粉煤灰在高性能混凝土中的應用研究

摘 要 用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗滲抗凍、抑制堿-集料反應效果顯著，體積穩定性和耐久性良好。任何強度等級的混凝土按高耐久性進行設計，都可以做成高性能混凝土，因而被廣泛應用于普通建筑工程中。

關鍵詞 粉煤灰 高性能混凝土 工藝 應用

在現代混凝土工程中，粉煤灰已經為高性能混凝土的一個重要組分。究其原因，主要是因為粉煤灰含有大量活性成分。實例證明，將優質粉煤灰應用于高性能混凝土中，不但能部分代替水泥，而且能提高混凝土的力學性能。在此有必要向大家說明一下何謂高性能混凝土。所謂高性能混凝土，不僅是混凝土技術進入高科技時代的產物，更是近年發展起來的一種新材料。高性能混凝土的優點很多：具有高工作性、高強度和高耐久性的特點。通常，高性能混凝土需要使用礦物摻和料和化學外加劑，粉煤灰便是其中一種。粉煤灰是工業廢料，不僅量大，而且價格低廉，不需（或稍進行）加工即可滿足配制高性能混凝土的要求。

粉煤灰作為燃煤電廠的副產品，量大且來源穩定，如果利用不好，不僅占地、占水域，而且污染環境。對于工程中添加粉煤灰作為混凝土的成分，不但節約成本，提高混凝土的強度，明顯改善混凝土的工作性、力學性能和耐久性，且具有顯著的技術、經濟和社會效益。

一、高性能混凝土與普通混凝土的區別

兩者之間的區別主要在原材料的選用和配合比的設計上，另外，對混凝土的配制要求也更嚴格。粉煤灰高性能混凝土的配制，不僅需注意原材料的選用和配合比設計，更要注重制備工藝。

1.原材料的選用。主要是指水泥、沙子、石子、粉煤灰及減水劑的選用。（1）對水泥的要求。水泥采用優質水泥，標號不低于42.5Mpa的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（2）對沙子的要求。沙子宜選用天然河沙，細度模數2.6～3.0，含泥量不大于2%。（3）對石子的要求。石子選用質地堅硬、級配良好、吸水率低的碎石，且要求Dmax≤20mm，針片狀顆粒含量不超過3%～5%，含泥量低于1%、壓碎指標小于10%。（4）對粉煤灰的要求。粉煤灰配制高性能混凝土通常選用一級粉煤灰，摻量一般為水泥量的15%～30%。（5）對減水劑的要求。減水劑一般選用減水率20%左右的高效減水劑，摻量為膠結材總量的1.0%～1.5%。選用減水劑時，應考慮減水劑與水泥、粉煤灰的適應性。

2.配合比設計。業內人士很清楚，如今人們提出了多種高性能混凝土配合比設計方法。一位美國學者則提出了一種半經驗半實驗性的方法，其要點是：設定膠結漿體與骨料的體積比為35：65；根據混凝土強度等級確定用水量；水泥與粉煤灰的體積比為75：25；高效減水劑的摻量可取1%；混凝土粗細骨料體積比對強度等級A可取3：2，并隨強度等級提高而增加。這樣選定初步試配的配合比，再通過試驗不斷調整，求得最終的配合比。

3.制備工藝，應注意計量、攪拌、養護等方面的事項。（1）計量。原材料的計量精度，不應超過如下規定：水泥、粉煤灰±2%；粗細骨料±3%；水、外加劑±1%。（2）攪拌。粉煤灰高性能混凝土的組分多，水膠比低，黏度大，應采用減水劑后摻法。（3）養護。高性能混凝土的用水量少，水化反應迅速，所以粉煤灰高性能混凝土應在澆筑后12h內覆蓋并澆水養護，且要求養護時間不應少于14d。

