粉煤灰混凝土的性能与应用

　　摘要：在混凝土中掺入适量的粉煤灰，可改善其诸多方面性能，降低工程造价。本文阐述了粉煤灰混凝土的各项性能，讨论了其施工特点及工程应用。
　　关键词：混凝土；粉煤灰；性能；应用
　　一、引言
　　随着混凝土在工程中的大量应用和发展，粉煤灰正在逐渐成为制备混凝土的必备原材料之一。美国是粉煤灰混凝土科学技术发展的先驱，率先建造的蒙大拿州饿马坝工程，取得了改善混凝土性能、节约水泥的优良效果。80年代以来，世界各国对粉煤灰的研究与应用进入新的发展阶段[1]。在我国，粉煤灰混凝土已广泛应用于城市建设的混凝土工程中，如房屋建筑、道路桥梁、地铁、隧道、污水管道、排水管道、大型基础及市郊水利工程等领域。
　　在现代混凝土中，粉煤灰已成为混凝土的一个组分，与水泥、集料、水、外加剂具有同等重要的地位。粉煤灰高性能混凝土以耐久性为主要目标进行设计。为达到高耐久性，粉煤灰混凝土应具备的性能是：在新拌状态有良好的工作性和和易性；增加混凝土粘聚性，减少离析与秘水，以使成型均匀、密实[2]；水化硬化早期的沉降收缩和水化收缩小，降低由于水化热带来的混凝土温度升高，硬化过程干缩小，以达到减小初始裂缝，降低混凝土的渗透性。
　　二、粉煤灰混凝土的性能
　　粉煤灰对混凝土性能的影响可分为三个阶段：（1）新拌混凝土阶段：影响混凝土的凝结时间，改善和易性，改变流变特性，提高可泵性等；（2）硬化中的混凝土阶段：调节硬化过程，降低水化热；（3）硬化后的混凝土阶段：提高后期强度，抑制碱-集料反应，提高抗渗性、抗硫酸盐侵蚀性等耐久性能。
　　（一）强度
　　粉煤灰通过减少用水量、增大胶结材含量和后期火山灰反应，对混凝土产生影响，提高其后期强度。
　　抗压强度：粉煤灰在混凝土中作为胶凝材料使用，因粉煤灰的活性比水泥小，在28d龄期内掺入粉煤灰的混凝土与不掺粉煤灰的混凝土相比，强度往往较低。但随着火山灰反应的不断进行，强度不断增长，90d后超过不掺粉煤灰的基准混凝土。
　　劈裂抗拉强度与抗折强度：实验表明，粉煤灰对混凝土抗拉强度和抗弯强度的影响远大于抗压强度，这就可以显著提高混凝土的抗裂性能。粉煤灰混凝土的拉压比、折压比均高于基准混凝土的相应值。
　　（二）和易性
　　粉煤灰主要通过以下几点改善混凝土的和易性：
　　1．优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，这些球状玻璃体表面光滑无棱角，摩擦力小，在混凝土的搅拌、泵送、振捣过程中起着一种类似于轴承的润滑作用；
　　2．新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可填充水泥空隙，有效分散水泥颗粒，同时能够形成更多的浆体来润滑骨料，提高了混凝土的工作性；
　　3．掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细微颗粒的不足，使砂浆基体中连续的泌水渠道被中断，同时品质良好的粉煤灰在同样的稠度下能减少混凝土的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更小水平，减少泌水和离析现象。
　　（三）抗冻性
　　通常采用反复冻融的测试方法评定混凝土的抗冻性能。研究表明，混凝土中以20%粉煤灰取代相应的水泥时，其抗冻性超过基准混凝土。但是粉煤灰掺量太高时，经过150-200次冻融循环后，混凝土出现明显的破坏[3]。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。当粉煤灰混凝土中的引气量小于3.5%时，水灰比对抗冻性有显著的影响；引气量超过这一范围时，水灰比对混凝土的抗冻性影响不大。
　　（四）抗渗性
