大摻量粉煤灰在混凝土中的應用

摘 要:隨著電力工業的快速發展，電廠排灰量逐年增多，若不采取有效措施加以利用，每年排出的粉煤灰將會占用農田、堵塞江河，造成危害。因此綜合利用粉煤灰是建筑業的一項重要課題。本文通過對粉煤灰固體廢棄物排放和再利用的研究和分析，提出新時期基于循環經濟的城市工業固體廢棄物再利用模式，以求對我國的經濟和社會發展做出貢獻。

關鍵詞:大摻量 粉煤灰 混凝土 利用

中圖分類號:U2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0033-01

引言

從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰稱為粉煤灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。混凝土是由大小不同的顆粒所組成的，大顆粒粗骨料的空隙由中小顆粒的粗骨料(石子)填充;水泥漿則填充粗細骨料堆積體的大小空隙，并包裹它們形成一層潤滑層，使新拌混凝土(也稱拌合物)具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密實。

1 粉煤灰在混凝土中的作用

粉煤灰的主要作用可以包括以下幾方面:(1)填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層，由于粉煤灰的容重(表觀密度)只有水泥的2/3左右，而且粒形好(質量好的粉煤灰含大量玻璃微珠)，因此能填充得更密實，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。(2)對水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當混凝土水膠比較低時，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。(3)粉煤灰和富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結晶發生火山灰反應，不僅生成具有膠凝性質的產物(與水泥中硅酸鹽的水化產物相同)，而且加強了薄弱的過渡區，對改善混凝土的各項性能有顯著作用。(4)粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對防止混凝土產生溫度裂縫十分有利。

為了便于認識粉煤灰在混凝土中的作用，先來看看混凝土的結構和性能之間的關系。混凝土是由大小不同的顆粒所組成的，大顆粒粗骨料的空隙由中小顆粒的粗骨料(石子)填充;粗骨料顆粒的空隙由細骨料(砂子)填充，它的顆粒也是有粗有細，細顆粒填充粗顆粒之間的空隙;水泥漿則填充粗細骨料堆積體的大小空隙，并包裹它們形成一層潤滑層，使新拌混凝土(也稱拌合物)具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密實。硬化混凝土是一種復雜的、多相的復合材料，它的結構主要包括三個相——骨料、硬化水泥漿體以及二者之間的過渡區，說它復雜是因為它很不勻質。

(1)與水泥相比，粉煤灰受溫度影響更為顯著，即溫度升高時它的水化明顯加快。所以當混凝土澆注時環境溫度與混凝土體溫度較高時，對純水泥混凝土來說，由于溫升帶來不利的影響，而對摻粉煤灰混凝土來說，則不僅溫升下降，減小了混凝土因溫度開裂的危險，同時由于加快火山灰反應，還提高了28天強度。

(2)室內試驗結果難以完全反映工程施工中混凝土澆筑的實際情況。正是從這個角度出發，許多國家從事混凝土技術研究時，越來越重視足尺試驗(與實際結構物尺寸相同或者成比例縮小)和對于實際結構物的現場檢測。如上所述，其結果正和小試件的相反。對于大摻量粉煤灰混凝土，或者從更廣泛的意義上來說，在混凝土技術領域里的研究方面，我們與先進國家的差距，可能更突出地反映在這些問題上(當然還有其他方面的，例如配制混凝土時所用骨料的變異性大，因此試驗結果的重現性差;室內試驗混凝土的攪拌、成型和養護條件有待改善等等)，而不是如有些人誤認為的:因為國內粉煤灰、水泥、外加劑等原材料的質量存在著很大差距，因此得不出類似結果。

2 摻量對性能的影響

目前許多規范中規定的鋼筋混凝土中的摻量限制(例如25%)，對配制中低強度的混凝土來說，恰恰是最不利于發揮粉煤灰作用的摻量。換句話說，粉煤灰必須用大摻量，才能發揮良好的效果。

如上所述，摻用粉煤灰要想取得良好效果，水膠比必須低，而中低強度混凝土的水泥用量通常在350kg/m3以下。這種條件下，即使摻用再好的減水劑，水灰比(水膠比)也只能在0.50左右。因為再減小時，漿體體積就滿足不了填充骨料空隙并形成足夠厚度潤滑層的需要。當摻加粉煤灰時，由于它比水泥輕，等重量替代水泥時可以增大膠凝材料的體積，所以可以使混凝土的水膠比降低。

大摻量粉煤灰混凝土不僅強度發展效果良好，而且各種耐久性能也十分優異。由于能夠明顯降低水化溫升，也大大減小了混凝土早期出現開裂的危險，可以說是一種適用于除了早期強度要求非常高以外，能夠滿足各種工程條件，尤其是侵蝕性嚴酷環境要求的高性能混凝土。大摻量粉煤灰混凝土的后期強度增長幅度大，恰好滿足了這樣的要求——強度和耐磨性隨著時間不斷增長。但是目前的耐磨性試驗不適宜于判斷這種混凝土的耐磨性，因為通常就在28天齡期進行快速試驗——用鋼球在試件上快速旋轉產生的磨耗量來評價。這也說明:推廣新材料、新技術需要伴隨試驗評價方法的改進。

當然，任何事物都有它的兩面性，大摻量粉煤灰混凝土也存在局限性。其中，粉煤灰—水泥—化學外加劑之間的相容性，表現為混凝土水膠比能否有效地降低，使粉煤灰能充分發揮作用，自然是應用這種混凝土首先要檢驗的問題。一般來說，當水膠比只能在0.40以上時，在中等強度要求的混凝土中使用的效果就可能成問題了。其次，由于大摻量粉煤灰混凝土的水泥用量大幅度減少，因此對于水泥質量的穩定性和粉煤灰品質的穩定性就比較高，當兩者的質量產生波動時，會給使用效果帶來明顯的影響。不過大摻量粉煤灰混凝土的水膠比較低這一特性，也有減小混凝土性能波動的益處。同時，從拌合物的工作度檢驗中，操作人員比較易于獲得粉煤灰質量發生了波動的信息，便于及時采取措施減小或避免損失。此外，工程所在地附近一定半徑范圍里，有可以適用的粉煤灰來源也十分重要，過長的運輸距離不僅使粉煤灰使用費用增加，也給及時滿足工程對粉煤灰貨源的需求帶來困難。

3 注意事項

在使用大摻量粉煤灰混凝土時，需要注意以下施工條件和事項:

(1)配制混凝土的骨料級配良好，必須采用強制性攪拌機拌合這種混凝土，以保證其均勻性，混凝土坍落度應控制比普通混凝土減小(不影響泵送與震搗);澆注后，要及早噴灑養護劑或覆蓋外露表面， 氣溫過低時，要采用保溫養護措施，且適當延緩拆模時間，使混凝土硬化和強度發展滿足施工需要。

4 結語

大摻量粉煤灰混凝土不僅可以改善混凝土的各項性能，延長混凝土結構的使用壽命，同時可以大幅度減小耗費能源多、污染環境嚴重的硅酸鹽水泥用量，因此也是一種綠色混凝土。從這個角度出發，推廣大摻量粉煤灰混凝土在我國土木建筑工程中的應用，是一件于國于民有顯著效益的事業，必定有強大的生命力，有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]蔡路，陳太林，王浩.粉煤灰對混凝土抗氯離子滲透性的影響研究[J].房材與應用，2006(3).

[2]葉勇，伍衡山.高性能混凝土及粉煤灰對其性能影響的研究[J].工業建筑，2006(S1).