二、粉煤灰高強混凝土的物理力學性能

主要表現在強度、和易性、徐變、耐久性、水化熱、抗滲性及對鋼筋銹蝕和堿-骨料反應的影響等方面。當然，粉煤灰高強混凝土的抗凍性也不容忽視。

首先是強度。在物理作用方面，粉煤灰的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一水泥漿界面強度的提高；在化學火山灰作用方面，粉煤灰顆粒與Ca（OH）2反應生成水化硅酸鈣膠體，有利于混凝土強度的提高。

其次是和易性。粉煤灰對混凝土和易性的改善作用包括：（1）優質粉煤灰中含有70%以上的球狀玻璃體，其表面光滑無棱角，性能穩定，在混凝土泵送、振搗過程中起類似潤滑的作用；（2）新拌混凝土中水泥顆粒易聚集成團，粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來潤滑骨料，有利于混凝土工作性能的提高；（3）摻入粉煤灰可以補償細骨料中細屑的不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續性，同時品質良好的粉煤灰在同樣稠度下能減少砼的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更低水平，減少泌水和離析現象。

再次是徐變。28天齡期以前，混凝土強度較低，其相應齡期的徐變應變也較普通砼的大，然而與普通砼等強度的粉煤灰砼在此后所有齡期的徐變均小于普通混凝土。

四是耐久性。由于粉煤灰減少了混凝土的孔隙，使混凝土的抗滲性明顯提高，改善了混凝土的抗化學腐蝕的能力，還能有效地減小堿-骨料反應引起的混凝土膨脹，極大地提高了混凝土的耐久性。

五是水化熱。用粉煤灰代替部分水泥能有效降低水化熱，降低混凝土的絕熱升溫。

六是抗滲性。粉煤灰的3種效應均能提高混凝土的抗滲性：形態效應。粉煤灰混凝土的鋁硅酸鹽玻璃微珠，可填充水泥漿體，提高混凝土抗滲性；活性效應。粉煤灰中SiO2、Al2O3與水泥的水化物反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的抗滲性；微集料反應。粉煤灰中微細顆粒分布于水泥顆粒之間，有利于混合物的水化反應，增加了混凝土的密實性，提高混凝土的抗滲性。

七是對鋼筋銹蝕的影響。影響粉煤灰混凝土護筋性的主要因素為混凝土的堿度和孔結構。混凝土中的鋼筋能夠防銹是由于混凝土的堿性在金屬表面形成一個細微的氧化膜。最新研究表明，摻入粉煤灰能降低混凝土的孔隙率，并使混凝土孔結構得到細化，加大了Cl-的擴散難度，取得了良好的防腐效果。

八是對堿-骨料反應的影響。堿-骨料反應是指骨料中的活性氧化硅和水泥中的堿發生反應，生成吸水產物，體積增大，導致混凝土的膨脹和開裂。混凝土堿-骨料反應的發生條件除骨料具有堿活性外，還需混凝土中具有高堿性，還要有水。粉煤灰取代部分水泥，不僅能降低混凝土的有效含堿量，還能產生物理化學作用，抑制堿-骨料反應。

最后是抗凍性。混凝土的引氣量和強度是影響混凝土抗凍性的主要因素，滿足抗凍性要求的引氣量取決于混凝土的強度等級，混凝土強度越高，滿足抗凍性所需的引氣量越低。對于引氣量小于3.5%的粉煤灰混凝土，其水灰比對抗凍性有顯著的影響，則其水灰比對混凝土的抗凍性影響不大。

三、結束語

綜上所述，用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗滲抗凍、抑制堿-集料反應效果顯著，體積穩定性和耐久性良好。任何強度等級的混凝土按高耐久性進行設計，都可以做成高性能混凝土，因而被廣泛應用于普通建筑工程中。這很符合國家倡導的節能環保的要求，具有很好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1]吳思宇.粉煤灰在高性能混凝土中的應用.中南大學土木建筑學院.湖南長沙.建筑工程，2009.4.