水泥和粉煤灰对混凝土性能的影响的探索

摘要：水泥性能和粉煤灰的质量高低，会对混凝土质量及性能产生重要影响。当前，还不能确定这两者间是否存在定量关系，或许存在一定的定量关系，但必然会受到很多因素的限制。本文主要阐述了水泥和粉煤灰对混凝土性能影响研究结果，并据此提出在混凝土工程中应用水泥质量标准。

关键词：水泥；粉煤灰；混凝土性能；影响分析；

中图分类号：TV42文献标识码： A

一、水泥对混凝土的影响

大家都知道，构成硅酸盐水泥的主要矿物包括C3S、C2S、C3A、及C4AF，C3S凝结硬化时间短，水化过程中释放热能较多，但此类水泥早期强度较好；C2S凝结硬化时间长，水化时释放热能少，但其后期强度较好；而C4AF类水泥的特点是各项指标适中；C3A类水泥凝结硬化所用时间最短，水化热比其他几种水泥高出数倍。所以此类水泥非常容易在早期就因温度、自身及干燥等原因出现急剧收缩裂痕，耐蚀性能也非常差。根据我国当前的水泥粉磨技术可知，水泥粉较细的水泥，含有的细颗粒也较多。水泥颗粒越细水化速率越高，早期强度越好，但粒径小于1μm的水泥颗粒，在一天之内就能完成水化，不利于后期强度提升。倒是对水泥的早期水化热、自收缩及干燥收缩起到促进作用，水化速率高的水泥颗粒会在早期就完成水化热；由于水化热在早期就完成，导致混凝土中的水分也过早流失，从而引发自干燥收缩。同时，因缺乏足够的粗颗粒，使得混凝土内缺乏起稳定体积作用的未水化颗粒，从而降低混凝土的后期性能。由于混凝土表层的水泥比增大，以往剂量的高效减水剂已不能适应要求，为降低流动度损失应在其中添加更多剂量的高效减水剂，这样做不仅提高了工程成本，还可能会使混凝土中水泥含量过高，降低混凝土使用年限，。此外，水泥细度可能会降低混凝土的抗冻性能及抗裂性能。

水泥标准的制定：我国现行的水泥标准于2008年，之前经过四次修订。在修订过程中逐渐将六大国际通用标准引入到我国的水泥标准中，六大标准的应用能对我国水泥生产技术产生很大的提升作用，也有效改善了产品质量，同时也促使水泥生产厂由“耗能大户”转型变成节能减排环保型。

国标GB175-2007的应用，对水泥生产行业具有重要的改革效用，使水泥行业有了规范性要求。

此次标准颁发后，对于普通硅酸盐水泥而言，其中活性混合材要求掺量增加5%，而对于非活性混合材而言，其最大掺量减少了2%，3天强度和以前的标准相比，提升约1MPa，因此，我们应将混合性材料添加进混凝土中，该材料可由粉煤灰和矿渣粉等原料混合而成，并做好配制，防止避混凝土强度因此受到影响。

矿渣硅酸盐水泥根据混合材掺量的不同，按照20%到70%的标准将其划分为A型与B型两种等级重。施工中选用B型矿渣硅酸盐水泥，因其中掺有大量矿渣，不能在里面添加别的掺合料；而A型因此内部只有少量矿渣，并且就矿渣自身而言活性较高，因此应用A型时可适量在其中添加别的矿物掺合料（如粉煤灰和微硅粉等）进而使混凝土成本得到有效降低，其性能也能得到有效提升。

32.5R等级普通硅酸盐水泥的选用，根据试验数据可知，非冬季施工，可适当增加拌合物中矿物掺合料的含量，特别是粉煤灰的含量。冬季施工过程中，最好选择型号为P.O42.5R低强度水泥，在缺乏胶凝材料而影响泵送的情况下，我们可在符合工程需求的基础上优先考虑强度等级是32.5R的A型矿渣硅酸盐水泥，也可选用强度等级是32.5R的复合型硅酸盐水泥，由于强度等级为32.5R的水泥早期强度都比较高，因此应为其中添加活性较高的矿物掺合料，这样做能使混凝土保持较高的早期热量，防止因早期冻害损伤混凝土。

