碱激发粉煤灰混凝土研究

周世腾　张东生

（宁夏大学土木与水利工程学院　宁夏银川　750021）

引言

碱激发粉煤灰混凝土不仅具有良好的经济与环境效益，与普通硅酸盐混凝土相比具有强度高、抗冻性好，耐酸碱腐蚀等优异性能。但碱激发粉煤灰混凝土的力学性能和耐久性会受诸多因素影响，本文总结了国内外文献关于碱激发粉煤灰混凝土的研究进展，为碱激发粉煤灰混凝土的应用提供借鉴。

1　碱激发粉煤灰混凝土

20世纪30年代，国外学者Purdon等[1]发现一种现象：NaOH会加快水泥水化，产生这一现象的主要原因是由于NaOH的存在，加速水化产物硅酸钠和偏铝酸钠的生成，从而加速与CH反应生成水化硅、铝酸钙，这一过程会重新生成NaOH，从而形成一个“良性循环”的过程，由此提出“碱激发”理论。我国开展此类研究相对较晚，晚于西方国家约40年时间，但我国也取得了大量研究成果。

1.1　激发剂对碱激发粉煤灰混凝土性能的影响

Palomo[2]等人研究了激发剂对碱激发粉煤灰的影响，针对NaOH，KOH，钠水玻璃（Na2SiO3）和钾水玻璃（K2SiO3）四种碱激发剂，研究对粉煤灰的激发效果。结果表明硅酸盐溶液比氢氧化物更能促进水化；同时NaOH溶液比KOH更能激发粉煤灰，这一现象可能是由于KOH溶液OH-离子浓度过高。硅酸盐溶液中增加SiO2的浓度可以降低样品的孔隙率，使样品具有更加致密的结构。目前，关于粉煤灰的激发效果的研究中，多数学者研究表明：水玻璃与碱的复合激发剂效果最好。Rees[3]等针对粉煤灰混凝土早期凝胶相的形成过程，采用了原位红外光谱仪的方法，研究结果表明：NaOH溶液与水玻璃复掺，能够提高粉煤灰混凝土的反应速率、加速凝胶相形成。

硫酸盐同样能激活粉煤灰，因为SO42-能与粉煤灰溶解出的AlO2-、Ca2+作用生成Aft（钙矾石），破坏溶液中AlO2-的浓度平衡，加速粉煤灰玻璃体中Al2O3的溶出，使粉煤灰玻璃体加速溶解[4]。

1.2　粉煤灰性质对碱激发粉煤灰混凝土性能的影响

Kumar等研究表明：粉煤灰被磨细之后，其活性被大幅度提高，与未磨细粉煤灰相比，采用磨细粉煤灰制备的碱激发粉煤灰混凝土强度可提高1倍左右。Buchwald等研究表明：碱激发粉煤灰混凝土CH含量越高，其强度越高，尤其是随着龄期延长，这一现象更为明显[5]。

碱激发粉煤灰混凝土的强度由粉煤灰中活性SiO2、Al2O3的含量决定，两者呈现正相关函数，同时适当增加原材料中CaO的含量有助于较好的提高碱激发粉煤灰混凝土的力学强度；但值得注意的是CaO会缩短浆体凝结时间，甚至会出现瞬凝的情况，这会对其后期强度的发展造成不利影响。

低钙粉煤灰已经广泛应用于粉煤灰混凝土的研究，而高钙粉煤灰，由于其含有较多的游离氧化钙。作为掺合料易引起混凝土的安定性不良，作为碱激发材料，浆体闪凝，不易成型，所以研究较少。但近年来，高钙粉煤灰的排量逐渐增加，有的地方甚至超过低钙粉煤灰，所以开发利用高钙粉煤灰也逐渐得到重视。

1.3　养护制度对碱激发粉煤灰混凝土性能的影响

由于粉煤灰活性较低，因此强度发展需要较长的时间，针对这一突出问题，一般建议采用高温养护。采用高温养护制度对粉煤灰混凝土展开了研究：试件前2h均采用95℃密封养护；之后分3种情况：150℃干热养护6h、95℃蒸汽养护6h、95℃密封养护6h。结果发现95℃密封养护8h对其强度发展最有利。

进行高温养护时，碱激发粉煤灰混凝土中途常温放置一段时间是可取的，结果发现成型试件高温养护24h再常温放置24h的试样强度与未经常温放置而直接高温养护的试样，一个月后其强度相当。

2　展望

目前关于碱激发粉煤灰混凝土的研究已存在较多，但较少能够应用于实际工程中。要实现区域性应用，还需要解决很多问题。其一：粉煤灰作为工业废弃物，其活性成分、微观结构等存在较大差异，造成性能稳定不足。因此，如何解决这一问题，将十分重要。其二：关于激发剂种类、用量、原材料含钙量、养护制度等对碱激发粉煤灰混凝土结构额性能的影响规律、机理等，均有待进一步展开系统深入的研究。