粉煤灰对水泥混凝土性能的影响

代伟红

（云南省公路工程监理咨询有限公司，云南昆明 650000）

1 粉煤灰的基本特性与应用现状

1.1 粉煤灰的物理特性

粉煤灰的外观通常是松软而且光滑的，以颗粒状呈现，直径较小，拥有比较大的比表面积。粉煤灰主要是由形态各异的颗粒组合而成的一种混合物，其颗粒主要是以非晶质的玻璃质体为主，是一种颗粒状的球形玻璃质。除了玻璃质，粉煤灰还有莫来石、石英、以及少量的水云母、绿泥石、方解石等。粉煤灰的不规则颗粒不仅有多孔玻璃体，还有多孔碳粒以及其他的碎屑和一些复合颗粒。

在外荷载的作用下，粉煤灰是具有一定的压缩性的，比起粘性土，它的压缩变形要小得多，而且粉煤灰的毛细现象非常强烈，毛细水的上升高度和压实度有着密切的关系。

粉煤灰的物理活性中主要包括粉煤灰的集料和微形态效应，粉煤灰的物理活性能够提升混凝土制品中的胶凝活性，提高、改善混凝土制品的品质性能。粉煤灰的物理活性能够被全部直接利用，其利用价值、使用价值极高，是粉煤灰前期活性的主要来源。

1.2 粉煤灰的化学特性

粉煤灰的化学活性主要是指，在常温下，粉煤灰中的可溶性成分与水和石灰石等产生化学反应的现象，由化学反应所生成凝胶体，从而使其在空气以及水中进行硬化出现强度性质。

粉煤灰属于火山灰质材料的一种，主要来源是煤中的无机组分，煤中的无机组分主要主要以黏土矿物为主，其次，还含有少量的黄铁矿、石英以及方解石等矿物质。粉煤灰的粒度较细，在遇水的条件下能够与碱土金属或者碱金属发生反应，形成胶凝性产物。

还有一种粉煤灰为硫钙型粉煤灰，这类粉煤灰中的硅铝含量相对较少，石灰和硫物质的含量相对比较高，属于高钙灰的一种，其自硬性非常强。

粉煤灰中游离的石灰和没有燃烧完的碳，是施工中对工程有重要影响的要素，石灰的游离状态会对粉煤灰产生的火山灰反应有影响，没有燃烧完的碳能够影响其压实性。而粉煤灰中的硅、铝成分，形成了活性成分，使粉煤灰的密度相对较小，从而使粉煤灰在公路的利用中发挥优势。

1.3 粉煤灰的品质和应用现状

近些年，粉煤灰在混凝土中的掺量不断提高，应用范围不断拓宽，其整体用量呈现逐年递增的状态，在某些地区甚至达到了供不应求的状态，这也就导致粉煤灰的价格随着需求的增加而不断上涨。

这一现象给粉煤灰的质量监管带来了更大的挑战，如果混凝土公司对于粉煤灰的进场把控不够严格，会导致将劣质粉煤灰应用到工程施工中，这样会使工程的质量面临着非常大的安全隐患。

2 粉煤灰对水泥混凝土性能的作用

2.1 能够使混凝土温度降低

水泥与水发生的化学反应属于放热性反应，混凝土的热传导性能相对较差，其内部发生水化反应时会出现水化热的堆积情况，从而导致温度大幅度的上升。但是由于水泥的表面温度相对较低，与温度较高的内部相反，内外出现较大的温度差，导致混凝土的内部出现拉应力，此时的拉应力可能会超过当前混凝土的抗拉强度。

随着时间的推进，混凝土的内部会出现温度下降的现象，此时，混凝土的内部很可能会再次发生拉应力，这种现象很容易使混凝土开裂。

混凝土内部水化放出的热量所出现的峰值与温度有很大的关系，在混凝土中加入粉煤灰，可以有效的限制混凝土温度所达到的峰值，避免造成内外温差过大，能够有效的预防混凝土出现开裂的情况。

