大掺量粉煤灰对高性能混凝土的影响

石永莉

河南省长垣县建筑工程质量监督站（453400）

大掺量粉煤灰对高性能混凝土的影响

石永莉

河南省长垣县建筑工程质量监督站（453400）

随着混凝土技术的发展，高强已不再是混凝土的首要指标，而越来越多地强调力学性能、耐久性以及经济性。本文着重介绍粉煤灰掺入混凝土的技术性能以及存在的问题，探讨大掺量粉煤灰高性能混凝土的发展和应用前景。

大掺量粉煤灰；高性能混凝土；绿色高性能

0 前言

高性能混凝土（简称HPC），是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土具有耐久性、工作性、适用性、强度高、体积稳定性、经济性等特点。为此，高性能混凝土在配制上的特点是：低水灰比,选用优质原材料，必须掺加足够数量的矿物掺和料和高效外加剂。

随着高性能混凝土的发展，绿色混凝土的开发已成为建材业走可持续发展之路的内在要求之一。开发绿色水泥旨在用最少的资源、能源，建造耐久、均匀、安全、经济且无公害的混凝土材料和构筑物。国外研究人员研究低水泥耗用量的Economical concrete。国内吴中伟院士也曾提出“环保型高效水泥基材料”的思路，这种开发绿色水泥的思路是以大幅度降低混凝土中水泥用量为主要途径，从而达到大幅度节约自然矿产资源、节约能源、控制和减少污染、控制环境负荷的目的。因而，该应用技术的研究拓展既是混凝土科学发展的需要，更是走可持续发展之路、益国益民的需要。

1 大掺量粉煤灰高性能混凝土技术优势

粉煤灰是粉煤燃烧的产物。粉煤在1 500～1 700℃的温度下燃烧,大部分废渣微粒从烟囱里排放出来，形成“飞灰”。为了减少环境污染，国内外许多发电厂采用静电、袋式或机械除尘装置，将其从烟气中收集起来，从烟气中收集的煤灰占全部煤灰的80%～85%。随着工业化的发展，能源危机、环境污染、矿物资源枯竭等问题越来越突出。以电力工业为例，我国发电以火电为主，目前，电厂粉煤灰年排放量9 000多万吨，占地30多万亩，而且排放量增长率剧增，已成为社会一大公害。建筑工业每生产1吨水泥熟料,排放1吨CO2气体，耗煤0.2 t。按可持续发展战略，硅酸盐水泥和常规混凝土的生产必将受到越来越严格的限制。

粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒，比水泥粒子小得多，比表面积极大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝[1]。掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：

1）活性效应

在常温下，粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和Al2O3与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会像树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca(OH)2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

2）微集料密实填充及颗粒形态效应

均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性能优良，混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生沁水离析现象,可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性强。

3）交互作用

水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。例如,水泥水化生成的Ca(OH)2是粉煤灰的活性激发剂，而被激发了的粉煤灰一但水解，降低液相碱度，又会进一步促进未水化水泥水化。又如，粉煤灰颗粒比表面积大，在水泥水化早期可吸附外加剂，起到缓释作用，从而减小新拌粉煤灰混凝土的坍落度经时损失。

另外，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，降低总碱量,可抑制碱-骨料反应；C3A总量也减少，降低水泥水化热，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂；粉煤灰水化消耗大量Ca(OH)2，因而粉煤灰混凝土耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土。可见，大掺量粉煤灰对高性能混凝土具有优越的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。

2 大掺量粉煤灰高性能混凝土存在的问题

大掺量粉煤灰混凝土的概念,早在1945年就由美国的Davis教授提出，火山灰质材料不是一种波特兰水泥的替代物,而是混凝土的另一组分，使用它的目的在于提高混凝土的某种或某些性能。我国于20世纪80年代初从国外引进的碾压混凝土筑坝技术，可以认为是大掺量粉煤灰混凝土的雏形。但是，大掺量粉煤灰的同时,又要混凝土兼具高性能，这项技术在工业与民用建筑工程中的推广仍存在许多问题。

第一，粉煤灰混凝土的早期强度低，大掺量在观念上仍存在推广障碍,人们往往持保守态度。粉煤灰掺量过大，Ca(OH)2的激发功能不足，因此，当务之急就是寻找高效激发剂，使粉煤灰玻璃体中的Si-O、Al-O键快速断裂，活性加大，以提高早期强度。第二，有人认为粉煤灰混凝土的抗碳化性能差，但也有文章提出不同观点，尚待进一步研究。第三，粉煤灰混凝土的早期强度低，最适合用于对早期强度要求不高的工程，如果像普通混凝土一样以28 d抗压强度作为质量评定指标显然不合适，应考虑采用龄期更长的强度指标作为粉煤灰混凝土的衡量标准。第四，现代混凝土正朝着复合化发展，其组分已经扩大到包括增强材料的范围。比如，对于钢纤维混凝土来说,粉煤灰有助于喷射性能的提高；对玻璃纤维和植物纤维来说,粉煤灰有利于降低碱度，缓和对纤维的侵蚀等。然而，对于粉煤灰混凝土组分的效应配伍问题，在国内还处于科研探索的初级阶段,科研部门对有关的基本理论、应用技术及经济效益都需要加快研究步伐。第五，有待进一步探讨大掺量粉煤灰混凝土中粉煤灰、水泥以及外加剂等粉体间的交互作用及机理、科学的配合比设计方法和制定相应的施工及验收规范[2]。

3 大掺量粉煤灰高性能混凝土的发展与应用前景

开发大掺量粉煤灰高性能混凝土技术，关键还在于原材料的选择和配制技术的成熟上。首先，水泥仍作为不可缺少的胶凝材料。在大掺量粉煤灰混凝土中，水泥用量较少，应充分利用其胶凝效应和激发作用，即根据工程背景和高性能混凝土的性能要求，合理优选水泥品种和标号，优化水泥矿物组成和颗粒组成。其次，应有效地发挥大掺量粉煤灰的形态、微集料和活性效应，并于不同发展阶段得以相得益彰的匹配。开发适用于大掺量粉煤灰高性能混凝土的高性能外加剂，也是一个重要的研究课题。

综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有优良的力学性能、工作性、耐久性以及不容忽视的经济性，可用于道路工程、碾压混凝土工程、回填工程、大体积水工工程，在房建工程中作为空心砌块和墙体材料等，尤其应用在对强度要求不高或可延迟承重的结构物中更显其优越性。因而，具有相当强的生命力，推广应用前景十分广阔。

[1]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社,8.

[2]俞海勇,等.大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土系统的构筑开发[J].江西建材,1998,1.