粉煤灰对混凝土性能的影响分析

牛颖兰（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

粉煤灰对混凝土性能的影响分析

牛颖兰（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

粉煤灰作为掺合料，在混凝土中的应用越来越广泛，在混凝土中掺入适量的粉煤灰，会对混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性等性能产生一定的影响。除此之外，还能节约能源，变废为宝，保护环境。

粉煤灰；混凝土；和易性；强度；耐久性；影响

在混凝土拌制过程中掺加一定量（适量）的活性矿物掺合料成为一种普遍现象，因粉煤灰具有许多优点，因此，在混凝土中的应用将更加广泛。它的广泛应用，一方面使废物得到了综合利用，在很大程度上保护了人们赖以生存的环境，并在一定程度上有效地节约了能源。另一方面，改善了混凝土的诸多性能。

1 粉煤灰对混凝土拌合物和易性的影响

混凝土拌合物的和易性主要包括三个方面，即流动性、粘聚性和保水性等。和易性是否良好，将直接或间接影响混凝土的浇筑质量、硬化后混凝土的强度及耐久性等性能。粉煤灰之所以会对混凝土拌合物的和易性产生较大影响，主要原因有以下两个方面：

1）粉煤灰这种废渣，其颗粒的形状较为理想，呈球形颗粒，在混凝土搅拌过程中，如同滚珠一样，减少了粗、细骨料颗粒间的摩擦力，因而使混凝土拌合物的流动性得以增大。

2）粉煤灰属于表面光滑的玻璃体颗粒，其结构表面致密，内比表面积较小，吸水性很差，同时粉煤灰颗粒还可填充于水泥颗粒间隙和絮凝结构中，占据充水空间，有效地把絮凝结构中的水分释放出来，从而在不增加单位用水量的条件下，使水泥浆体的流动性得以增大。除此之外，粉煤灰的掺入，还可改善混凝土拌合物的可泵性，减少高效减水剂的应用。尤其超细粉煤灰，其细度还要小于水泥颗粒的细度，可以截断混凝土内部毛细管泌水通道，从而减少泌水现象。因此，能改善混凝土的黏聚性和保水性，提高了混凝土内部组分的稳定性和抗离析能力，从而保证混凝土的均应性和可泵性。

2 粉煤灰对水化热的影响

用粉煤灰代替部分水泥用量，使得混凝土中的水泥用量减少，从而使水化速度快的硅酸三钙和铝酸三钙的含量相应减少，导致水化热、水化反应速度降低。水泥完成一次水化反应后，在此基础上，才能实现所谓“二次水化反应”。常温下，二次水化反应相对于一次水化反应而言，其速度慢，水化热小。

3 粉煤灰对混凝土强度的影响

粉煤灰对混凝土强度的影响主要体现在以下三个方面：

3.1 早期强度发展较慢，后期强度发展较快

混凝土中掺加粉煤灰后，因水泥用量的减少，使得在一次水化反应过程中形成的水化产物减少，导致混凝土的凝结硬化过程减缓，因此，混凝土早期的强度发展较慢。但后期，水泥的水化产物Ca(OH)2和粉煤灰的主要活性成分SiO2、Al2O3相互作用，生成一些具有水硬性的物质。其反应式如下：

由于水泥熟料的进一步水化和二次水化反应的不断发展，促使混凝土强度不断提高。因粉煤灰具有潜在的化学活性，因此，它的掺入会致使混凝土的早期强度发展缓慢，但后期使混凝土的强度得以加强，其最终确定不亚于未掺粉煤灰的普通混凝土。

3.2 降低孔隙率

碱性环境有利于粉煤灰活性的充分发挥，因此，粉煤灰水化反应须在水泥完成一次水化后尚可进行。粉煤灰中的活性成分和水泥水化后生成的Ca(OH)2反应生成一些新的凝胶物质，这种凝胶物质一方面改善了混凝土内部骨料与水泥石的界面性能。同时填充了混凝土内部的孔隙，并且在一定程度上减少了Ca(OH)2的含量，从而使混凝土的密实度和强度有所提高。

为了更好地发挥粉煤灰在混凝土中的作用，在实际应用过程中，还应根据工程的性质、特点以及工程所处环境要求等具体情况，通过试验来确定其最佳掺量。

3.3 减少拌合用水量

粉煤灰颗粒呈球形玻璃体，其粒体表面不吸水，又能释放水泥浆体絮凝结构中的水分，因此，在混凝土拌合物稠度不增加的情况下，可减少拌合用水量，使混凝土在硬化后其内部的孔隙率减少，泌水通道也相应减少，可使混凝土的强度有所提高。

4 粉煤灰对混凝土耐久性的影响

混凝土的耐久性亦是混凝土重要的性能之一，耐久性关乎混凝土的安全性和使用年限。因此，长期以来，在引起人们重视的同时，也在不断地进行摸索提高混凝土耐久性的有效途径。以下是粉煤灰对混凝土耐久性的影响分析。

