粉煤灰在高性能混凝土中的应用研究

摘 要 用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗渗抗冻、抑制碱-集料反应效果显著，体积稳定性和耐久性良好。任何强度等级的混凝土按高耐久性进行设计，都可以做成高性能混凝土，因而被广泛应用于普通建筑工程中。

关键词 粉煤灰 高性能混凝土 工艺 应用

在现代混凝土工程中，粉煤灰已经为高性能混凝土的一个重要组分。究其原因，主要是因为粉煤灰含有大量活性成分。实例证明，将优质粉煤灰应用于高性能混凝土中，不但能部分代替水泥，而且能提高混凝土的力学性能。在此有必要向大家说明一下何谓高性能混凝土。所谓高性能混凝土，不仅是混凝土技术进入高科技时代的产物，更是近年发展起来的一种新材料。高性能混凝土的优点很多：具有高工作性、高强度和高耐久性的特点。通常，高性能混凝土需要使用矿物掺和料和化学外加剂，粉煤灰便是其中一种。粉煤灰是工业废料，不仅量大，而且价格低廉，不需（或稍进行）加工即可满足配制高性能混凝土的要求。

粉煤灰作为燃煤电厂的副产品，量大且来源稳定，如果利用不好，不仅占地、占水域，而且污染环境。对于工程中添加粉煤灰作为混凝土的成分，不但节约成本，提高混凝土的强度，明显改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性，且具有显著的技术、经济和社会效益。

一、高性能混凝土与普通混凝土的区别

两者之间的区别主要在原材料的选用和配合比的设计上，另外，对混凝土的配制要求也更严格。粉煤灰高性能混凝土的配制，不仅需注意原材料的选用和配合比设计，更要注重制备工艺。

1.原材料的选用。主要是指水泥、沙子、石子、粉煤灰及减水剂的选用。（1）对水泥的要求。水泥采用优质水泥，标号不低于42.5Mpa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。（2）对沙子的要求。沙子宜选用天然河沙，细度模数2.6～3.0，含泥量不大于2%。（3）对石子的要求。石子选用质地坚硬、级配良好、吸水率低的碎石，且要求Dmax≤20mm，针片状颗粒含量不超过3%～5%，含泥量低于1%、压碎指标小于10%。（4）对粉煤灰的要求。粉煤灰配制高性能混凝土通常选用一级粉煤灰，掺量一般为水泥量的15%～30%。（5）对减水剂的要求。减水剂一般选用减水率20%左右的高效减水剂，掺量为胶结材总量的1.0%～1.5%。选用减水剂时，应考虑减水剂与水泥、粉煤灰的适应性。

2.配合比设计。业内人士很清楚，如今人们提出了多种高性能混凝土配合比设计方法。一位美国学者则提出了一种半经验半实验性的方法，其要点是：设定胶结浆体与骨料的体积比为35：65；根据混凝土强度等级确定用水量；水泥与粉煤灰的体积比为75：25；高效减水剂的掺量可取1%；混凝土粗细骨料体积比对强度等级A可取3：2，并随强度等级提高而增加。这样选定初步试配的配合比，再通过试验不断调整，求得最终的配合比。

3.制备工艺，应注意计量、搅拌、养护等方面的事项。（1）计量。原材料的计量精度，不应超过如下规定：水泥、粉煤灰±2%；粗细骨料±3%；水、外加剂±1%。（2）搅拌。粉煤灰高性能混凝土的组分多，水胶比低，黏度大，应采用减水剂后掺法。（3）养护。高性能混凝土的用水量少，水化反应迅速，所以粉煤灰高性能混凝土应在浇筑后12h内覆盖并浇水养护，且要求养护时间不应少于14d。

二、粉煤灰高强混凝土的物理力学性能

主要表现在强度、和易性、徐变、耐久性、水化热、抗渗性及对钢筋锈蚀和碱-骨料反应的影响等方面。当然，粉煤灰高强混凝土的抗冻性也不容忽视。

首先是强度。在物理作用方面，粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒，使水泥水化更充分，提高了水泥浆的密实度，降低混凝土的泌水，有利于混凝土中骨料一水泥浆界面强度的提高；在化学火山灰作用方面，粉煤灰颗粒与Ca（OH）2反应生成水化硅酸钙胶体，有利于混凝土强度的提高。

其次是和易性。粉煤灰对混凝土和易性的改善作用包括：（1）优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，其表面光滑无棱角，性能稳定，在混凝土泵送、振捣过程中起类似的作用；（2）新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒，释放更多的浆体来骨料，有利于混凝土工作性能的提高；（3）掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时品质良好的粉煤灰在同样稠度下能减少砼的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更低水平，减少泌水和离析现象。

再次是徐变。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砼的大，然而与普通砼等强度的粉煤灰砼在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。

四是耐久性。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。

五是水化热。用粉煤灰代替部分水泥能有效降低水化热，降低混凝土的绝热升温。

六是抗渗性。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，有利于混合物的水化反应，增加了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。

七是对钢筋锈蚀的影响。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。

八是对碱-骨料反应的影响。碱-骨料反应是指骨料中的活性氧化硅和水泥中的碱发生反应，生成吸水产物，体积增大，导致混凝土的膨胀和开裂。混凝土碱-骨料反应的发生条件除骨料具有碱活性外，还需混凝土中具有高碱性，还要有水。粉煤灰取代部分水泥，不仅能降低混凝土的有效含碱量，还能产生物理化学作用，抑制碱-骨料反应。

最后是抗冻性。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。

三、结束语

综上所述，用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗渗抗冻、抑制碱-集料反应效果显著，体积稳定性和耐久性良好。任何强度等级的混凝土按高耐久性进行设计，都可以做成高性能混凝土，因而被广泛应用于普通建筑工程中。这很符合国家倡导的节能环保的要求，具有很好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]吴思宇.粉煤灰在高性能混凝土中的应用.中南大学土木建筑学院.湖南长沙.建筑工程，2009.4.