淺談粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用

摘要：本文論述了?粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，從其作用機(jī)理、大新高速公路水泥混凝土路面性能的改善、對(duì)摻用粉煤灰的混凝土的前景展望，希望引起同行的關(guān)注和推廣。

關(guān)鍵詞：粉煤灰混凝土 應(yīng)用

一、??概述：

隨著我國(guó)建筑業(yè)的飛奔發(fā)展，要求具有各種性能的混凝土越來(lái)越多，粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。粉煤灰是電廠燃燒煤粉后，在煙塵排到大氣以前捕集獲得的粉狀物質(zhì)，屬于工業(yè)廢料，煤電廠在生產(chǎn)過(guò)程中要不斷地排放大量粉煤灰，污染環(huán)境，占用了土地，而粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，經(jīng)磨細(xì)加工后，用于混凝土中取代一部分水泥，不僅可以節(jié)約水泥，降低工程成本，還可以改善混凝土的性能，提高工程質(zhì)量，使粉煤灰變廢為寶。大量的實(shí)踐證明：在自密實(shí)的混凝土中，水膠比小于等于0.４情況下?lián)饺脒m量的粉煤灰不僅可節(jié)水泥，還可增加混凝土的粘聚性，不發(fā)生離析和泌水現(xiàn)象,從而提高新拌混凝土的穩(wěn)定性。長(zhǎng)途的運(yùn)輸后坍落度損失少，同時(shí)可大幅度減小水膠比，使其工作性能，耐久性能等均有較大的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命有著重要的意義。

二．?????粉煤灰在混凝土中的作用機(jī)理

1、 粉煤灰在混凝土中的作用和機(jī)理，被稱之為粉煤灰最主要的三大效應(yīng)

第一是形態(tài)效應(yīng)：粉煤灰的主要礦物組成是海綿狀玻璃體、鋁硅酸鹽玻璃體微珠，這些球形玻璃體表面光滑，粒度細(xì)，質(zhì)地致密，這種形態(tài)對(duì)混凝土而言，無(wú)疑能起到減水作用，減小了混凝土的內(nèi)摩擦阻力，，促進(jìn)初期水泥的解絮作用，改變拌合物的流變性質(zhì)、初始結(jié)構(gòu)以及硬化后的多種功能，提高混凝土流動(dòng)性，尤其對(duì)泵送混凝土起到良好的潤(rùn)滑作用；第二是活性效應(yīng)：粉煤灰的活性成分SiO2和AI2O3與水泥的水化產(chǎn)物在有水的情況下發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H）和水化硫酸鈣（C-A-S-H），這些反應(yīng)幾乎都在水泥漿孔隙中進(jìn)行，生成的水化產(chǎn)物填充、分割原來(lái)的大孔，使孔隙細(xì)化，可降低混凝土內(nèi)部的孔隙率，改變孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土各組分的粘結(jié)作用，；第三是微集料效應(yīng)：粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，填充孔隙，起到“細(xì)化孔隙”的作用，同時(shí)，阻止水泥顆粒的相互粘聚，而使之處于分散狀態(tài)，有利于混合物的水化反應(yīng)，粉煤灰不會(huì)完全與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，能長(zhǎng)期保持其“微集料效應(yīng)”；這三種效應(yīng)互為補(bǔ)充，相互關(guān)聯(lián)。

2、粉煤灰的主要作用有以下幾個(gè)方面

1）、當(dāng)混凝土的水膠比較低時(shí)，水化反應(yīng)緩慢的粉煤灰可以提供水份，使水泥水化反應(yīng)更充分并且對(duì)水泥顆粒有分散作用，使其分布更均勻。

2） 粉煤灰和附集在骨料顆粒周?chē)牡臍溲趸}結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成了具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物，加強(qiáng)了骨料與水泥漿體之間的聯(lián)系。

