粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響分析

黃家緒

1 前言

粉煤灰是業(yè)內(nèi)公知的一種綠色環(huán)保型材料，在混凝土的生產(chǎn)當(dāng)中不可缺少，其自身具有三種效應(yīng)，能增強(qiáng)混凝土抗?jié)B性、后期的強(qiáng)度、保持混凝土體積的穩(wěn)定性、減小大體積混凝土的水化熱等。在實(shí)際的工程中，用回彈方法對(duì)混凝土主體進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，摻粉煤灰的混凝土的強(qiáng)度通常較低，但當(dāng)鉆心時(shí)，其強(qiáng)度卻可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

2 粉煤灰基本的特性與其在混凝土當(dāng)中的作用

2.1 粉煤灰基本特性

粉煤灰基本特性是主要指粉煤灰活性，將粉煤灰活性可分成化學(xué)活性與物理活性兩方面。

粉煤灰物理活性包括了粉煤灰微形態(tài)和集料的效應(yīng)，跟粉煤灰的自身具備的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)關(guān)，可提升混凝土制品的膠凝活性與改善混凝土制品的性能（如耐磨性、強(qiáng)度、抗?jié)B性等）各物理效應(yīng)總稱。粉煤灰物理的活性是粉煤灰可直接被全部利用、極有實(shí)用的價(jià)值，屬于粉煤灰前期活性主要的來(lái)源。粉煤灰形態(tài)的效應(yīng)，是主要表現(xiàn)在粉煤灰粒度的分布、顆粒的形貌等特性可起到增強(qiáng)水泥基材料填充與潤(rùn)滑的作用等。

粉煤灰化學(xué)的活性指的是粉煤灰的可溶性等的成分于常溫下和水及石灰石發(fā)生化學(xué)的反應(yīng)，生成水化硅鋁酸鈣和水化硅酸鈣的凝膠體，進(jìn)而使其于空氣或水內(nèi)進(jìn)行硬化出現(xiàn)強(qiáng)度性質(zhì)。粉煤灰活性是主要來(lái)自于活性活性Al203（玻璃體Al203）和Si02（玻璃體Si02）于堿性的條件下而發(fā)生水化的作用。

2.2 粉煤灰于混凝土內(nèi)的作用

2.2.1 降低溫升

水泥的水化反應(yīng)屬于放熱性反應(yīng)，1kg水泥的水化放出熱量能達(dá)500J，因混凝土熱傳導(dǎo)性較差，其內(nèi)部的水化反應(yīng)出現(xiàn)水化熱的堆積情況，導(dǎo)致溫度急劇的攀升，但其表面的溫度比較低，內(nèi)外出現(xiàn)溫度差，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，這一拉應(yīng)力能超出此時(shí)混凝土抗拉的強(qiáng)度，伴隨時(shí)間推移，混凝土內(nèi)部的溫度下降，有可能會(huì)再次出現(xiàn)拉應(yīng)力，這就可能會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂。此與混凝土內(nèi)部水化放熱所出現(xiàn)峰值的溫度相關(guān)，經(jīng)限制混凝土溫升峰值的溫度可有效預(yù)防混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的情況。

2.2.2 改善新拌的混凝土工作性

粉煤灰對(duì)于新拌混凝土工作性有改善的作用，其主要體現(xiàn)為：在和一般的混凝土具有相同的流動(dòng)性時(shí)，降低混凝土的用水量。所用水量的降低給改善新拌混凝土和易性提供出了基本的條件，硬化的粉煤灰混凝土中出現(xiàn)的收縮裂縫幾率得以減少。另外，還可提升硬化混凝土的強(qiáng)度，降低硬化混凝土體積的變化。所以，粉煤灰減水率屬于粉煤灰混凝土首要的性能參數(shù)。

