水泥和粉煤灰对混凝土性能的影响分析

摘要：水泥性能和粉煤灰的好坏，对混凝土的质量和性能有较大影响。目前两者之间或者难以确定定量关系,或者虽有一定程度的定量关系,但这种定量关系受许多因素的制约。本文就水泥和粉煤灰对混凝土性能影响进行研究，并提出混凝土施工时对水泥的一些基本要求。

关键词：水泥；粉煤灰；混凝土性能；影响分析；

Abstract: the property of cement and the stand or fall of fly ash, the quality of concrete and has great influence on the performance. At present the quantitative relationship between or difficult to determine or, although a certain degree of quantitative relationship, but the quantitative relationship between the restriction by many factors. This paper will cement and fly ash on concrete performance influence, and put forward the concrete construction of cement when some of the basic requirements.

Keywords: cement; Fly ash; Concrete performance; The impact analysis;

中图分类号：TQ172文献标识码： A 文章编号：

一、水泥对混凝土的影响

众所周知，硅酸盐水泥主要的组成矿物有C3S、C2S、C3A、C4AF四种，C3S凝结硬化快，水化时放热较高，但能给水泥提高较高的早期强度；C2S凝结硬化慢，水化热低，能保证水泥的后期强度；C4AF的各项指标都属中等；C3A凝结硬化速度最快，水化热是其他矿物水化热的数倍。因此C3A含量较大的早强水泥极容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂，耐蚀性也最差。在目前我国大多数水泥粉磨条件下，水泥磨得越细，其中的细颗粒越多。增加水泥的比表面积能提高水泥的水化速率，提高早期强度，但是粒径在1μm以下的颗粒不到一天就完全水化，几乎对后期强度没有任何贡献。倒是对早期的水化热、混凝土的自收缩和干燥收缩有贡献——水化快的水泥颗粒水化热释放得早；因水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩。同时，粗颗粒的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。随水泥比表面积的增加，与相同高效减水剂的适应性差，为减小流动度损失需要增加更多掺量的高效减水剂，不仅增加施工费用，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混凝土的耐久性。另外，水泥细度还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性。

水泥标准的修订：我国水泥标准自第4次修订2008年开始实施。水泥标准的修订,实现了六大通用水泥标准列入国家标准修订，六通合一促进我国水泥生产工艺的改进和产品质量的提高,也是国家对“耗能大户”向节能减排环保型企业转变的必然结果。

国标GB175-2007的实施，对我国水泥行业而言是一次大的改革。在很大程度上规范了水泥市场。

通过对标准修订,普通硅酸盐水泥活性混合材掺量较旧标准提高了5%，但非活性混合材的允许最大掺量降低了2%，3天强度较旧标准也提高了1MPa，这就要求我们在混凝土中加入粉煤灰、矿渣粉等其他混合材料时必须提前做好试配，避免对混凝土强度带来影响。

矿渣硅酸盐水泥中混合材掺量将旧标准的20%~70%重新划分为两个等级，即：A型和B型。技术人员在使用B矿渣硅酸盐水泥时由于其矿渣掺合料掺量较大，要注意尽量避免再增加其他掺合料的掺入；而A型矿渣水泥由于其矿渣掺量较低，而且矿渣微粉本身具有很高的活性，所以在使用时可以考虑适当掺加其他矿物掺合料（粉煤灰、矿渣微粉、微硅粉等）以降低混凝土成本或提高混凝土其他性能。

32.5等级普通硅酸盐水泥的取消，通过实验试配，非冬期施工阶段，可以提高矿物掺合料的用量，尤其是粉煤灰的用量。冬期施工阶段，对于低强度等级混凝土应优先选用P.O42.5R水泥，当因胶凝材料过少而不能满足泵送要求时，在满足工程要求的前提下可考虑使用强度等级为32.5R的A型矿渣硅酸盐水泥（P.S.A 32.5R）或强度等级为32.5R的复合硅酸盐水泥（P.C 32.5R）（最好不含火山灰、粉煤灰掺合料），因为这两种32.5等级水泥相对早期强度较高，矿物掺合料活性相对较大，能够为混凝土提供抵制严寒的早期热量，避免混凝土遭受早期冻害。