3）、粉煤灰還可填充骨料顆粒之間的空隙，它本身物理形態(tài)是球形顆粒，表面光滑并形成潤(rùn)滑層，在水泥用量較小時(shí)更為明顯。

4）、粉煤灰可減少混凝土因水化熱引起的溫升，防止混凝土產(chǎn)生因溫度變化而產(chǎn)生的裂縫。

5）、粉煤灰可在不加外加劑的情況下降低水膠比。

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)也有些摻用粉煤灰來(lái)代替水泥的應(yīng)用，主要是用于高速公路的底基層；基層（如陜西省禹閆高速的二灰土底基層 石灰：粉煤灰：土=10：35：55，基層 石灰：粉煤灰：碎石=8：12；80）砼路面（山西省大新高速砼路面的粉煤灰摻量為15%）和一些早期強(qiáng)度要求較低的大體積砼和一些運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)的商品混凝土。

通過(guò)大新路面試驗(yàn)與施工表明，在高速公路混凝土路面中摻入一定量的粉煤灰可以改善混合料的性能，且有利于滑膜攤鋪施工，在水泥混凝土中要求使用干粉煤灰，要求達(dá)到Ⅱ級(jí)以上粉煤灰的技術(shù)要求。

3、粉煤灰在大新高速公路水泥混凝土路面性能的改善

1)改善工作性能

粉煤灰的摻入，使膠結(jié)材料的總量增加，混凝土工作性能大幅度改善，更適合路面滑膜攤鋪，a,粉煤灰水泥混凝土的振動(dòng)粘度系數(shù)減少，有利于振搗密室，b、靜態(tài)坍落度變小，有利于防止塌邊c、膠凝材料的總量增加，使攤鋪成型的路面光滑平整d、和易性的改善，減小了攤鋪機(jī)前進(jìn)的阻力，減輕了攤鋪機(jī)的工作負(fù)荷。

這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微粒的流變學(xué)性能的影響所致。在未摻入粉煤灰的水泥混凝土攤鋪時(shí)，為了振搗密室，必須提高混凝土的坍落度，這樣混凝土容易塌邊。如果為了防止塌邊，必須降低混凝土的坍落度，這樣又必須加大振動(dòng)棒的振搗頻率，同時(shí)機(jī)器的前進(jìn)阻力增大，加大了機(jī)器的工作負(fù)荷，加粉煤灰后，這一矛盾得到了協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2)提高抗折強(qiáng)度

滑膜攤鋪水泥混凝土使用粉煤灰能提高抗折強(qiáng)度，尤其是后期強(qiáng)度大幅度提高。

3)改善了抗磨性

水泥混凝土路面的抗磨性與強(qiáng)度成線性正比關(guān)系，隨著路面抗折強(qiáng)度的提高，抗磨性也隨之提高。

4)降低泌水率

由于機(jī)械配套的限制，國(guó)內(nèi)滑膜攤鋪多采用自卸車(chē)運(yùn)輸混合料，在運(yùn)輸過(guò)程中較嚴(yán)重的泌水率會(huì)導(dǎo)致混合料工作性能降低，卸料困難，降低工作效率，摻入粉煤灰可降低泌水率，有利于混凝土運(yùn)輸。

對(duì)于粉煤灰的作用機(jī)理的研究證明：在普通水膠比的情況下，似乎認(rèn)為混凝土中摻粉煤灰只能增加混凝土的粘聚性，和易性使之不發(fā)生離析，而且還要降低一定的混凝土的前期強(qiáng)度，隨著高效減水劑的應(yīng)用與推廣，可以使混凝土的水膠比大幅度降低，而使摻用粉煤灰的效果大大改善。這是因?yàn)樵诟咚z比的水泥漿里，水泥顆粒被水隔開(kāi)，水化環(huán)境優(yōu)異可以迅速地生成水化物，很好地填充漿體內(nèi)空隙。粉煤灰雖從顆粒狀來(lái)講易于堆積密實(shí)，但水化緩慢生成的凝膠量少，因此在前期摻入粉煤灰的混凝土的強(qiáng)度和其他性能呈下降趨勢(shì)。