2.2.3 延緩混凝土凝結(jié)的時(shí)間

粉煤灰化學(xué)組成與特點(diǎn)導(dǎo)致其于混凝土中不但具備填充密實(shí)及微集料的作用，且還具備不同的程度其表面吸附以及火山灰的效應(yīng)。就是因粉煤灰具備以上的作用，才能改善混凝土內(nèi)部孔的結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土膠凝組分水化的進(jìn)程產(chǎn)生影響，協(xié)調(diào)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，有效的改善了混凝土水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及組成，優(yōu)化了混凝土結(jié)構(gòu)界面的過(guò)渡區(qū)性能，促使混凝土綜合性能得以提高。

3 粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響分析

3.1 影響混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物和易性主要在三方面表現(xiàn)，即保水性、粘聚性和流動(dòng)性等。

（1）粉煤灰其顆粒形狀比較理想，呈現(xiàn)球形的顆粒，在混凝土的攪拌中，像滾珠似得，降低了細(xì)、粗骨料顆粒相互間的摩擦力，從而使混凝土土拌合物流動(dòng)性有所增大。

（2）粉煤灰是表面光滑玻璃體的顆粒，其表面結(jié)構(gòu)致密，內(nèi)部表面積比較小，其吸水性較差，粉煤灰的顆粒還能填充在水泥顆粒的間隙與絮凝的結(jié)構(gòu)內(nèi)，占據(jù)充水的空間，能有效釋放出絮凝結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，進(jìn)而在單位的用水量逐漸增加的要求下，增大水泥漿體流動(dòng)性。另外，摻入粉煤灰，還能改善混凝土拌合物可泵性，降低應(yīng)用的高效減水劑。特別是超細(xì)的粉煤灰，細(xì)度還要比水泥顆粒細(xì)度小，能夠?qū)⒒炷羶?nèi)毛細(xì)管的泌水通道截?cái)啵M(jìn)而降低泌水的情況。所以，可改善混凝土的保水性和黏聚性，使混凝土內(nèi)部組分抗離析的能力和穩(wěn)定性得以提高，進(jìn)而確保混凝土的可泵性和均應(yīng)性。

3.2 對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響

3.2.1 影響強(qiáng)度的發(fā)展速度

在混凝土內(nèi)摻入粉煤灰之后，由于水泥的用量降低，導(dǎo)致減少了一次水化反應(yīng)過(guò)程中水化的產(chǎn)物，使混凝土凝結(jié)硬化的過(guò)程有所減緩，所以，混凝土在早期強(qiáng)度的發(fā)展比較慢。然而在后期，水泥水化的產(chǎn)物Ca（OH）2與粉煤灰主要的活性成分Al2O3、SiO2互相作用，而生成的部分物質(zhì)具備水硬性反應(yīng)式如下：

3.2.2 孔隙率降低

堿性環(huán)境對(duì)充分發(fā)揮粉煤灰的活性極為有利，所以，粉煤灰的水化反應(yīng)需在完成一次水泥水化之后才可進(jìn)行。在粉煤灰內(nèi)的活性成分與水泥水化之后出現(xiàn)的Ca（OH）2反應(yīng)而生成部分新凝膠的物質(zhì)，此凝膠的物質(zhì)不僅可改善混凝土內(nèi)部的水泥石和骨料界面的性能，而且填充了混凝土的內(nèi)部孔隙，在一定的程度上使Ca（OH）2含量有所減少，進(jìn)而提高了混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度。

3.2.3 拌合的用水量減少

粉煤灰的顆粒是呈球形的玻璃體，粒體的表面不能吸水，可釋放出水泥漿體絮凝的結(jié)構(gòu)內(nèi)水分，所以，在不增加混凝土拌合物的稠度情況下，能降低拌合的用水量，促使混凝土在硬化之后減少其內(nèi)部孔隙率，也相應(yīng)的減少泌水通道，在一定程度上提高了混凝土強(qiáng)度。