混凝土的强度大半取决于水泥强度等级及水灰配比，水泥属于混凝土中的活性因素，在水灰比保持不变的情况下，水泥强度等级越高，水化反应后的水泥强度越大，对骨料也就具有更大的胶结力，混凝土强度自然也就更高。而当水泥强度等级保持不变时，决定混凝土强度的主要因素则是水灰比，水灰比越小，硬化后的水泥强度越高，和骨料之间的粘结力就越大，混凝土强度自然更高。但在水灰比过小的情况下，拌合物会非常干稠，在进行使用机械设备进行振捣时，混凝土不能很好的被捣实，会有许多蜂窝、孔洞存在，混凝土强度将因此受到严重影响。决定混凝土强度的关键因素包括水泥浆强度、水泥浆和骨料之间的粘结强度及骨料自身的颗粒强度。而水泥浆干稠度取决于水灰比。水灰比较小，水泥浆会比较稠，其流动性差，粘聚性强，保水性强。水灰比过小，拌合物将很难被捣实；过大，减弱水泥的强度与耐久性。骨料通过水泥浆的粘结作用组成一个坚固的整体，所以对于水泥强度必须要做出合理选择。经研究可知，应用强度等级越高的水泥，其拌合物的强度越高，但拌合物强度并不和水泥抗压强度之间形成正比关系，若水泥强度等级超出混凝土所需的强度时，必须减少水泥用量，拌合物很难捣实，粘性低，反之，若水泥强度过低，则需要增加水泥用量，拌合物拥有很强的凝聚力，易聚集成团，给浇筑带来困难，也会增加工程成本，且水泥用量过多很可能导致混凝土在水化初期就发生塑性开裂。

根据实践经验可得出结论，即当材料与工艺相一致时，水胶比决定了混凝土强度，也就是当水胶比变大时，混凝土强度将会减弱，这属于水胶比的自然规律，但某些技术人员及施工人员没有认识到加水过多会造成混凝土耐久性被损害、或没有认识到易性原理，认为将拌合物加水稀释掉，就能方便搅拌、泵送及浇筑等流程，却不知道，合格水胶比每增多0.05，就可能使混凝土降低10MPa的强度，此外，搅拌充足的混凝土是一种混合结构，其主要是由水和水泥、水泥浆和砂石、砂浆和石子等组合成的相互包裹与填充的。为其内部加水，可能会使混凝土在很短时间内就出现离析及泌水等现象，进而降低硬化完成后的混凝土强度及其耐久性能，而且,也会使混凝土在泵送、浇筑等过程中，发生涨模故障，进而出现蜂窝、麻面及露筋等相关质量问题。

二、粉煤灰对混凝土的影响

以煤粉为燃料的锅炉在燃烧工作过程中会产生类似火山灰质的粘土类材料叫做粉煤灰。我国现有阶段，全国各大电厂所排放的粉煤灰的主要成分是氧化金属类产物，如氧化硅、氧化铝、氧化铁等低钙灰，像氧化钙、氧化镁、及氧化硫等含量较低，这种低钙灰含量占到了整个粉煤灰总重量的五分之四左右。粉煤灰是具有类似火山灰的活性掺合材料，能与氢氧化钙水解发生化学反应，其中氢氧化钙主要由水泥的水化反应生成。鉴于粉煤灰的此种特性，很多建筑施工项目用品质优良的粉煤灰来替代部分水泥应用于混凝土材料中，这样经过改良的混凝土具有耐久性，性能更好，且造价成本更低，使用范围更加广，改善了传统的混凝土具有粉煤灰的活性效应、形态效应、微集料效应和界面效应。近年来，用粉煤灰替代部分水泥的新型混凝土技术已经成为国内外相关领域研究专家所关注的重点问题和重要研究课题。因为用不同细度大小的粉煤灰配置的混凝土其强度性能各不相同。具体来说，细度较小的粉煤灰中会含有很多玻璃珠，这些玻璃珠具有火山灰的活性，粉煤灰混凝土主要作用原理是其能与氢氧化钙发生化学反应生成水化硅酸钙（水化铝酸钙）等胶凝物质，能够在接触反应的时候填充进混凝土结构的缝隙中，可以起到增加混凝土致密性的作用，用此混凝土填充在骨料中所浇灌的建筑物能提高建筑的防水性。与此同时，此种改良后的混凝土不仅可以减少混凝土制备过程中的用水量，而且能提高混凝土的耐用度、稳定性和均匀性。细度较大的粉煤灰中含有的玻璃珠较少，所以其活性亦不大，其作用与细度较小的粉煤灰刚好相反，即使混凝土质地疏松，用水量增加，强度和耐用性均较差。因此在很多施工建筑项目中，粉煤灰的细度均是主要要考量和把控的指标。

人们对粉煤有了更深层次的认识，其不单单能够取代水泥、节能并对环境污染控制，更是对混凝土性能的改善的重要补充剂。规格在需水量小于100%，细度小于45微米的粉煤灰，可在混凝土中等量替代部分水泥，降低含沙量，对混凝土的搅拌、硬化和使用性能能够起到相当好的改善作用。

小结

在传统工业中，粉煤灰一直被当做废料，并且是对环境造成污染的重要因素。但随着科技的进步以及发展绿色工业步伐的加快，粉煤灰被作为活性矿物掺合料，对绿色高性能混凝土的发展起到了重要的促进作用。粉煤灰终于变废为宝。尤其在对混凝土性能的影响上，粉煤灰得到了广泛应用。粉煤灰既是节能减排，绿色工业的催化剂，又是高性能混凝土的改善成分。对可持续发展和经济效益、社会效益有着重要的意义。

参考文献

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