混凝土中粉煤灰掺量对耐久性的影响

摘 要：文章针对混凝土中粉煤灰掺量对于材料耐久度影响进行了分析，分别从抗氯离子的渗透、抗碳化、抗冻融、抗侵蚀等方面进行了讨论，用以明确粉煤灰掺量同上述内容之间的联系。

关键词：粉煤灰；混凝土；耐久性；掺量

引言

混凝土作为现代建筑最常用的材料一直以来都以其良好的耐久性得到了较高的评价，但外界环境对其耐久度的影响程度较大，换句话说，混凝土材料的耐久性取决于外界环境，诸如，环境中的水分、Cl离子、CO2以及硫酸盐都会造成混凝土结构中钢筋的锈蚀以及混凝土结构碳化，温度的变化会造成混凝土结构的冻融破坏，这些都是降低混凝土耐久性的原因。但是，通过在混凝土中掺入粉煤灰不但能够降低混凝土材料成本，同时还有利于环保，并对混凝土材料的耐久性提高极其有利，因此在混凝土材料中加入粉煤灰其环保效益以及经济效益得到了广泛的认可。文章着重对粉煤灰掺量对于混凝土材料相关性能的影响进行了讨论。

1 加入粉煤灰的影响

混凝土中加入粉煤灰主要会产生三方面的基本效应，分别为：形态、活性以及微集料三种基本效应。

形态效应：该种效应主要是物理特性，即粉煤灰的细度、颗粒形状以及级配作用。粉煤灰大多经过高温熔融处理，因而其形态大多为玻璃微粒。该种粉煤灰的质地较为细密，且颗粒较为光滑、级配较为合理，因而能够在混凝土搅拌中对材料进行，该作用同减水剂作用相类似，能够提高水泥材料的和易性，通过用水量的降低，对材料密实度予以提高。

活性效应：该种效应又被称作火山灰效应，将粉煤灰掺合到混凝土材料中不但能够作为细骨料使用，同时还具有胶凝剂的作用，该种效应能够充分证明粉煤灰可以替代水泥成为另一种凝胶材料。

微集料效应：作为细骨料的粉煤灰均匀分布于水泥中，能够有效避免水泥颗粒之间出现的粘聚现象，使其尽量处于分散状态，用以提高混凝土密实度。另外，粉煤灰能够填补水化水泥颗粒缝隙，用以改善材料微观结构。

以上三种效应合称粉煤灰效应，粉煤灰对于水泥材料微孔结构的改善以及对骨料同胶凝材料界面区的改善都是通过上述效应产生作用的。混凝土的耐久性主要受到了过渡区特征以及材料微粒空隙结构影响，因而粉煤灰的掺入能够有效提高其材料的耐久度。

2 粉煤灰掺量的影响

2.1 抗氯离子渗透性能

混凝土耐久性受到其材料抗Cl离子渗透性的影响，抗Cl离子渗透性是衡量混凝土耐久性的指标之一。之所以普通混凝土该性能较差，是因为其材料内部渗水孔道较多，而这些孔道的形成主要是由于水泥中水分蒸发以及泌水毛细孔道，除此之外还有由于水化热产生的裂缝，这些结构是造成混凝土材料出现渗漏现象的主要因素。粉煤灰对于混凝土该性能的影响主要由其掺量决定，掺量不同会对混凝土抗Cl离子渗透性产生不同的影响。这种影响并非是不变的，其他条件不变，若是对粉煤灰的长期效果予以考虑，则存在最佳掺量，以该量为分界，材料随着粉煤灰掺量的增加，其抗Cl离子中渗透性先增加后减少。分析该种现象的根本，取决于粉煤灰自身效应以及特点。水泥浆体的流动性受到了加入的粉煤灰的影响而大大增加，粉煤灰在同高效减水剂的相互配合下，混凝土离析以及泌水现象都会有所降低，混凝土密实度相对会提高，并且由于粉煤灰的掺入，对于水泥的水化热现象也有所减弱，从而改善温度裂缝的出现情况，并对其他裂缝的出现也具有阻止作用。此外，粉煤灰能够有效减小水泥表面裂缝，改善水泥石结构。但随着粉煤灰的掺量不断增加，混凝土的密实度会逐渐降低，并且其掺量到达其对Cl离子的极值时，就使得混凝土的抗Cl离子渗透性下降。

