粉煤灰对混凝土性能的影响分析

2018-05-10黄家绪

建材与装饰 2018年18期

黄家绪

1 前言

粉煤灰是业内公知的一种绿色环保型材料，在混凝土的生产当中不可缺少，其自身具有三种效应，能增强混凝土抗渗性、后期的强度、保持混凝土体积的稳定性、减小大体积混凝土的水化热等。在实际的工程中，用回弹方法对混凝土主体进行检测的时候，掺粉煤灰的混凝土的强度通常较低，但当钻心时，其强度却可达到设计的要求。

2 粉煤灰基本的特性与其在混凝土当中的作用

2.1 粉煤灰基本特性

粉煤灰基本特性是主要指粉煤灰活性，将粉煤灰活性可分成化学活性与物理活性两方面。

粉煤灰物理活性包括了粉煤灰微形态和集料的效应，跟粉煤灰的自身具备的化学性质没关，可提升混凝土制品的胶凝活性与改善混凝土制品的性能（如耐磨性、强度、抗渗性等）各物理效应总称。粉煤灰物理的活性是粉煤灰可直接被全部利用、极有实用的价值，属于粉煤灰前期活性主要的来源。粉煤灰形态的效应，是主要表现在粉煤灰粒度的分布、颗粒的形貌等特性可起到增强水泥基材料填充与润滑的作用等。

粉煤灰化学的活性指的是粉煤灰的可溶性等的成分于常温下和水及石灰石发生化学的反应，生成水化硅铝酸钙和水化硅酸钙的凝胶体，进而使其于空气或水内进行硬化出现强度性质。粉煤灰活性是主要来自于活性活性Al203（玻璃体Al203）和Si02（玻璃体Si02）于碱性的条件下而发生水化的作用。

2.2 粉煤灰于混凝土内的作用

2.2.1 降低温升

水泥的水化反应属于放热性反应，1kg水泥的水化放出热量能达500J，因混凝土热传导性较差，其内部的水化反应出现水化热的堆积情况，导致温度急剧的攀升，但其表面的温度比较低，内外出现温度差，混凝土内部出现拉应力，这一拉应力能超出此时混凝土抗拉的强度，伴随时间推移，混凝土内部的温度下降，有可能会再次出现拉应力，这就可能会导致混凝土出现开裂。此与混凝土内部水化放热所出现峰值的温度相关，经限制混凝土温升峰值的温度可有效预防混凝土出现开裂的情况。

2.2.2 改善新拌的混凝土工作性

粉煤灰对于新拌混凝土工作性有改善的作用，其主要体现为：在和一般的混凝土具有相同的流动性时，降低混凝土的用水量。所用水量的降低给改善新拌混凝土和易性提供出了基本的条件，硬化的粉煤灰混凝土中出现的收缩裂缝几率得以减少。另外，还可提升硬化混凝土的强度，降低硬化混凝土体积的变化。所以，粉煤灰减水率属于粉煤灰混凝土首要的性能参数。

2.2.3 延缓混凝土凝结的时间

粉煤灰化学组成与特点导致其于混凝土中不但具备填充密实及微集料的作用，且还具备不同的程度其表面吸附以及火山灰的效应。就是因粉煤灰具备以上的作用，才能改善混凝土内部孔的结构，对混凝土胶凝组分水化的进程产生影响，协调混凝土强度的发展，有效的改善了混凝土水化产物结构及组成，优化了混凝土结构界面的过渡区性能，促使混凝土综合性能得以提高。

3 粉煤灰对混凝土性能的影响分析

3.1 影响混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物和易性主要在三方面表现，即保水性、粘聚性和流动性等。

（1）粉煤灰其颗粒形状比较理想，呈现球形的颗粒，在混凝土的搅拌中，像滚珠似得，降低了细、粗骨料颗粒相互间的摩擦力，从而使混凝土土拌合物流动性有所增大。

（2）粉煤灰是表面光滑玻璃体的颗粒，其表面结构致密，内部表面积比较小，其吸水性较差，粉煤灰的颗粒还能填充在水泥颗粒的间隙与絮凝的结构内，占据充水的空间，能有效释放出絮凝结构内的水分，进而在单位的用水量逐渐增加的要求下，增大水泥浆体流动性。另外，掺入粉煤灰，还能改善混凝土拌合物可泵性，降低应用的高效减水剂。特别是超细的粉煤灰，细度还要比水泥颗粒细度小，能够将混凝土内毛细管的泌水通道截断，进而降低泌水的情况。所以，可改善混凝土的保水性和黏聚性，使混凝土内部组分抗离析的能力和稳定性得以提高，进而确保混凝土的可泵性和均应性。