2.2 能够减慢混凝土凝结的速度

粉煤灰所特有的性能和化学组成，使其在混凝土中具有微集料和填充密室的作用，此外，还具有不同程度的表面吸附以及火山灰的效应。

正是因为具备这些作用，所以粉煤灰对混凝土中的内部孔结构起到改善的作用，可以对混凝土内部的凝胶组分进行水化的速度的带来影响，能够有效推动混凝土的强度发展，充分改善水化产物的组成及其构成，对混凝土结构界面过渡区的功能性有重要的改善作用，从而优化混凝土综合功能性。

2.3 能够改善新拌的混凝土的工作性

对于新拌的混凝土来说，粉煤灰对其工作性有很好的改善作用，这些改善作用，主要表现为：在和一般混凝土具有相同的流动性时，加入粉煤灰能有效降低混凝土的用水量。通过用水量的大量减少，能够给新拌混凝土的和易性提供良好的基础，能够有效的减少硬化粉煤灰混凝土中出现收缩裂缝的概率。

此外，加入粉煤灰还能有效提升硬化混凝土的强度，使硬化混凝土出现体积变化的概率降低，更好的提升新拌混凝土的性能。所以，新拌粉煤灰的减水率是粉煤灰混凝土的首要性能参数[2]。

3 粉煤灰对水泥混凝土性能造成的不良影响

3.1 影响混凝土拌合物的和易性

混凝土拌合物的和易性主要在三个方面表现：粘聚性、流动性以及保水性。混凝土拌合物的和易性指的是流动性、粘聚性以及保水性的综合体现，混凝土的这三种特性之间是一种相互关联、同时又存在着矛盾的关系。因此，混凝土和易性的3 种性质在某种特定施工工艺的条件下是相互矛盾统一的。

和易性是一种综合性的技术性质，和易性与施工工艺之间存在着密切关系。

混凝土的颗粒大小与形状在施工中都是较为理想的，其圆球形的外表，在混凝土搅拌的过程当中，能够像滚珠一样进行滚动，使粗、细骨料颗粒之间产生摩擦力，从而增大混凝土拌合物的流动性。

粉煤灰是表面光滑的玻璃体颗粒，内部表面积比较小，且表面结构较为致密，吸水性比较差。粉煤灰的颗粒能够在水泥颗粒的间隙和絮凝的结构内进行填充，占据冲水空间，从而能够使絮凝结构中的水分得以释放。这样可以在单位用水量逐渐增加的情况下，加大水泥浆体的流动性。

不仅如此，将粉煤灰掺在混凝土中，还能有效改善混凝土拌合物的可泵性，使高效减水剂的投入使用降低，尤其是超细的粉煤灰，其应用效果更好。颗粒度细小的粉煤灰颗粒细度比水泥要小得多，能够更好的对混凝土中的泌水通道进行截断，大大改善混凝土的泌水情况。

因此，将粉煤灰掺加到混凝土中，能够提高混凝土的粘聚性和存水性，这样对混凝土内部组分的稳定性和抗离析性能有很好的改善作用，能够保证混凝土的均匀性和可泵性。

3.2 影响混凝土拌合物的强度值

混凝土的抗压强度值，通常是对混凝土进行质量评定的一项重要指标，水泥是真正的凝胶材料，是各种材料在混凝土中得以充分结合的重要纽带，但其极易遭到破坏，使用部分粉煤灰取代水泥后，粉煤灰则不会在水泥浆体中发生化学反应。

粉煤灰中含有大量的火山灰质活性料产物结合的水化产物，在混凝土成型后，很可能会导致早期混凝土的强度有所降低，但随着时间变化，混凝土后期的强度则会等于甚至高于普通的混凝土。

3.3 影响混凝土拌合物的耐久性

混凝土的耐久性是一个综合性较强的问题，提升其耐久性的两个重要因素为混凝土的抗冻性与抗碳化能力。粉煤灰能够有效的改善混凝土的性能，不仅仅能够取代水泥，还能提高混凝土的耐久性、减少能源消耗、降低环境污染。混凝土耐久性的提高和完善，是工程发展的需要，是推动建筑可持续发展的重要因素。

将粉煤灰掺入混凝土能够有效降低混凝土的水化热，防止混凝土热应力而产生的裂缝的同时，能够充分降低硬化混凝土的渗透性、提高混凝土耐化学的腐蚀能力，还能有效降低氯离子的渗透速率等等，对混凝土的性能有极大的优化作用。加入粉煤灰的混凝土密实性得到了明显提升，其自身的抗侵蚀能力也得到了提高，混凝土的使用寿命也得以延长。

