淺談粉煤灰對高性能混凝土耐久性的影響

呂 娜 楊 毅

（1.遼寧鑫圣達建筑材料有限公司 ； 2.遼寧鑫圣達建筑材料有限公司）

0引 言

粉煤灰也叫飛灰（fly ash），簡稱 FA，不僅價廉，而且使用效果好，完全可以滿足高性能混凝土的性能要求，粉煤灰等量或超量取代水泥，可以大大降低混凝土生產成本。高性能混凝土具有工作性高、強度高、耐久性高的特點，為達到這種性能，往往采用礦物摻合料和化學外加劑，如:硅灰、沸石，但硅灰的價格太高，沸石的應用受到地域的限制，相比之下，選用粉煤灰作為摻合料是理想的選擇。

1、FA 對混凝土耐久性的影響

1.1 對抗滲性的影響

影響混凝土抗滲性的主要因素是混凝土的孔結構，包括孔的大小、數量、曲折度以及分布狀況等。粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發生火山灰反應生成二次C-S-H 凝膠，可以填充其中的孔隙，改善混凝上中水泥石的孔結構，使總的孔隙率降低，大孔數量減少，小孔數量增多，孔結構進一步細化，分布更為合理，混凝上更加密實，抗滲性能得以提高。粉煤灰混凝土抗滲性能比基準混凝上有所提高，這在于火山灰反應，使普通混凝土內性能小穩定的氫氧化鈣轉為結構上致密、性能上穩定的膠凝物質，使其提高了混凝土的抗滲性。粉煤灰的火山灰反應是一個長期進行的過程，不斷進行的火山灰反應，使粉煤灰混凝上的孔結構進一步優化，混凝上的抗滲性也進一步改善。粉煤灰混凝上的抗滲性能與粉煤灰的摻量和混凝土的齡期有關。當粉煤灰的摻量為 30%時，其滲透系數僅為純水泥混凝土的 38.5%；65d齡期的滲透系數可比 28d 時提高一個數量級。

1.2 對抗凍性的影響

粉煤灰混凝土 28d 以前齡期，混凝土的孔結構較純水泥混凝土的大，故粉煤灰混凝土的早期抗凍性要下降。隨著粉煤灰摻量的增加，抗凍性下降的幅度也越大。但隨著齡期的增長，其抗凍性下降的幅度大大縮小。在等強超量取代的條件下，則對抗凍性的影響不大。在混凝土中以 15%的粉煤灰代替相應的水泥，其抗凍性超過基準混凝土，但摻量太高(50%)時，經過 150-200 次凍融，混凝土出現明顯破壞。粉煤灰的摻入量與混凝土抗凍性能的關系，如圖一所示。混凝土的含氣量也是影響混凝土抗凍能力的重要因素。對處于嚴寒地區的粉煤灰混凝土工程，摻入適量的引氣劑，可提高其抗凍性能。粉煤灰的含碳量、燒失量、碳化性質、細度以及粉煤灰的摻量等會影響混凝土的含氣量。隨粉煤灰摻量的增加，在相同引氣劑摻量下，混凝土的含氣量呈下降趨勢，影響混凝土的抗凍性。一般認為這是由于引氣劑引入的氣泡被粉煤灰中的細微顆粒吸附成的。對引氣量小于 3.5%的粉煤灰混凝土，其水灰比對抗凍性有顯著的影響，水灰比越小，抗凍性能越好，如果混凝土中有足夠的含氣量，則其水灰比對混凝土的抗凍性能影響不大。

圖一：粉煤灰摻量與混凝土抗凍性

1.3 對混凝土碳化性能的影響

粉煤灰混凝土的抗碳化性能較差。粉煤灰混凝土中，由于的水泥用量的減少，水泥水化析出的 Ca(OH)2 數量也相應減少，而且，火山灰反應也消耗了一定量的Ca(OH)2，使混凝土的 PH 值降低，會增加混凝土的碳化速度。特別在水化早期，粉煤灰火山灰反應程度低，粉煤灰、水泥體系孔結構疏松，CO2、O2、水分等入侵阻力小，因此碳化深度較大。隨著齡期的增長和粉煤灰火山灰效應的逐漸發揮，碳化速度將逐漸降低。研究中發現，粉煤灰混凝土的碳化深度隨水灰比及粉煤灰摻量的增加而有所增加。在水灰比為 0.5～0. 55，粉煤灰摻量不大于 30%和一般施工水平的情況下，15～17 年混凝土的碳化深度可達 20mm 左右。因此，對高性能混凝土的材料選擇中，要考慮 FA 混凝土的碳化問題，國家標準 GBJ146-90中規定了粉煤灰在混凝土中取代水泥的限量，見圖二。

