粉煤灰在混凝土中的应用研究

摘要：粉煤灰作为一种人工火山灰质材料，在混凝土中作为掺和料，可以改善性能，节约水泥，提高工程质量和降低成本，为了更好地应用粉煤灰混凝土，现将粉煤灰混凝土的应用作简单探讨。

摘要：粉煤灰 混凝土 应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

随着社会的发展，人们对生活环境的质量越来越重视，粉煤灰综合利用工作做得好，一方面减少了环境污染，一方面可增加经济收入。尤其是在市场经济条件下，如何提高粉煤灰的附加值，是排灰企业、用灰企业都很关心的话题。粉煤灰应用于混凝土就是提高粉煤灰附加值的一条途径。

2、粉煤灰在混凝土中作用机理

粉煤灰是人工火山灰质材料，本身并无胶凝性能，在常温下，当有水存在时，能与石灰起化学反应，生成具有胶凝性能的水化产物，这些水化产物，一般能在空气中立即硬化，而后渐渐具有水硬性。粉煤灰掺入混凝土中，水泥水化析出的 Ca(OH)2形成的钙离子，吸附在微珠玻璃表面上，能够侵蚀玻璃的表面，而粉煤灰表层的玻璃与水作用也能析出碱。

3、粉煤灰混凝土的物理力学性能

3.1和易性。新拌混凝土的和易性会受浆体的水灰比、骨料的级别、形状等的影响，将新拌的混凝土中加入粉煤灰，就会大大增加混凝土的和易性，使浆体的体积变大，更好的填充到骨料间的隙孔中，包裹并骨料颗粒，进而增加混凝土的粘稠度。

3.2可以提高混凝土后期强度。试验表明，在混凝土中加入适量的粉煤灰，后期混凝土的强度会逐渐增加，粉煤灰对混凝土有三个重要影响：一是减少用水量，二是增大胶结料的含量，三是通过长期的粉煤灰反应提高强度。随着水解层被所反应的产物充满，粉煤灰与水化物之间逐渐形成牢固联系，进而增加混凝土的强度。

3.3徐变。28天龄期以前，混凝土强度较低，其相应龄期的徐变应变也较普通混凝土的大，然而与普通混凝土等强度的粉煤灰混凝土在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。

3.4耐久性。由于粉煤灰减少了混凝土的孔隙，使混凝土的抗渗性明显提高，改善了混凝土的抗化学腐蚀的能力，还能有效地减小碱-骨料反应引起的混凝土膨胀，极大地提高了混凝土的耐久性。

3.5降低混凝土的水化热。混凝土中的水泥在水化过程中有放热效应，在混凝土中掺入适量粉煤灰，可以减少水泥的用量，进而降低水化热。在一些大型的混凝土结构中，如果混凝土设计的强度增加，那么水泥的强度等级就高，水化热会增大，导致混凝土硬化过程逐渐温升。而温峰升高，这是导致很多混凝土结构物在施工期间，拆除模板后就发现大量裂缝的原因之一，掺入粉煤灰后，可减少水泥的水化热，减少结构物因温度应力差而引起的裂缝。

3.6抗渗性。粉煤灰的3种效应均能提高混凝土的抗渗性:形态效应。粉煤灰混凝土的铝硅酸盐玻璃微珠，可填充水泥浆体，提高混凝土抗渗性；活性效应。粉煤灰中SiO2、Al2O3与水泥的水化物反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的抗渗性；微集料反应。粉煤灰中微细颗粒分布于水泥颗粒之间，有利于混和物的水化反应，增加了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。

3.7对钢筋锈蚀的影响。影响粉煤灰混凝土护筋性的主要因素为混凝土的碱度和孔结构。混凝土中的钢筋能够防锈是由于混凝土的碱性在金属表面形成一个细微的氧化膜。最新研究表明，掺入粉煤灰能降低混凝土的孔隙率，并使混凝土孔结构得到细化，加大了Cl-的扩散难度，取得了良好的防腐效果。

