粉煤灰对混凝土性能影响

摘 要：本文介绍了粉煤灰的组成及其在混凝土中的作用效应，并对粉煤灰的掺杂对混凝土性能的影响进行了详细分析。认为在保证混凝土强度和耐久性的条件下，粉煤灰适量的加入可以改善混凝土的各项性能。

关键词：粉煤灰；混凝土；作用效应；性能

中图分类号：TG335.58 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0210-01

众所周知，混凝土在凝结硬化时由塑性状态转变为刚性状态过程中会放出大量的热，由于混凝土的导热性差，热量散发缓慢的特点，导致混凝土内部温度升高，产生体积膨胀；在降温过程中由于混凝土体积收缩，当混凝土受到基础约束时，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝[1]。混凝土开裂不仅影响混凝土的强度，更重要的是降低了混凝土的耐久性。粉煤灰具有来源广泛、价格便宜的特点，使用它还可以减少污染，同时还可以提高混凝土的强度，具有很好的使用价值，因此对于粉煤灰在混凝土中的应用研究就越来越多。文献表明[2]：使用粉煤灰取代部分水泥，在不影响混凝土强度的前提下，它可以降低混凝土水化热引起的温度升高、防止混凝土开裂、改善混凝土耐久性的作用。本文主要介绍了粉煤灰在混凝土中的作用效应及其对混凝土性能的影响。

一、粉煤灰的组成及其特性

粉煤灰是一种铝硅质材料，其化学成分主要为SiO2和Al2O3，密度为0.65-0.78g/cm3。一般含35%-55%的Si02和15%-40%的Al2O3。

早在1933年，Davis就提出粉煤灰具有火山灰性。这种性能主要来自于低钙玻璃体，而与石英、莫来石、赤铁矿等晶态物质无关。石英、莫来石等的存在会导致粉煤灰的活性下降，而低钙玻璃体的含量越高，粉煤灰活性越大。粉煤灰的颗粒形状及大小对粉煤灰的活性有较大影响。粉煤灰中5-45μm的细颗粒愈多，活性愈高；80μm以上颗粒愈多，则活性愈低。另外，细小的密实球形玻璃体含量愈高，粉煤灰的活性也愈高，制成水泥标准稠度需水量也低；不规则的多孔玻璃体含量多，粉煤灰的活性下降，其制成水泥标准稠度需水量增高。而未燃碳粒越多，需水量越大，其制成粉煤灰水泥强度越低。

二、粉煤灰在混凝土中的作用效应

粉煤灰在混凝土中主要有三个效应，即形态效应、活性效应和微集料效应。在早期主要是形态效应和微集料效应起作用，直到水泥水化后，其活性效应才逐渐占优势地位。

（一）形态效应。粉煤灰使用在混凝土中它会起到的作用，由于粉煤灰具有颗粒状，它可以减少水泥的使用量，在同等条件是用下它可以增强混凝土的流动性。

（二）微集料效应。粉煤灰可以填充到混凝土的缝隙之中，提高混凝土的密度，在水泥凝固的工程中粉煤灰就会渗入到混凝土的毛细管之中，增强混凝土的密度。

（三）活性效应。在水泥水化过程中，除了产生水化硅酸钙（C-S-H）以外，还产生大量的游离氢氧化钙Ca（OH）2。而掺入粉煤灰以后，通过二次反应，不但可以减少或消除游离氢氧化钙，而且可以使胶凝物质（C-S-H）的数量大幅度增加，水泥石与集料的界面结构也得以改善。

三、粉煤灰对混凝土性能的影响

（一）强度。粉煤灰对混凝土强度的影响，根据粉煤灰品质的不同，其影响规律也略有不同。对优质的I级粉煤灰来说，在掺入量小于l0%时，不仅强度有所提高，而且早期强度也不下降。但当掺量超过一定值后，混凝土早期强度略有下降，但后期强度仍可高于不掺粉煤灰的基准混凝土。当水灰比较小时，低掺量粉煤灰对强度影响较显著，对高掺量粉煤灰影响率下降。

Ⅱ级粉煤灰是目前工程上用量最大的粉煤灰品种，对混凝土强度的影响规律基本与I级灰相似。只是早期强度比I级灰更低，即使掺量较小时，早期强度通常也低于基准混凝土。另一方面，由于Ⅱ级粉煤灰相对强度活性较小，对混凝土强度的贡献率低于I级粉煤灰，因此，再配合比设计时通常采用超量取代法，以保证混凝土的后期强度。

Ⅲ级灰也可以在混凝土工程中使用，但一般只用于低强度等级的混凝土结构，很少用于高强度等级的混凝土结构，特别是预应力混凝土结构，而烧失量和需水量比较小时，对混凝土性能改善作用还是较大的。

粉煤灰对混凝土强度的贡献可用掺合料的火山灰效应强度贡献率或掺料的活性指数来定量表征。根据文献[3]，单位活性矿物（1%的活性矿物掺料）所提供的火山灰效应强度贡献率定义为该掺料的活性指数，即：A=P火山/P掺

式中：P掺：活性矿物掺料掺量，%；P火山：掺料的火山灰效应强度贡献率，%。

P火山=R比火/R比掺×100%

式中：R比火：混凝土的火山灰效应比强度；R比掺：含掺料混凝土的比强度。

从式中可以看出，活性掺料的火山灰效应强度贡献率愈大，则其火山灰效应对混凝土强度的贡献愈大；活性掺料的活性指数愈大，则其火山灰活性愈高。

（二）水化热。有关实验和资料表明，掺用粉煤灰后，减少了水泥用量。若使混凝土减少水泥用量10kg/m3，则可使混凝土中的温度降低1.5℃―2.5℃；如减少50kg/m3，则可降低6℃―10℃。若425#矿渣水泥中同时掺入15%的粉煤灰和0.25%的木钙，可使热峰温度推迟，温度由47.95℃降至40.3℃；7天水化热由275.4J/g降至269.8J/g。由此可见在水泥中掺入粉煤灰，可以降低温度，减少温差，有利于防止和减少大体积混凝土裂缝的产生。

（三）抗渗、抗冻和抗裂性。影响混凝土抗渗和抗冻性能的因素很多，主要有以下几个因素：混凝土的密实度，密实度愈大，抗渗、抗冻性愈好；混凝土孔隙构造及数量，开口孔隙愈多，抗渗、抗冻性愈差；水灰比愈大，开口孔隙愈大，对抗渗、抗冻性愈不利。粉煤灰的“活性效应”、“形态效应”和“微集料效应”大大降低了混凝土的孔隙率，改变了混凝土的孔结构，提高了混凝土的抗渗性和抗冻性。

（四）抗碳化性。如果水泥用量不减少，再外掺粉煤灰取代部分砂子，这样的粉煤灰混凝土抗碳化能力就可以增加；当粉煤灰掺量不大于40%时，与矿渣粉复合使用，可以改善抗碳化性能。

总之，粉煤灰混凝土作为一种新型材料，由于其自身独特的优越性，不但给人类带来了显著的经济效益，而且还推动了在建筑业的发展。它必将以其优良的性能在保护环境、协调自然与人类关系等方面起到积极作用。

参考文献：

[1]朱华云，王静杰.大体积混凝土温控防裂技术[J].电力学报，2000，1：79-83.

[2]万治华，李斌怀.粉煤灰及其对水泥和混凝土性能的影响[J].湖北教育学院学报（培训与研究），2003，20（5）：39-41.