4.1 对抗冻性及抗渗性的影响

4.1.1 对抗冻性的影响

混凝土抗冻性能的好坏主要取决于内因和外因两个方面，就内因而言，混凝土的强度、孔隙率及孔隙的形态特征等至关重要。混凝土中用粉煤灰取代部分水泥后，在水泥水化的早期和中期，所生成的水化产物相对较少，毛细孔增多，强度偏低。但在后期，随着粉煤灰的活性物质发生二次水化反应，新生成的物质会不断填充于水泥石的毛细孔隙，而使得混凝土强度增长幅度较大，其抗冻性也得以增强。尤其，在掺加粉煤灰的同时，再掺入适量的引气剂，大量微小的、稳定气泡的存在，一方面使得混凝土内部的闭口孔隙增加，有效切断了毛细管渗水通道，使其内部的充水程度降低。另一方面，气泡具有一定适应变形的能力，当开口孔隙中的水结冰形成水压时，尚未结冰的水会在水压力的作用下缓慢向气泡内渗透，在一定程度上可缓解因冰冻而产生的膨胀压力，使混凝土的抗冻性得以提高。

4.1.2 对抗渗性的影响

煤粉灰呈玻璃体球形颗粒，其形态效应可减少混凝土的拌合用水量，即降低了水胶比。一般而言，在保证易于施工操作的前提条件下，水胶比愈小，则混凝土硬化后的内部结构就愈密实，并可减少干缩5%左右。因此，其抗渗性也就愈高。

4.2 对抗化学腐蚀性能的影响

掺入一定量的粉煤灰，可降低混凝土中的水泥用量，在水泥一次水化反应和粉煤灰活性细粉的二次水化反应过程中，使水泥石中对强度和稳定性有不良影响的Ca(OH)2晶体大大减少，对水泥石性能有利的低碱水化硅酸钙凝胶却大大增加。同时还减少了水泥石与集料界面过渡区的厚度及过度区Ca(OH)2富集和排列的程度，对提高混凝土的抗化学腐蚀性能起到积极作用。

4.3 对抗碳化性能的影响

混凝土的碳化主要受到两个因素的影响，即混凝土内部的碱度与渗透性。在混凝土中掺入粉煤灰后，经过二次反应虽然降低了混凝土中的Ca(OH)2的含量，但与此同时又生成了具有凝胶性的物质，它们也能够吸收环境中的二氧化碳。因此，粉煤灰混凝土的碱度降低的程度并不明显，并且这种二次反应还可进一步降低混凝土内部的孔隙，从而显著地提高了混凝土的抗渗性。加之，空气中二氧化碳的浓度又很低，所以粉煤灰混凝土的碳化过程是十分缓慢的。

4.4 对抗碱—骨料反应的影响

目前，对于碱—骨料反应造成的混凝土结构的破坏，还没有办法进行根治，只能做到提前预防，碱—骨料反应的危害已引起人们的高度关注，并通过一些切实有效的途径来避免这种危害的发生。研究证实，粉煤灰的掺入，可降低水泥石中可溶性碱的含量。其次，粉煤灰与水泥水化所生成的Ca(OH)2反应，有效地降低了混凝土的PH值，使得混凝土中硅与碱的反应活性得到有效抑制。第三，混凝土中掺入粉煤灰，提高了混凝土的密实性，降低了水分向混凝土中的渗透的可能，从而避免了碱—骨料反应的发生。研究发现，用粉煤灰取代28%～40%的水泥，可有效抑制碱—骨料反应。

5 结 语

随着人们对粉煤灰应用的不断研究，粉煤灰作为一种很好的活性掺合料，对进一步发展高性能混凝土所起到的作用愈来愈得到人们的重视。粉煤灰在混凝土中的发展前景，因其自身的优势，不仅能改善混凝土的诸多性能，同时还可以获得良好的经济效益和社会效益。

[1]朱宏军，程海丽，姜德民．特种混凝土和新型混凝土［M］．北京：化学工业出版社，2004．

[2]黄士元．粉煤灰混凝土的特性及其在混凝土制品中的应用[J]．混凝土与水泥制品，1991,(1)．

[3]冯浩，朱清江．混凝土外加剂工程应用手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，1999．

[4]马坤林，谢友均等，粉煤灰对混凝土孔隙率及强度的影响[J]．粉煤灰综合利用,2007,(5)．

[5]王建华等．粉煤灰对水泥水化于强度的影响[J]粉煤灰综合利用2009,(5)．

[6]钱觉时，粉煤灰特性与粉煤灰混凝土［M］．北京：科学出版社，2002．

[7]吴志刚等．粉煤灰混凝土的抗碳化性能[J]．腐蚀与防护 ,2008,(10)．

Analysis on the influence of fly ash on the performance of concrete

Fly ash as admixture in concrete,used more and more widely,adding fly ash in concrete,has a certain influence on concrete workability,strength, durability and performance．In addition,it can save energy, waste,protect the environment．

fly ash；concrete；workability；strength；durability；influence

TU522．3+5文献辨识码：B

1003-8965(2017)01-0021-02

牛颖兰（1975-），女，甘肃通渭人，副教授，主要从事建筑材料教学与研究。