3.3 對(duì)混凝土的耐久性影響

3.3.1 對(duì)抗?jié)B性能的影響

決定混凝土耐久性最基本的因素就是抗?jié)B性能。若混凝土的抗?jié)B性較好，可使外部的環(huán)境對(duì)混凝土造成的破壞和侵蝕起到有效的減緩，那是由于粉煤灰主要的成分是活性Al2O3、SiO2，它們和水泥石內(nèi)Ca（OH）2等的堿性物質(zhì)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下。

3.3.2 對(duì)化學(xué)腐蝕影響

摻加一定量粉煤灰，能降低混凝土內(nèi)水泥的用量，在水泥發(fā)生一次水化的反應(yīng)與粉煤灰的活性細(xì)粉二次水化反應(yīng)的過(guò)程中，大大減少了水泥石中存在的對(duì)穩(wěn)定性和強(qiáng)度產(chǎn)生不好影響的Ca（OH）2的晶體，大大增加了有利于水泥石性能的低堿水化硅酸鈣的凝膠，還降低了水泥石和集料界面的過(guò)渡區(qū)厚度與過(guò)度區(qū)Ca（OH）2的排列與富集程度，對(duì)混凝土抗化學(xué)腐蝕的性能所起到積極的作用。

3.3.3 對(duì)抗碳化性能影響

混凝土主要是受兩個(gè)因素影響而碳化，即其內(nèi)部滲透性和堿度。在混凝土內(nèi)摻加粉煤灰之后，雖然經(jīng)二次反應(yīng)降低了Ca（OH）2含量，但同時(shí)還生成了凝膠性物質(zhì)，這部分物質(zhì)也可吸收環(huán)境內(nèi)的CO2。所以，粉煤灰混凝土堿度的降低程度并不是很明顯，且此二次反應(yīng)在一定程度上還可使混凝土內(nèi)部孔隙降低，進(jìn)而使混凝土的抗?jié)B性有明顯提高。再加上，空氣內(nèi)的CO2濃度較低，因此摻加粉煤灰的混凝土碳化的過(guò)程十分緩慢。

3.3.4 對(duì)抗凍性影響

在混凝土中采取粉煤灰來(lái)代替部分水泥之后，水泥在水化早期與中期生成水化的產(chǎn)物相對(duì)來(lái)講較少，強(qiáng)度較為偏低，毛細(xì)孔有所增多。然而在后期，伴隨粉煤灰活性的物質(zhì)出現(xiàn)二次水化的反應(yīng)，水泥石毛細(xì)孔隙會(huì)被新生成物質(zhì)不斷的填充，促使混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的幅度比較大，抗凍性也有了相應(yīng)提高。在摻入粉煤灰時(shí)，再摻加適量引氣劑，會(huì)存在大量的穩(wěn)定、微小氣泡，當(dāng)開(kāi)口的孔隙內(nèi)的水結(jié)冰出現(xiàn)水壓時(shí)，還沒(méi)結(jié)冰的水也會(huì)于水壓力作用下向氣泡內(nèi)緩慢滲透，這于一定的程度上能使膨脹壓力因冰凍而緩解，提高混凝土的抗凍性。

3.3.5 對(duì)鋼筋耐銹蝕性的影響

在混凝土內(nèi)摻加粉煤灰不會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕，混凝土內(nèi)氯離子的碳化和滲透是銹蝕鋼筋主要的因素。若把粉煤灰摻加量控制在合理的范圍（一般低于40%），那么混凝土內(nèi)部碳化的深度和程度不會(huì)增加，混凝土內(nèi)部堿度有所降低，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性也會(huì)有所提高，這在一定的程度上使混凝土內(nèi)鋼筋的耐銹蝕性得以提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步，對(duì)于粉煤灰的應(yīng)用也在不斷的研究，粉煤灰作為活性摻合料的一種，對(duì)進(jìn)一步的發(fā)展高性能混凝土所具有的作用，得到了越來(lái)越多人的重視與關(guān)注。因其自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，不但可改善混凝土諸多的性能，還能獲得更高的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的效益，粉煤灰發(fā)展的前景極其明朗。

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