在低水膠比的水泥漿里，不摻粉煤灰時(shí)高活性的水泥因缺水而不能充分水化，所以隨著水灰比下降未水化的水泥顆粒內(nèi)蕊增大，生成的水化物量下降，但由于顆粒間的距離減小，需要填充的空隙也相應(yīng)減少，；因此混凝土強(qiáng)度也可得到迅速提高。若用粉煤灰代替部分水泥，因粉煤灰的水化反應(yīng)緩慢使混凝土的實(shí)際水灰比增大，水泥水化反應(yīng)加快混凝土的水化環(huán)境改善，而且隨著粉煤灰摻量增大，愈加明顯。水泥水化程度的改善更有利于粉煤灰作用的發(fā)揮，同時(shí)需要粉煤灰水化產(chǎn)物填充的空隙也大大減少，其水化能力差的弱點(diǎn)在水膠比低的條件下被掩蓋。

大家都知道，溫度升高水泥的水化反應(yīng)加快，同時(shí)水泥強(qiáng)度等級(jí)的提高水泥研磨細(xì)度的加大，混凝土硬化時(shí)產(chǎn)生的溫升也明顯加劇，在達(dá)到升溫峰值后的降溫期間混凝土產(chǎn)生收縮引起彈性拉應(yīng)力，另一方面混凝土水灰比的降低，早期水化反應(yīng)加快，混凝土的彈性模量隨強(qiáng)度的提高而增大，進(jìn)一步加劇了彈性拉應(yīng)力增長(zhǎng)，同時(shí)混凝土的粘彈性對(duì)于彈性拉應(yīng)力的松馳作用很小，這一切導(dǎo)致許多結(jié)構(gòu)物初期就出現(xiàn)了表面裂縫。對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)講，由于鋼筋的約束和對(duì)拉應(yīng)力的分散作用，使少量的可見(jiàn)裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅糠稚⒌牟豢梢?jiàn)微觀裂縫，它們將為侵蝕性介質(zhì)提供通道，影響結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性，同時(shí)，較大的彈性拉應(yīng)力還可能引起鋼筋達(dá)到屈服點(diǎn)而滑移，從而可能影響結(jié)構(gòu)的其他使用動(dòng)能。

對(duì)于摻粉煤灰的混凝土來(lái)講，粉煤灰延緩了水化速度減小混凝土因水化熱引起的溫升，減少了混凝土因溫度的升高因開(kāi)裂的危險(xiǎn)，同時(shí)隨環(huán)境溫度的升高水化反應(yīng)；火山灰反應(yīng)明顯加快，還可提高28天混凝土強(qiáng)度。

由于混凝土技術(shù)的飛速發(fā)展，使混凝土可以在比較低的水膠比條件下制作，使粉煤灰在混凝土中的作用出現(xiàn)顯著的變化，在許多情況下可以起到水泥起不到的作用，成為優(yōu)質(zhì)混凝土必不可少的組分之一。

三．大量摻用粉煤灰的混凝土的前景

粉煤灰在混凝土中的作用如此重要，為什么粉煤灰混凝土長(zhǎng)時(shí)間得不到很好的推廣，這是因?yàn)槟壳霸S多規(guī)范中規(guī)定的鋼筋混凝土中的粉煤灰摻量不超過(guò)25%，對(duì)配制中低強(qiáng)度的混凝土來(lái)說(shuō)恰恰恰是最不利于發(fā)揮粉煤灰的作用，只有大量摻用粉煤灰降低水膠比，才能取得良好的效果。

大量摻用粉煤灰的混凝土不僅強(qiáng)度發(fā)展效果良好，而且各種耐久性能也十分優(yōu)異。由于能夠明顯降低水化溫度，也大大減小了早期出現(xiàn)開(kāi)裂的危險(xiǎn)可能，所以說(shuō)是一種適用于除早期強(qiáng)度要求非常高以外，能夠滿足各種工程條件和施工要求，尤其是侵蝕性嚴(yán)酷環(huán)境的高性能混凝土。同時(shí)可以大幅度減少耗費(fèi)能源多，污染環(huán)境嚴(yán)重的硅酸鹽水泥用量，也是一種改善環(huán)保的有效措施。推廣大摻量粉煤灰混凝土是一件與國(guó)與民有顯著效益的事業(yè)，有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。

作者簡(jiǎn)介：李芳女（1969、09、27—）山西天鎮(zhèn)人，1995年11月畢業(yè)于西安公路交通大學(xué)道橋?qū)I(yè)，2005年6月畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，工程師；通訊地址：山西省大同市迎賓園3樓3單元5號(hào)