3.2 对混凝土的强度影响

3.2.1 影响强度的发展速度

在混凝土内掺入粉煤灰之后，由于水泥的用量降低，导致减少了一次水化反应过程中水化的产物，使混凝土凝结硬化的过程有所减缓，所以，混凝土在早期强度的发展比较慢。然而在后期，水泥水化的产物Ca（OH）2与粉煤灰主要的活性成分Al2O3、SiO2互相作用，而生成的部分物质具备水硬性反应式如下：

3.2.2 孔隙率降低

碱性环境对充分发挥粉煤灰的活性极为有利，所以，粉煤灰的水化反应需在完成一次水泥水化之后才可进行。在粉煤灰内的活性成分与水泥水化之后出现的Ca（OH）2反应而生成部分新凝胶的物质，此凝胶的物质不仅可改善混凝土内部的水泥石和骨料界面的性能，而且填充了混凝土的内部孔隙，在一定的程度上使Ca（OH）2含量有所减少，进而提高了混凝土的强度和密实度。

3.2.3 拌合的用水量减少

粉煤灰的颗粒是呈球形的玻璃体，粒体的表面不能吸水，可释放出水泥浆体絮凝的结构内水分，所以，在不增加混凝土拌合物的稠度情况下，能降低拌合的用水量，促使混凝土在硬化之后减少其内部孔隙率，也相应的减少泌水通道，在一定程度上提高了混凝土强度。

3.3 对混凝土的耐久性影响

3.3.1 对抗渗性能的影响

决定混凝土耐久性最基本的因素就是抗渗性能。若混凝土的抗渗性较好，可使外部的环境对混凝土造成的破坏和侵蚀起到有效的减缓，那是由于粉煤灰主要的成分是活性Al2O3、SiO2，它们和水泥石内Ca（OH）2等的碱性物质所发生的化学反应如下。

3.3.2 对化学腐蚀影响

掺加一定量粉煤灰，能降低混凝土内水泥的用量，在水泥发生一次水化的反应与粉煤灰的活性细粉二次水化反应的过程中，大大减少了水泥石中存在的对稳定性和强度产生不好影响的Ca（OH）2的晶体，大大增加了有利于水泥石性能的低碱水化硅酸钙的凝胶，还降低了水泥石和集料界面的过渡区厚度与过度区Ca（OH）2的排列与富集程度，对混凝土抗化学腐蚀的性能所起到积极的作用。

3.3.3 对抗碳化性能影响

混凝土主要是受两个因素影响而碳化，即其内部渗透性和碱度。在混凝土内掺加粉煤灰之后，虽然经二次反应降低了Ca（OH）2含量，但同时还生成了凝胶性物质，这部分物质也可吸收环境内的CO2。所以，粉煤灰混凝土碱度的降低程度并不是很明显，且此二次反应在一定程度上还可使混凝土内部孔隙降低，进而使混凝土的抗渗性有明显提高。再加上，空气内的CO2浓度较低，因此掺加粉煤灰的混凝土碳化的过程十分缓慢。

3.3.4 对抗冻性影响

在混凝土中采取粉煤灰来代替部分水泥之后，水泥在水化早期与中期生成水化的产物相对来讲较少，强度较为偏低，毛细孔有所增多。然而在后期，伴随粉煤灰活性的物质出现二次水化的反应，水泥石毛细孔隙会被新生成物质不断的填充，促使混凝土强度增长的幅度比较大，抗冻性也有了相应提高。在掺入粉煤灰时，再掺加适量引气剂，会存在大量的稳定、微小气泡，当开口的孔隙内的水结冰出现水压时，还没结冰的水也会于水压力作用下向气泡内缓慢渗透，这于一定的程度上能使膨胀压力因冰冻而缓解，提高混凝土的抗冻性。

3.3.5 对钢筋耐锈蚀性的影响

在混凝土内掺加粉煤灰不会对钢筋产生锈蚀，混凝土内氯离子的碳化和渗透是锈蚀钢筋主要的因素。若把粉煤灰掺加量控制在合理的范围（一般低于40%），那么混凝土内部碳化的深度和程度不会增加，混凝土内部碱度有所降低，混凝土内部结构致密性也会有所提高，这在一定的程度上使混凝土内钢筋的耐锈蚀性得以提高。