3.8有效防止碱集料反应。混凝土中如使用的水泥碱含量过高，就可能会与一些活性集料发生碱集料反应，会引起混凝土的膨胀、断裂，导致结构被破坏而无法补救。随着科学技术的进步，人们逐渐发现，在混凝土中加入适量粉煤灰可以有效地防止碱集料反应，提高混凝土的耐久性。

3.9抗冻性。混凝土的引气量和强度是影响混凝土抗冻性的主要因素，满足抗冻性要求的引气量取决于混凝土的强度等级，混凝土强度越高，满足抗冻性所需的引气量越低。对于引气量小于3.5%的粉煤灰混凝土，其水灰比对抗冻性有显著的影响，则其水灰比对混凝土的抗冻性影响不大。

4、粉煤灰混凝土的应用

目前许多规范中规定的钢筋混凝土中的掺量限制（例如25%），对配制中低强度的混凝土来说，恰恰是最不利于发挥粉煤灰作用的掺量。换句话说，粉煤灰必须用大掺量，才能发挥良好的效果。这是为什么呢？掺用粉煤灰要想取得良好效果，水胶比必须低，而中低强度混凝土的水泥用量通常在350kg/m3以下。这种条件下，即使掺用再好的减水剂，水灰比（水胶比）也只能在0.50左右。因为再减小时，浆体体积就满足不了填充骨料空隙并形成足够厚度层的需要。当掺加粉煤灰时，由于它比水泥轻，等重量替代水泥时可以增大胶凝材料的体积，所以可以使混凝土的水胶比降低。但是当其掺量较小时（如规定的25%以内），增大胶凝材料的体积有限，降低水胶比的作用也就有限。大掺量粉煤灰混凝土不仅强度发展效果良好，而且各种耐久性能也十分优异。由于能够明显降低水化温升，也大大减小了混凝土早期出现开裂的危险，可以说是一种适用于除了早期强度要求非常高以外，能够满足各种工程条件，尤其是侵蚀性严酷环境要求的高性能混凝土耗量来评价。当然，任何事物都有它的两面性，大掺量粉煤灰混凝土也存在局限性。其中，粉煤灰-水泥-化学外加剂之间的相容性，表现为混凝土水胶比能否有效地降低，使粉煤灰能充分发挥作用，自然是应用这种混凝土首先要检验的问题。一般来说，当水胶比只能在0.40以上时，在中等强度要求的混凝土中使用的效果就可能成问题了。其次，由于大掺量粉煤灰混凝土的水泥用量大幅度减少，因此对于水泥质量的稳定性和粉煤灰品质的稳定性就比较高，当两者的质量产生波动时，会给使用效果带来明显的影响。

5、混凝土材料的可持续发展

混凝土材料是当今用量最大、用途最广泛的建筑材料，据统计，每年全世界的耗用量接近100亿吨。如此巨大的用量，伴随着生产、使用过程带来矿石资源、能源的消耗，以及对大气和环境造成的污染，已引起全世界业内的关注。我国的水泥产量多年来居世界首位，占1/3以上。同时我国粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于发展基础设施建设的需要，有关部门仍在计划投资建设更多水泥厂。过去在混凝土里掺用粉煤灰，是为了节约水泥、降低工程材料费用，今天对混凝土掺用粉煤灰的认识，应该提高到保护环境、保护资源，使混凝土材料可长久地持续应用于基础设施建设中的高度上来认识。大掺量粉煤灰混凝土不仅可以改善混凝土的各项性能，延长混凝土结构的使用寿命，同时可以大幅度减小耗费能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量，因此也是一种绿色混凝土。从这个角度出发，推广大掺量粉煤灰混凝土在我国土木建筑工程中的应用，是一件于国于民有显著效益的事业，必定有强大的生命力，有广阔的发展前景。

6、结束语

众所周知，中国是水泥总产量的第一大国，也是粉煤灰等废弃物排放的第一大国，如果将粉煤灰以适当的方法和掺量用于混凝土结构中，不仅可以改善混凝土的性能，同时，废弃物也得到了很好地利用，这样就会提高整个社会效益和经济效益。

参考文献：

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