水泥强度等级和水灰比是决定混凝土强度最主要的因素，也是决定性因素。水泥时中的活性组成，在水灰比不变时，水泥强度等级愈高，则硬化水泥石的强度愈大，对骨料的胶结力就愈强，配制成的混凝土强度也就愈高。在水泥强度等级相同的条件下，混凝土的强度取决于水灰比，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘接力愈大，混凝土强度也愈高。但是如果水灰比过小，拌合物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝，孔洞，将导致混凝土强度严重下降。混凝土的强度主要由水泥浆的强度、水泥浆与骨料界面的粘结强度、骨料颗粒强度决定。水泥浆的稠度决定于水灰比。水灰比小，水泥浆稠，流动性小，粘聚性、保水性好。太小，不能保证施工密实；太大，降低强度和耐久性。水泥浆将骨料牢固地粘结成整体,而水泥浆的强度取决于水泥的强度等级,因此,合理选择水泥的强度等级非常重要。研究表明,等级越高的水泥越易获得更高的强度,但其强度增长不与水泥抗压强度的增长成正比,当水泥的强度等级过高于混凝土设计强度等级时,水泥用量小,拌合物松散,粘性差,反之过低时,水泥用量过多,混凝土拌合物粘聚力大,成团,不便浇注,不经济,且过大的水泥用量也可能引起混凝土在水化初期出现塑性裂缝以及收缩量的增加。

工程实践证明,在相同材料和工艺条件下,混凝土强度取决于水胶比,即混凝土强度随水胶比增大而降低,这就是水胶比定则,但是有些技术员和操作工对现场加水破坏混凝土耐久性、和易性认识不足,以为用水稀释拌合物,增大坍落度便于搅拌、泵送、浇筑,殊不知,合理水胶比每增加0.05,混凝土强度就可能下降10MPa,另外,搅拌好的混凝土是水与水泥,水泥浆与石子,砂浆与石子之间彼此包裹和填充的混合结构,向其加水,会加剧混凝土的离析和泌水,影响硬化后混凝土强度和耐久性,同时会造成混凝土泵送、浇筑过程胀模、跑浆现象,从而产生蜂窝、麻面、露筋等质量问题。

二、粉煤灰对混凝土的影响

近几年来,粉煤灰混凝土技术越来越成为国内外混凝土研究和应用领域中的重要课题，粉煤灰是燃烧煤粉的锅炉排放出的一种粘土类火山灰质材料。目前我国电厂排放的粉煤灰以低钙灰为主，其主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁，其含量约占粉煤灰的85%左右，氧化钙含量普遍较低，氧化镁及氧化硫的含量也较低。粉煤灰作为一种活性掺合料，具有一定的火山灰活性，能与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应。粉煤灰替代部分水泥用于混凝土中，能改善混凝土的和易性和耐久性，表现出粉煤灰的活性效应、形态效应、微集料效应和界面效应。掺入品质优良的粉煤灰能改善混凝土性能、降低造价、提高混凝土的耐久性。粉煤灰细度的大小,对配制的混凝土强度等性能影响很大。因细灰含有大量具有火山灰活性的玻璃珠,当掺入混凝土中时,能与水泥水化析出的氢氧化钙,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质;细灰在混凝土中,能起到滚珠作用、致密作用,可减少混凝土的用水量,改善和易性,提高密实性;促进混凝土的均匀性。而颗粒较粗的粉煤灰,其强度低、活性小,用于混凝土中不但增加水泥浆体中的疏松颗粒,还会增加用水量,对混凝土强度有不利影响。因此粉煤灰细度应作为首要考核和控制的指标。

粉煤灰具有琉璃体形态的活性成分，这些成分与水泥水化过程后能生成具有胶凝性能的水化铝酸钙、水化硅酸钙等，还有利于水化铝硅酸盐的形成，均与水泥浆硬化体晶格坚固地结合起来，填充在骨料之间使混凝土结构更紧密，从而使混凝土后期强度增长较快。在水泥水化过程中，粉煤灰能够填充到混凝土结构的孔隙裂缝中，改善孔结构，提高水泥石的密实度，调结凝胶量和凝胶过程的功能，起到改善混凝土宏观性能，搞高抗渗性的作用。

需水量小于100%，小于45μm的粉煤灰，可以降低需水量，等量代替混凝土中部分水泥，还可以降低砂率，提高混凝土新拌、硬化和使用性能。随着对粉煤灰认识的逐渐深入，人们充分认识到利用粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，粉煤灰已经成为对混凝性的一种重要组成部分。

参考文献:

[1]赵守义．浅谈水泥搅拌控制要点及常见问题处理方法[J]．治淮2008(10)．

[2]滕晓艳．浅议水泥和沙石配比问题分析[J]．混凝土，2010，22(2)．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。