浅谈粉煤灰在混凝土中的应用

摘要：本文论述了 粉煤灰在混凝土中的应用，从其作用机理、大新高速公路水泥混凝土路面性能的改善、对掺用粉煤灰的混凝土的前景展望，希望引起同行的关注和推广。

关键词：粉煤灰混凝土 应用

一、  概述：

随着我国建筑业的飞奔发展，要求具有各种性能的混凝土越来越多，粉煤灰在混凝土中的应用也越来越广泛。粉煤灰是电厂燃烧煤粉后，在烟尘排到大气以前捕集获得的粉状物质，属于工业废料，煤电厂在生产过程中要不断地排放大量粉煤灰，污染环境，占用了土地，而粉煤灰是一种火山灰质材料，经磨细加工后，用于混凝土中取代一部分水泥，不仅可以节约水泥，降低工程成本，还可以改善混凝土的性能，提高工程质量，使粉煤灰变废为宝。大量的实践证明：在自密实的混凝土中，水胶比小于等于0.４情况下掺入适量的粉煤灰不仅可节水泥，还可增加混凝土的粘聚性，不发生离析和泌水现象,从而提高新拌混凝土的稳定性。长途的运输后坍落度损失少，同时可大幅度减小水胶比，使其工作性能，耐久性能等均有较大的改善，对延长结构使用寿命有着重要的意义。

二．     粉煤灰在混凝土中的作用机理

1、 粉煤灰在混凝土中的作用和机理，被称之为粉煤灰最主要的三大效应

第一是形態效应：粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体、铝硅酸盐玻璃体微珠，这些球形玻璃体表面光滑，粒度细，质地致密，这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用，减小了混凝土的内摩擦阻力，，促进初期水泥的解絮作用，改变拌合物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，提高混凝土流动性，尤其对泵送混凝土起到良好的润滑作用；第二是活性效应：粉煤灰的活性成分SiO2和AI2O3与水泥的水化产物在有水的情况下发生反应，生成水化硅酸钙（C-S-H）和水化硫酸钙（C-A-S-H），这些反应几乎都在水泥浆孔隙中进行，生成的水化产物填充、分割原来的大孔，使孔隙细化，可降低混凝土内部的孔隙率，改变孔结构，提高混凝土各组分的粘结作用，；第三是微集料效应：粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，填充孔隙，起到“细化孔隙”的作用，同时，阻止水泥颗粒的相互粘聚，而使之处于分散状态，有利于混合物的水化反应，粉煤灰不会完全与水泥的水化产物发生反应，能长期保持其“微集料效应”；这三种效应互为补充，相互关联。

2、粉煤灰的主要作用有以下几个方面

1）、当混凝土的水胶比较低时，水化反应缓慢的粉煤灰可以提供水份，使水泥水化反应更充分并且对水泥颗粒有分散作用，使其分布更均匀。

2） 粉煤灰和附集在骨料颗粒周围的的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，生成了具有胶凝性质的产物，加强了骨料与水泥浆体之间的联系。

3）、粉煤灰还可填充骨料颗粒之间的空隙，它本身物理形态是球形颗粒，表面光滑并形成润滑层，在水泥用量较小时更为明显。

4）、粉煤灰可减少混凝土因水化热引起的温升，防止混凝土产生因温度变化而产生的裂缝。

5）、粉煤灰可在不加外加剂的情况下降低水胶比。

长期以来我国也有些掺用粉煤灰来代替水泥的应用，主要是用于高速公路的底基层；基层（如陕西省禹闫高速的二灰土底基层 石灰：粉煤灰：土=10：35：55，基层 石灰：粉煤灰：碎石=8：12；80）砼路面（山西省大新高速砼路面的粉煤灰掺量为15%）和一些早期强度要求较低的大体积砼和一些运输距离较远的商品混凝土。

通过大新路面试验与施工表明，在高速公路混凝土路面中掺入一定量的粉煤灰可以改善混合料的性能，且有利于滑膜摊铺施工，在水泥混凝土中要求使用干粉煤灰，要求达到Ⅱ级以上粉煤灰的技术要求。

3、粉煤灰在大新高速公路水泥混凝土路面性能的改善

1)改善工作性能

粉煤灰的掺入，使胶结材料的总量增加，混凝土工作性能大幅度改善，更适合路面滑膜摊铺，a,粉煤灰水泥混凝土的振动粘度系数减少，有利于振捣密室，b、静态坍落度变小，有利于防止塌边c、胶凝材料的总量增加，使摊铺成型的路面光滑平整d、和易性的改善，减小了摊铺机前进的阻力，减轻了摊铺机的工作负荷。

这些性能的改善是由于粉煤灰有较大的比表面积和球状微粒的流变学性能的影响所致。在未掺入粉煤灰的水泥混凝土摊铺时，为了振捣密室，必须提高混凝土的坍落度，这样混凝土容易塌边。如果为了防止塌边，必须降低混凝土的坍落度，这样又必须加大振动棒的振捣频率，同时机器的前进阻力增大，加大了机器的工作负荷，加粉煤灰后，这一矛盾得到了协调统一。

