试论粉煤灰在混凝土中的作用

2017-06-01武巧珍

环球市场 2017年10期

关键词：火山灰集料粉煤灰

武巧珍

中铁大桥局一公司试验检测中心

试论粉煤灰在混凝土中的作用

武巧珍

中铁大桥局一公司试验检测中心

前言：

粉煤灰是燃煤电厂中的磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质。粉煤灰混凝土是指配制混凝土拌合物时将粉煤灰作为一种组分加入配制而成的混凝土。粉煤灰作为一种重要而已被普遍利用的混凝土辅料，一般具备改变混凝土的新拌、施工过程和硬化后一些性能的作用。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。本文就粉煤灰在混凝土中的作用进行了粗略的探讨，供大家参考。

1.粉煤灰的特性

1.1 粉煤灰的物理性质

粉煤灰的比重在1.95～2.36之间，松散密度在450kg/m3～700kg/m3范围内，比表面积在220kg/m3～600kg/m3之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下有良好的渗透性。粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，根据颗粒形状可分为球形颗粒与不规则颗粒。球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠，若据其在水中沉降性能的差异，则可分出飘珠、轻珠和沉珠；不规则颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。

1.2 粉煤灰的化学成分

粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。因此粉煤灰化学成分以氧化硅和氧化铝为主，其他成分氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。（见表1）

2.粉煤灰在混凝土中的作用

2.1 改善混凝土的和易性

影响混凝土和易性的主要因素包括：水泥浆的体积多少、集料的级配情况、集料的自身颗粒形状以及混合料的孔隙率等。在混凝土中掺加一定比例的粉煤灰其最明显的特点就是增大了浆体的体积。使得集料间的空隙得到充分的填充，集料也得到了充分的包裹和润滑，对混凝土的黏聚性和可塑性得到较大的改善。在混凝土中掺加粉煤灰可以有效地改善混凝土的和易性。

2.2 抑制混凝土的泌水

在一般混凝土中，水泥浆基体具有连续性较强的泌水渠道，由于粉煤灰的掺入，补偿了集料细屑的不足，使砂浆中的泌水渠道被中断，加之粉煤灰的加入降低了水泥的用量，即使稠度不变，而用水量也会降低，对防止混凝土的泌水是十分有利的。

2.3 改善泵送性能

粉煤灰比水泥细度小，粘聚性强，提高了抗离析能力，提高了混凝土的稳定性，保持混凝土可泵性和匀质性。掺和粉煤灰的混凝土坍落度损失小，凝结时间延长，从而延长了允许的运送时间和运送距离，扩大了泵送混凝土应用范围，不仅改变混凝土的泵送性能，而且还可以延长泵送机械使用寿命。

2.4 降低混凝土水化热

在日常施工中，我们发现混凝土在凝固过程中可以释放较多的热量，这主要是水泥在水化过程中的放热反应。而在混凝土中掺入粉煤灰减少了水泥的用量，其水化热便会明显降低。试验结果表明，当因掺加粉煤灰而使水泥的用量减少30%时，其水化热可降低15%左右。在一些大型、超大型混凝土构筑物中，由于其断面尺寸较大，设计强度等级较高，所使用的水泥的标号高，且单位用量大，这些因素同时存在加剧了混凝土在硬化过程温度的骤升，且温峰也相应升高，导致混凝土结构物早期裂缝的产生。而粉煤灰的掺入减少了水泥的用量，使混凝土的水化热减少，构筑物的早期裂缝问题也迎刃而解。

2.5 提高混凝土的后期强度

由于粉煤灰本身具备火山灰的效应，所以在混凝土中掺加粉煤灰可以使混凝土的强度增长。其增长原理是，在水泥浆中掺入粉煤灰后，其颗粒被Ca(OH)2覆盖，这时，粉煤灰的火山灰反应便开始发生。但由于钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分发生反应，反应产物在水解层内有一个逐级聚集的过程。在火山灰反应物没有充满水解层时，混凝土的强度不会有较大的增长。而随着钙离子通过水解层与粉煤灰的活性组分的进一步发生反应，火山灰反应物逐渐将水解层充满到一定的程度，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系(即二次反应)，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰混凝土早期强度较低、后期强度增长较高的主要原因。

2.6 提高混凝土的耐久性

水泥中碱与活性集料发生碱集料反应，极易引起混凝土产生膨胀、开裂，甚至导致构筑物结构的破坏，使构筑物存在报废的潜在危险。由于粉煤灰的二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量，游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。