活性效應。粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃與水泥的水化物反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的抗滲性；微集料反應。粉煤灰中微細顆粒分布于水泥顆粒之間，有利于混和物的水化反應，增加了混凝土的密實性，提高混凝土的抗滲性。

(7)對鋼筋銹蝕的影響。

影響粉煤灰混凝土護筋性的主要因素為混凝土的堿度和孔結構。混凝土中的鋼筋能夠防銹是由于混凝土的堿性在金屬表面形成一個細微的氧化膜。最新研究表明，摻入粉煤灰能降低混凝土的孔隙率，并使混凝土孔結構得到細化，加大了cl的擴散難度，取得了良好的防腐效果。

(8)對堿－骨料反應的影響。

堿－骨料反應是指骨料中的活性氧化硅和水泥中的堿發生反應，生成吸水產物，體積增大，導致混凝土的膨脹和開裂。混凝土堿－骨料反應的發生條件除骨料具有堿活性外，還需混凝土中具有高堿性，還要有水。粉煤灰取代部分水泥，不僅能降低混凝土的有效含堿量，還能產生物理化學作用，抑制堿－骨料反應。

(9)抗凍性。

混凝土的抗凍性能通常采用反復凍融的測試方法進行評定。混凝土的引氣量和強度是影響混凝土抗凍性的主要因素，滿足抗凍性要求的引氣量取決于混凝土的強度等級，混凝土強度越高，滿足抗凍性所需的引氣量越低。對于引氣量小于3.5％的粉煤灰混凝土，其水灰比對抗凍性有顯著的影響，則其水灰比對混凝土的抗凍性影響不大。研究表明，混凝土中以20％粉煤灰代替相應的水泥，其抗凍性超過其基準混凝土。但是摻量太高(50％)時，經過150～200次凍融后，混凝土出現明顯的破壞。混凝土中含氣量相同，抗壓強度相同，其中含與不含粉煤灰，抗凍性無明顯差別。

3工程應用

用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗滲抗凍、抑制堿一集料反應效果顯著，體積穩定性和耐久性良好。任何強度等級的混凝土按高耐久性進行設計，都可以做成高性能混凝土，因而被廣泛應用于普通建筑工程中。

國內在高層建筑及大跨度橋梁工程、公路建設中采用粉煤灰高性能混凝土的很多，如上海東方明珠電視塔、深圳地王大廈、首都機場航站樓、首都機場停車樓、上海金茂大廈等工程中均采用了C60－C85等級的高性能混凝土。大跨度橋梁建筑如上海楊浦大橋、廣州虎門大橋、萬縣長江大橋等采用(350－C60等級的高性能混凝土。此外，納潮河特大橋、黃河濱州大橋都采用了粉煤灰高性能混凝土。