試論粉煤灰在混凝土中的作用

武巧珍

中鐵大橋局一公司試驗檢測中心

試論粉煤灰在混凝土中的作用

武巧珍

中鐵大橋局一公司試驗檢測中心

前言：

粉煤灰是燃煤電廠中的磨細煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出、被收塵器收集的物質。粉煤灰混凝土是指配制混凝土拌合物時將粉煤灰作為一種組分加入配制而成的混凝土。粉煤灰作為一種重要而已被普遍利用的混凝土輔料，一般具備改變混凝土的新拌、施工過程和硬化后一些性能的作用。隨著對粉煤灰認識的逐漸深入，人們充分認識到利用粉煤灰已不僅僅是取代水泥、節約能源以及減少環境污染的問題，粉煤灰已經成為對混凝土改性的一種重要組分。本文就粉煤灰在混凝土中的作用進行了粗略的探討，供大家參考。

1.粉煤灰的特性

1.1 粉煤灰的物理性質

粉煤灰的比重在1.95～2.36之間，松散密度在450kg/m3～700kg/m3范圍內，比表面積在220kg/m3～600kg/m3之間。由于粉煤灰的多孔結構、球形粒徑的特性，在松散狀態下有良好的滲透性。粉煤灰是一種高度分散的微細顆粒集合體，主要由氧化硅玻璃球組成，根據顆粒形狀可分為球形顆粒與不規則顆粒。球形顆粒又可分為低鐵質玻璃微珠與高鐵質玻璃微珠，若據其在水中沉降性能的差異，則可分出飄珠、輕珠和沉珠；不規則顆粒包括多孔狀玻璃體、多孔碳粒以及其他碎屑和復合顆粒。

1.2 粉煤灰的化學成分

粉煤灰是一種火山灰質材料，來源于煤中無機組分，而煤中無機組分以粘土礦物為主，另外有少量黃鐵礦、方解石、石英等礦物。因此粉煤灰化學成分以氧化硅和氧化鋁為主，其他成分氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、三氧化硫及未燃盡有機質(燒失量)。不同來源的煤和不同燃燒條件下產生的粉煤灰，其化學成分差別很大。（見表1）

2.粉煤灰在混凝土中的作用

2.1 改善混凝土的和易性

影響混凝土和易性的主要因素包括：水泥漿的體積多少、集料的級配情況、集料的自身顆粒形狀以及混合料的孔隙率等。在混凝土中摻加一定比例的粉煤灰其最明顯的特點就是增大了漿體的體積。使得集料間的空隙得到充分的填充，集料也得到了充分的包裹和潤滑，對混凝土的黏聚性和可塑性得到較大的改善。在混凝土中摻加粉煤灰可以有效地改善混凝土的和易性。

2.2 抑制混凝土的泌水

在一般混凝土中，水泥漿基體具有連續性較強的泌水渠道，由于粉煤灰的摻入，補償了集料細屑的不足，使砂漿中的泌水渠道被中斷，加之粉煤灰的加入降低了水泥的用量，即使稠度不變，而用水量也會降低，對防止混凝土的泌水是十分有利的。

2.3 改善泵送性能

粉煤灰比水泥細度小，粘聚性強，提高了抗離析能力，提高了混凝土的穩定性，保持混凝土可泵性和勻質性。摻和粉煤灰的混凝土坍落度損失小，凝結時間延長，從而延長了允許的運送時間和運送距離，擴大了泵送混凝土應用范圍，不僅改變混凝土的泵送性能，而且還可以延長泵送機械使用壽命。

2.4 降低混凝土水化熱

在日常施工中，我們發現混凝土在凝固過程中可以釋放較多的熱量，這主要是水泥在水化過程中的放熱反應。而在混凝土中摻入粉煤灰減少了水泥的用量，其水化熱便會明顯降低。試驗結果表明，當因摻加粉煤灰而使水泥的用量減少30%時，其水化熱可降低15%左右。在一些大型、超大型混凝土構筑物中，由于其斷面尺寸較大，設計強度等級較高，所使用的水泥的標號高，且單位用量大，這些因素同時存在加劇了混凝土在硬化過程溫度的驟升，且溫峰也相應升高，導致混凝土結構物早期裂縫的產生。而粉煤灰的摻入減少了水泥的用量，使混凝土的水化熱減少，構筑物的早期裂縫問題也迎刃而解。

2.5 提高混凝土的后期強度

由于粉煤灰本身具備火山灰的效應，所以在混凝土中摻加粉煤灰可以使混凝土的強度增長。其增長原理是，在水泥漿中摻入粉煤灰后，其顆粒被Ca(OH)2覆蓋，這時，粉煤灰的火山灰反應便開始發生。但由于鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性組分發生反應，反應產物在水解層內有一個逐級聚集的過程。在火山灰反應物沒有充滿水解層時，混凝土的強度不會有較大的增長。而隨著鈣離子通過水解層與粉煤灰的活性組分的進一步發生反應，火山灰反應物逐漸將水解層充滿到一定的程度，粉煤灰顆粒和水泥水化產物之間逐步形成牢固聯系(即二次反應)，從而導致混凝土強度、不透水性和耐磨性的增長，這就是摻粉煤灰混凝土早期強度較低、后期強度增長較高的主要原因。

2.6 提高混凝土的耐久性

水泥中堿與活性集料發生堿集料反應，極易引起混凝土產生膨脹、開裂，甚至導致構筑物結構的破壞，使構筑物存在報廢的潛在危險。由于粉煤灰的二次水化作用，混凝土的密實度提高，界面結構得到改善，同時由于二次反應使得易受腐蝕的氫氧化鈣數量降低，因此摻加粉煤灰后可提高混凝土的抗滲性和抗硫酸鹽腐蝕性和抗鎂鹽腐蝕性等.同時由于粉煤灰比表面積巨大，吸附能力強，因而粉煤灰顆粒可以吸咐水泥中的堿，并與堿發生反應而消耗其數量，游離堿數量的減少可以抑制或減少堿集料反應。

3 結論

粉煤灰除上述作用外，還有降低混凝土構件干縮，減小形變、提高耐磨性及降低成本的作用。因此，將其用于混凝土當中，不僅可減少環境污染，變廢為寶，變害為利，還有提高經濟效益、社會效益和環境效益具有積極的作用。

表1 粉煤灰的成分表