　　粉煤灰的三种效应[4]均能提高混凝土的抗渗性。活性效应：粉煤灰中的Al2O3、SiO2与水泥的水化物反应，生成水化铝酸钙和水化硅酸钙，降低了基体的孔隙率，提高了混凝土的抗渗性。形态效应：粉煤灰中的玻璃微珠，保水性好，可减少泌水通道，提高混凝土抗渗性。微集料效应：粉煤灰中的微细颗粒分布于水泥颗粒之间，增加了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。
　　（五）抗碳化性
　　一般来说，掺入粉煤灰后，要比普通混凝土碳化速度快。因为粉煤灰中存在活性氧化硅和活性氧化铝，它们与水泥水化产物氧化钙结合形成具有胶凝性的物质，降低了混凝土的PH值，使得碳化速度加快，在高粉煤灰掺量下更加明显。一般掺用优质减水剂或改善胶凝材料的级配，降低水灰比，可使粉煤灰混凝土减慢碳化速度，满足工程要求。
　　三、粉煤灰混凝土的施工要点
　　粉煤灰混凝土在进行浇筑施工时应严格控制其塌落度，避免塌落度过大；同时，在保证充分振捣的前提下，要防止混凝土过振，过振将使混凝土表面出现明显的粉煤灰浮浆层，影响混凝土的强度、耐久性及外观。
　　粉煤灰混凝土应及早进行养护，一般用塑料薄膜或喷洒养护剂覆盖，这一点与水泥混凝土所进行的湿养护不同。覆盖的目的一方面是为了避免水分从表面蒸发，形成毛细孔道，导致表面层微结构疏松，并为内部水分进一步蒸发提供通道；另一方面是为了避免处于表面层的粉煤灰因缺水而不能进行二次水化反应，从而导致粉煤灰混凝土的强度和密实性下降。
　　低温季节施工，要采取早强和保温措施，粉煤灰表面最低温度不得低于5℃，才能保证混凝土尽快获得所需的强度。
　　四、粉煤灰混凝土的工程应用
　　目前，国内外粉煤灰在混凝土中应用的途径主要有以下几种。
　　（一）粉煤灰在水泥及混凝土中的应用
　　利用粉煤灰生产水泥，是粉煤灰综合利用的一种主要途径。应用粉煤灰可以生产一些特种水泥：大坝水泥、无熟料水泥等。由于粉煤灰质量均匀、需水量比低，同时具有火山灰活性，因此将其用作混凝土掺合料取代部分水泥时，能有效改善混凝土和易性、碱集料反应及抗硫酸盐侵蚀等性能，提高抗渗性，减少早期的干燥收缩现象。
　　（二）粉煤灰混凝土生产建材制品
　　粉煤灰混凝土轻质隔墙板。主要是用水泥粉煤灰泡沫混凝土生产轻质墙板，或在轻度墙板的基础上，配料时加入部分粉煤灰生产轻质隔墙板。
　　粉煤灰加气混凝土。它是一种新型、轻质保温节能的墙体材料。特别适用于地震区、高层建筑填充墙和寒冷地区的外墙，可减轻墙重，增加使用面积。
　　粉煤灰混凝土路面砖。其以水泥和粉煤灰为混合胶结料再配以粗骨料等原料，经计量搅拌、成型、养护制成。可制成方砖、连锁路面砖、仿古砖及其它形状的路面砖等。
　　（三）粉煤灰混凝土用于道路工程
　　粉煤灰可直接用于路面、基层、填筑路堤及结构回填等道路工程中，部分取代传统筑路材料，目前已得到广泛应用。大量工程实践证明，用粉煤灰替代部分水泥，铺筑水泥路面，在有利于降低混凝土初始坍落度，延长混凝土初凝时间，减少运输过程中的坍落度损失，降低水化热和混凝土温度，减少路面收缩裂缝，提高路面抗压强度的同时，还能降低工程造价。
　　五、结论
　　对粉煤灰混凝土的研究与探讨，近年来得到了很大关注。由于粉煤灰能明显改善混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，使其在混凝土中的应用越来越广泛，发展使用粉煤灰混凝土具有显著的技术、经济和社会效益，是可持续发展的需要，在我国有广阔的应用前景。
　　参考文献
　　[1]王福元,吴正严.粉煤灰利用手册[M].北京:中国电力出版社,1997.
　　[2]黄士元,蒋家奋,杨南如,周兆桐等.近代混凝土技术[M].陕西科学技术出版社,1997.
　　[3]孙学伟,司卫平.粉煤灰高性能混凝土的性能及应用[J].山东建材,2008年第4期.
　　[4]王爱勤.建筑混凝土[M].化学工业出版社,2001.