2.2 抗碳化性能

抗碳化性是衡量混凝土碳化深度的一种表示，碳化深度愈大就表明抗碳化能力愈差。混凝土的抗碳化性受到两方面因素影响，首先是混凝土阻碍二氧化碳渗透的能力，这种阻力受到混凝土孔径大小以及空隙率的影响；其次则是材料固化二氧化碳的能力。

水泥中碱储备越高，混凝土碳化程度就越低。混凝土在发生碳化时，体积会出现一定程度的收缩，且该反应不可逆转。这种收缩会使得结构开裂，并且混凝土材料中空隙的液相酸碱值会下降。碳化过程中混凝土材料内部钢筋由于失去碱性保护而受到锈蚀破坏。从掺入粉煤灰的固化能力改变角度分析，随着粉煤灰量的增加，混凝土结构抗碳化性呈现降低趋势。而由于粉煤灰三种效应，使得混凝土材料性能会随着粉煤灰的用量增加，其裂缝以及孔隙等结构会相应变小，从而会提高混凝土密实度。因此粉煤灰的加入会提高混凝土材料的抗碳化性。

2.3 抗冻性能

对于普通混凝土来说，袁晓露等认为粉煤灰的掺入会改变混凝土孔结构，增加总孔隙率，细化最可几孔径分布，使受冻方式由静水压侵蚀向渗透压侵蚀转变，加速混凝土的冻融劣化，这一观点也得到绝大多数人的认可。而对于高性能混凝土，利用快冻法对混凝土相对动弹模量数值进行测定，试验表明随着粉煤灰掺量的提高，不掺引气剂时，混凝土的抗冻性随粉煤灰掺量增加而增加。这就说明粉煤灰的掺量对混凝土的抗冻性能的影响不能一概而论，即使是采用相同的试验方法，由于混凝土配合比、强度等因素的不同造成不同的效果。对于小掺量粉煤灰来说，其掺量对于整个混凝土抗冻性的影响甚微，即使粉煤灰的掺入导致在冻融前后混凝土强度和质量都略有下降，也可以通过加入适当的引气剂、降低水胶比和延长养护龄期等措施加以改善。

2.4 抗硫酸盐侵蚀性能

混凝土的碳化、冻融、碱骨料反应和化学侵蚀被称为“四害”，对于一些海工结构来说，混凝土的化学侵蚀形式除了氯离子侵蚀之外还有硫酸盐的侵蚀。之前提到粉煤灰分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰，低钙粉煤灰掺入混凝土可以改善其抗硫酸盐性能，对于低钙粉煤灰来说，粉煤灰的掺入减少了水泥石内部容易受到硫酸盐侵蚀的水化产物的数量。此外，硫酸盐可以起到激发剂的作用，加速粉煤灰的二次水化反应速率，随着反应产物数量的不断增加，使大孔数量减少，孔径得到了细化，减缓了硫酸盐对水泥石的侵蚀。这种减缓作用和之前提到的抗氯离子渗透性一样存在一个最佳掺量，一旦超过这个值，对硫酸盐侵蚀的抵抗效果就会大大减小。

3 结束语

3.1 基于粉煤灰效应，在混凝土材料中适当加入一定量的粉煤灰能够有效提高材料密实度，改善材料结构，减小材料碱含量，并增强混凝土材料相关抗性。在此需要进一步强调，只能通过使用低钙粉煤灰才能对混凝凝土的抗碱骨料性以及抗硫酸盐侵蚀性予以提高。

3.2 粉煤灰的加入并非是越多越好，其掺入量存在一个最佳值，以该值为界限，材料的抗Cl离子渗透性随着粉煤灰加入量的提升而出现先增加后减小的现象；而混凝土材料抗硫酸盐侵蚀的性能则是随着粉煤灰加入量的增加而不断的增加，通过试验，其掺入量在50%以下效果较好。

3.3 虽然加入粉煤灰会影响混凝土材料的抗冻性以及抗碳化性，但是其性能基本能够满足工程施工需求。

参考文献

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