2)提高抗折强度

滑膜摊铺水泥混凝土使用粉煤灰能提高抗折强度，尤其是后期强度大幅度提高。

3)改善了抗磨性

水泥混凝土路面的抗磨性与强度成线性正比关系，随着路面抗折强度的提高，抗磨性也随之提高。

4)降低泌水率

由于机械配套的限制，国内滑膜摊铺多采用自卸车运输混合料，在运输过程中较严重的泌水率会导致混合料工作性能降低，卸料困难，降低工作效率，掺入粉煤灰可降低泌水率，有利于混凝土运输。

对于粉煤灰的作用机理的研究证明：在普通水胶比的情况下，似乎认为混凝土中掺粉煤灰只能增加混凝土的粘聚性，和易性使之不发生离析，而且还要降低一定的混凝土的前期强度，随着高效减水剂的应用与推广，可以使混凝土的水胶比大幅度降低，而使掺用粉煤灰的效果大大改善。这是因为在高水胶比的水泥浆里，水泥颗粒被水隔开，水化环境优异可以迅速地生成水化物，很好地填充浆体内空隙。粉煤灰虽从颗粒状来讲易于堆积密实，但水化缓慢生成的凝胶量少，因此在前期掺入粉煤灰的混凝土的强度和其他性能呈下降趋势。

在低水胶比的水泥浆里，不掺粉煤灰时高活性的水泥因缺水而不能充分水化，所以随着水灰比下降未水化的水泥颗粒内蕊增大，生成的水化物量下降，但由于颗粒间的距离减小，需要填充的空隙也相应减少，；因此混凝土强度也可得到迅速提高。若用粉煤灰代替部分水泥，因粉煤灰的水化反应缓慢使混凝土的实际水灰比增大，水泥水化反应加快混凝土的水化环境改善，而且随着粉煤灰掺量增大，愈加明显。水泥水化程度的改善更有利于粉煤灰作用的发挥，同时需要粉煤灰水化产物填充的空隙也大大减少，其水化能力差的弱点在水胶比低的条件下被掩盖。

大家都知道，温度升高水泥的水化反应加快，同时水泥强度等级的提高水泥研磨细度的加大，混凝土硬化时产生的温升也明显加剧，在达到升温峰值后的降温期间混凝土产生收缩引起弹性拉应力，另一方面混凝土水灰比的降低，早期水化反应加快，混凝土的弹性模量随强度的提高而增大，进一步加剧了弹性拉应力增长，同时混凝土的粘弹性对于弹性拉应力的松驰作用很小，这一切导致许多结构物初期就出现了表面裂缝。对于钢筋混凝土来讲，由于钢筋的约束和对拉应力的分散作用，使少量的可见裂缝转变为大量分散的不可见微观裂缝，它们将为侵蚀性介质提供通道，影响结构混凝土的耐久性，同时，较大的弹性拉应力还可能引起钢筋达到屈服点而滑移，从而可能影响结构的其他使用动能。

对于掺粉煤灰的混凝土来讲，粉煤灰延缓了水化速度减小混凝土因水化热引起的温升，减少了混凝土因温度的升高因开裂的危险，同时随环境温度的升高水化反应；火山灰反应明显加快，还可提高28天混凝土强度。

由于混凝土技术的飞速发展，使混凝土可以在比较低的水胶比条件下制作，使粉煤灰在混凝土中的作用出现显著的变化，在许多情况下可以起到水泥起不到的作用，成为优质混凝土必不可少的组分之一。

三．大量掺用粉煤灰的混凝土的前景

粉煤灰在混凝土中的作用如此重要，为什么粉煤灰混凝土长时间得不到很好的推广，这是因为目前许多规范中规定的钢筋混凝土中的粉煤灰掺量不超过25%，对配制中低强度的混凝土来说恰恰恰是最不利于发挥粉煤灰的作用，只有大量掺用粉煤灰降低水胶比，才能取得良好的效果。

大量掺用粉煤灰的混凝土不仅强度发展效果良好，而且各种耐久性能也十分优异。由于能够明显降低水化温度，也大大减小了早期出现开裂的危险可能，所以说是一种适用于除早期强度要求非常高以外，能够满足各种工程条件和施工要求，尤其是侵蚀性严酷环境的高性能混凝土。同时可以大幅度减少耗费能源多，污染环境严重的硅酸盐水泥用量，也是一种改善环保的有效措施。推广大掺量粉煤灰混凝土是一件与国与民有显著效益的事业，有强大的生命力和广阔的发展前景。

作者简介：李芳女（1969、09、27—）山西天镇人，1995年11月毕业于西安公路交通大学道桥专业，2005年6月毕业于长安大学土木工程专业，工程师；通讯地址：山西省大同市迎宾园3楼3单元5号