淺談粉煤灰在混凝土中的應用

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

關鍵詞：粉煤灰混凝土 應用

一、??概述：

隨著我國建筑業(yè)的飛奔發(fā)展，要求具有各種性能的混凝土越來越多，粉煤灰在混凝土中的應用也越來越廣泛。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，屬于工業(yè)廢料，煤電廠在生產過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材料，經磨細加工后，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，提高工程質量，使粉煤灰變廢為寶。大量的實踐證明：在自密實的混凝土中，水膠比小于等于0.４情況下摻入適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)生離析和泌水現象,從而提高新拌混凝土的穩(wěn)定性。長途的運輸后坍落度損失少，同時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，對延長結構使用壽命有著重要的意義。

二．?????粉煤灰在混凝土中的作用機理

1、 粉煤灰在混凝土中的作用和機理，被稱之為粉煤灰最主要的三大效應

第一是形態(tài)效應：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，質地致密，這種形態(tài)對混凝土而言，無疑能起到減水作用，減小了混凝土的內摩擦阻力，，促進初期水泥的解絮作用，改變拌合物的流變性質、初始結構以及硬化后的多種功能，提高混凝土流動性，尤其對泵送混凝土起到良好的潤滑作用；第二是活性效應：粉煤灰的活性成分SiO2和AI2O3與水泥的水化產物在有水的情況下發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣（C-S-H）和水化硫酸鈣（C-A-S-H），這些反應幾乎都在水泥漿孔隙中進行，生成的水化產物填充、分割原來的大孔，使孔隙細化，可降低混凝土內部的孔隙率，改變孔結構，提高混凝土各組分的粘結作用，；第三是微集料效應：粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，填充孔隙，起到“細化孔隙”的作用，同時，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，粉煤灰不會完全與水泥的水化產物發(fā)生反應，能長期保持其“微集料效應”；這三種效應互為補充，相互關聯。

2、粉煤灰的主要作用有以下幾個方面

1）、當混凝土的水膠比較低時，水化反應緩慢的粉煤灰可以提供水份，使水泥水化反應更充分并且對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圍的的氫氧化鈣結晶發(fā)生火山灰反應，生成了具有膠凝性質的產物，加強了骨料與水泥漿體之間的聯系。

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，表面光滑并形成潤滑層，在水泥用量較小時更為明顯。

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

5）、粉煤灰可在不加外加劑的情況下降低水膠比。

長期以來我國也有些摻用粉煤灰來代替水泥的應用，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%）和一些早期強度要求較低的大體積砼和一些運輸距離較遠的商品混凝土。

通過大新路面試驗與施工表明，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，要求達到Ⅱ級以上粉煤灰的技術要求。

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粘度系數減少，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，減小了攤鋪機前進的阻力，減輕了攤鋪機的工作負荷。

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性能的影響所致。在未摻入粉煤灰的水泥混凝土攤鋪時，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棒的振搗頻率，同時機器的前進阻力增大，加大了機器的工作負荷，加粉煤灰后，這一矛盾得到了協調統(tǒng)一。

2)提高抗折強度

滑膜攤鋪水泥混凝土使用粉煤灰能提高抗折強度，尤其是后期強度大幅度提高。

3)改善了抗磨性

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

4)降低泌水率

由于機械配套的限制，國內滑膜攤鋪多采用自卸車運輸混合料，在運輸過程中較嚴重的泌水率會導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，有利于混凝土運輸。

對于粉煤灰的作用機理的研究證明：在普通水膠比的情況下，似乎認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度，隨著高效減水劑的應用與推廣，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。這是因為在高水膠比的水泥漿里，水泥顆粒被水隔開，水化環(huán)境優(yōu)異可以迅速地生成水化物，很好地填充漿體內空隙。粉煤灰雖從顆粒狀來講易于堆積密實，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度和其他性能呈下降趨勢。

在低水膠比的水泥漿里，不摻粉煤灰時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減少，；因此混凝土強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緩慢使混凝土的實際水灰比增大，水泥水化反應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，同時需要粉煤灰水化產物填充的空隙也大大減少，其水化能力差的弱點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加快，同時水泥強度等級的提高水泥研磨細度的加大，混凝土硬化時產生的溫升也明顯加劇，在達到升溫峰值后的降溫期間混凝土產生收縮引起彈性拉應力，另一方面混凝土水灰比的降低，早期水化反應加快，混凝土的彈性模量隨強度的提高而增大，進一步加劇了彈性拉應力增長，同時混凝土的粘彈性對于彈性拉應力的松馳作用很小，這一切導致許多結構物初期就出現了表面裂縫。對于鋼筋混凝土來講，由于鋼筋的約束和對拉應力的分散作用，使少量的可見裂縫轉變?yōu)榇罅糠稚⒌牟豢梢娢⒂^裂縫，它們將為侵蝕性介質提供通道，影響結構混凝土的耐久性，同時，較大的彈性拉應力還可能引起鋼筋達到屈服點而滑移，從而可能影響結構的其他使用動能。

對于摻粉煤灰的混凝土來講，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裂的危險，同時隨環(huán)境溫度的升高水化反應；火山灰反應明顯加快，還可提高28天混凝土強度。

由于混凝土技術的飛速發(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時間得不到很好的推廣，這是因為目前許多規(guī)范中規(guī)定的鋼筋混凝土中的粉煤灰摻量不超過25%，對配制中低強度的混凝土來說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開裂的危險可能，所以說是一種適用于除早期強度要求非常高以外，能夠滿足各種工程條件和施工要求，尤其是侵蝕性嚴酷環(huán)境的高性能混凝土。同時可以大幅度減少耗費能源多，污染環(huán)境嚴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與民有顯著效益的事業(yè)，有強大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。

作者簡介：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道橋專業(yè)，2005年6月畢業(yè)于長安大學土木工程專業(yè)，工程師；通訊地址：山西省大同市迎賓園3樓3單元5號