碳化反應在一定的相對濕度范圍內進行最快，否則，反應較慢。當相對濕度在 25%以下或者接近 100%，即混凝土在充分干燥或水飽和的場合，混凝土都不易產生碳化收縮。在基礎工程等不與大氣接觸的混凝土工程中，由于與 CO2隔絕，不會發生碳化反應，因此可較多地摻加粉煤灰，以充分降低混凝土的水化熱，提高混凝土的耐久性。采用超量取代法，較低的水膠比，同時摻加以減水劑為主的外加劑進行配合比設計，可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。

圖二： FA 取代水泥最大限量 單位：%

1.4 FA 對混凝土強度的影響

粉煤灰對混凝土強度的改善作用有:

1)物理作用:粉煤灰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——水泥漿界面強度的提高。

2)化學火山灰作用:粉煤灰顆粒與 Ca(OH)2反應生成水化硅酸鹽水泥最終產物中，Ca(OH)2的體積占整個水泥石的25%，而且它的結晶強度最低，僅是托勃莫來石強度的1%～2%。粉煤灰對Ca(OH)2有吸收作用，大概能吸收總量的15%～30%。研究表明，用等同重量的低鈣粉煤灰取代水泥后，前28 d的強度有可能降低。但隨著齡期的增長，粉煤灰與 Ca(OH)2反應生成的水化硅酸鈣不斷增多，使混凝土后期強度有所增長。所以在工程設計和施工中利用后期強度，則更為有利。

1.5 FA 對混凝土抗腐蝕性的影響

粉煤灰混凝上抗硫酸鹽侵蝕的能力有所提高。一方而，由于減少了水泥用量，也就減少了混凝上受腐蝕的內部因素；另一方而，粉煤灰的細微顆粒均勻分散到水泥漿體中，會成為大量水化物沉積的核心，隨著水化齡期的發展，這些細微顆粒及其水化反應產物填充水泥石孔隙，改善了混凝上的孔結構(“微集料效應”)，逐漸降低混凝上的滲透性，阻礙侵蝕性介質侵入。氯鹽是促使鋼筋銹蝕，威脅鋼筋混凝上建筑物耐久性的最危險物質，是促使混凝上中鋼筋去鈍化的無可匹敵的殺手。在施工現場必須控制礦物摻合料與配合比選擇時所采用的材料相同，現場應按施工配合比用量通過計量加入。配制高性能混凝土的礦物摻合料（Ⅰ級粉煤灰、磨細礦粉）應符合GB1596-2005和 GB/T18046-2008 的規定。Ⅰ級粉煤灰需水量比不應大于 95%，磨細礦粉比表面積應大于 350m2/kg。滲入的引氣劑、保坍劑及其他改善混凝土性能的外加劑應符合 GB8076 的規定，其品種及數量由試驗確定。

2、結 語

目前，世界粉煤灰年產量約500億噸，我國每年排放大約11000萬噸，利用率僅為42%。粉煤灰曾是被認為工業廢料之一，但是作為混凝土摻合料，不僅可以廢物利用，同時最重要的是提升高性能混凝土的性能，節約工程造價，對于高性能混凝土的發展起到推動作用。而且能保護和治理環境，具有重要的現實意義。

[1]王艷輝.粉煤灰對高性能混凝土性能的理論分析[J]. 中國房地產業. 2011(02)

[2]武宏飛.粉煤灰高性能混凝土性能的實驗研究[J]. 科技資訊. 2010(01)

[3]李益進，孫鑫鵬，尹健. 超細粉煤灰對高性能混凝土耐久性影響研究[J]. 西安建筑科技大學學報(自然科學版). 2010(04)