浅谈粉煤灰对混凝土的影响

浅谈粉煤灰对混凝土的影响

摘要：粉煤灰作为一种重要而已被普遍利用的混凝土辅料，一般具备改善基准混凝土的新拌、硬化和使用诸性能的能力。随着对粉煤灰认识的逐渐深入，人们充分认识到利用粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，粉煤灰已经成为对混凝土改性的一种重要组分。本文就粉煤灰对混凝土的影响谈一些体会。

关键词：粉煤灰；混凝土

粉煤灰作为一种重要而已被普遍利用的混凝土辅料，一般具备改善基准混凝土的新拌、硬化和使用诸性能的能力。随着对粉煤灰认识的逐渐深入，人们充分认识到利用粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，粉煤灰已经成为对混凝土改性的一种重要组分。本文就粉煤灰对混凝土的影响谈一些体会。

一、粉煤灰的成分及主要性能

粉煤灰是煤粉燃烧后，由烟气带出的粉状残留物，是具有潜在活性的火山灰质粉末材料，其化学成分主要是SiO2、AlO3、和Fe2O3，高钙灰则含有较多的CaO。煤渣（炉渣）及粉煤灰等工业废料，由于其中Si、Al、Ca的总含量一般与水泥相近，且具有较高的化学活性，其粒型、颗粒级配、堆积密度、筒压强度及强度标号、吸水率等性能符合GB146-90标准规定，即可用以取代部分水泥，或制成粉煤灰-生石灰或粉煤灰——石膏复合粉体取代部分水泥制备粉煤灰混凝土。

二、粉煤灰效应及在混凝土中的作用

（一）和易性效应

混凝土和易性主要受浆体的体积、水灰比、配合比设计、骨料的级配、形状、孔隙率等因素影响，其中粉煤灰是影响混凝土和易性的重要因素。由于粉煤灰在混凝土中特性之一是增大浆体的体积（相同质量粉煤灰的体积要比水泥约大30%）。

（二）泌水效应

粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性。同时，粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下，会使混凝土的用水量有不同程度的降低。因而，掺用粉煤灰对防止混凝土的泌水是有利的。

（三）拌和物引气作用效应

混凝土的空气含量一般在３％以内，与水泥的细度、骨料形状、级配以及震捣密实的程度等有关。当混凝土中掺入粉煤灰时，由于细屑组分的影响会使混凝土的空气含量减少１％左右。对烧失量超过６％的粉煤灰，由于碳颗粒在冷却过程中变成了封闭的玻璃态，因而防止了对引气剂的吸附，保持了混凝土拌和物的原有含气量。

（四）凝结时间效应

掺粉煤灰的混凝土虽然初凝、终凝一般都能满足规范要求，但由于受其掺量、细度、化学成分等因素影响，混凝土会出现凝结时间延长，导致出现缓凝现象。然而，与水泥性能、用水量、环境温度、湿度等因素相比，粉煤灰对混凝土凝结时间的影响是极小的。

（五）抗压强度效应

混凝土的抗压强度主要取决于水灰比，对掺与不掺粉煤灰的混凝土，如果二者的早期强度相同，则粉煤灰混凝土的后期强度将高于不掺的，粉煤灰对混凝土有三重影响：减少用水量、增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。

（六）水化热效应

混凝土中水泥的水化反应是放热反应。在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热，原因是减少了水泥的用量。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量。

由于近年来大型、超大型混凝土结构的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝土设计强度等级提高，使所用水泥等级提高，单位用量增大；又由于实行水泥新标准后，使早强矿物硅酸三钙含量提高，粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高。在达到温峰后的降温期间，混凝土产生温度收缩（也称热收缩）引起弹性拉应力；另一方面混凝土的水灰比（水胶比）降低，早期水化加快，混凝土的弹性模量随强度提高而增大，进一步加剧弹性拉应力增长。这是导致近些年来许多结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。这种硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长，为了防止可见裂缝的出现，通常采取外包保温的方法，以减少内外温差，因而被认为是有效措施得到迅速推广。

与纯水泥混凝土一样，掺粉煤灰的混凝土由于水泥的水化随本体温度升高而加快，强度发展也因此加快。这使得粉煤灰混凝土，包括大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下，很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。有研究资料表明掺适当比例的粉煤灰后，不仅温升可以降低，使混凝土因温度收缩和开裂的危险减少，同时由于温升相同，其抗压强度在3d之前就超过了不掺粉煤灰类混凝土。

（七）冻融耐久性效应

当粉煤灰质量较差、粗颗粒多、含碳量高时，都会对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加，其抗冻融耐久性剧烈降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻融耐久性的效果。试验资料表明，掺粉煤灰的混凝土水灰比在0.50以下，粉煤灰掺量在30%以内，混凝土抗冻融耐久性降低较少。此外，掺粉煤灰的混凝土只要抗压强度与含气量与不掺粉煤灰的混凝土相同，即在等强度、等含气量条件下，掺粉煤灰混凝土与不掺粉煤灰混凝土具有相等的抗冻融耐久性。关键在于混凝土引气后硬化混凝土中存在均匀分布的微气孔，这些微气孔在混凝土受冻时可容纳水结冰时所增大的部分体积。使混凝土免于因冰胀作用而破坏。

（八）炭化和钢筋阻锈效应

通过长期研究和工程实践，尤其是近年来的工程调研资料表明，防止掺粉煤灰混凝土炭化，首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实度。密实度差的不掺粉煤灰的混凝土同样有碳化问题。研究和调查结果表明，当用矿渣水泥掺15%粉煤灰，普通水泥掺20%粉煤灰，硅酸盐水泥掺25%粉煤灰时，采用超量取代法设计混凝土配合比，满足等稠度和等强度的要求时，掺粉煤灰的混凝土抗碳化性能、钢筋锈蚀性能与不掺粉煤灰混凝土相比均明显增大。

过去曾有人提出，粉煤灰含硫是否会使粉煤灰混凝土中的钢筋锈蚀加重问题，国内外一些学者认为：

1．只要混凝土里面的石灰不被溶出，保持碱性环境，钢筋周围就能保持一层氢氧化铁保护膜，阻止与氧气渗入到钢筋表面，保护钢筋不致锈蚀。混凝土中掺用的粉煤灰实质上没有改变这种碱性环境。

2．混凝土中掺用的粉煤灰，因产生火山灰-石灰反应而提高了混凝土的抗渗性。火山灰凝胶还可以减少混凝土中的石灰溶出量。

（九）粉煤灰与碱-骨料反应产生的效应

碱-骨料反应是骨料中的活性氧化硅和水泥中的碱发生反应生水化硅酸钙凝胶体，体积增大，导致混凝土的膨胀和开裂。当向混凝土中掺入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的碱反应，能够防止这种过度的膨胀。可见，粉煤灰对抑制混凝土中的碱-骨料反应是有利的。

三、结语

粉煤灰原来作为发电厂的工业废料，对环境造成比较大的影响。但是随着科技的发展，人们在粉煤灰中发现了其特性，并将其掺和到混凝土中，这使得混凝土不但在施工过程中得到了令人满意的效果，同时扩大混凝土的使用领域。另外，