抗冻性：生物体内因被冷却而出现冰晶后依旧能够生存的特性就是该生物的抗冻性，粉煤灰混凝土掺入粉煤灰后的混凝土，其的抗冻性主要是由强度进行决定的。混凝土中的引气量和强度对普通混凝土和粉煤灰混凝土的抗冻性都起到了重要的决定性作用，试体的密实程度在很大程度上影响着其抗冻性，混凝土的强度越大，则满足抗冻性所需要的引气量就越低，所以，粉煤灰的增加反而会使混凝土所具有的抗冻能力降低。

抗碳化能力：混凝土中的碳化反应指的是，混凝土中的氢氧化钙在与碳酸气、含有碳酸气的水在相互作用的情况下形成碳酸钙反应的情况，即常说的“碳酸气”作用。根据碳化程度的不同，可以将其分为3 个区，分别为内部的未碳化区、中部的碳化反应区和外部的完全碳化区。在混凝土中加入粉煤灰，会使其碳化的速度比相同强度的基本混凝土有不同程度上的提高。碱性与渗透性，是影响混凝土碳化速率的两个基本因素，当碱性的强度在一定程度上高于渗透性的时候，二者才能拥用相同的抗碳化能力。

渗透性：粉煤灰的渗透性是一项综合指标，主要包括透水性、透气性以及透离子性等等，渗透系数的大小会随着粉煤灰压实度的大小发生反方向的变化。粉煤灰会因活性效应而生成水凝胶，这些水凝胶对水泥被取代而导致凝胶数量减少起到了补充的作用，从而使混凝土的强度提高。

对钢筋的耐锈蚀性：在混凝土中加入粉煤灰，可以改变传统混凝土对钢筋的锈蚀弊端，混凝土中的氯离子发生碳化和渗透极其容易导致导致锈蚀，而加入粉煤灰并将其控制在合理的范围之内，则能有效控制混凝土内部碳化的深度和程度，使混凝土内部的碱度降低，从而提高混凝土内部结构的密实性，在一定程度上改善钢筋的耐锈蚀性。

3.4 影响混凝土拌合物的泌水性

泌水是指混凝土在摊铺之后、凝结之前从外观可以看到的一种表面出水的现象。混凝土在运输、泵送以及振捣的过程中会出现粗骨料下沉、而水分出现上浮的现象，这种现象被称为混凝土泌水。

混凝土出现泌水现象会引起麻面、塑性开裂以及表面混凝土强度降低等一系列问题，这会造成极大的经济损失。在混凝土中加入粉煤灰可以有效改善这一问题，粉煤灰中含有较多的微细颗粒，这些颗粒对于截断混凝土的内泌水通道起到了帮助的作用，所以，掺和粉煤灰能够减少混凝土的泌水，同时减少因泌水导致的一系列问题[3]。

3.5 影响混凝土拌合物的泵送性

泵送性能指的是，当混凝土的拌合物通过输送管道时，能够顺利通过且不会堵塞、不发生离析、且塑形效果良好的特性。泵送剂属于流化剂中的一种，它不仅能够极大的提高拌合物的流动性，而且能够保证混凝土在短时间内保持其流动性，其余的坍落度要大于初始的55%。

粉煤灰的颗粒细度与水泥相接近，甚至比水泥更细，且粘性更强，粉煤灰的这一特性大大提高了混凝土的抗离析能力，从而增加了混凝土的稳定性，对水泥浆体提供了补充的细颗粒，保证混凝土的可泵性与匀质性。

掺入了粉煤灰的混凝土，其坍落度损失更小，凝结的时间比普通混凝土时间要长，这一优势使得混凝土所允许的运送时间和输送距离增加，从而增加了泵送混凝土所应用的范围，改善了混凝土的泵送性能，使得泵送机械的使用寿命得到延长。

混凝土拌合物的泵送性能与很多因素都是息息相关的，而其中最主要的就是水泥浆体的数量和水泥浆体的黏度，通过对粉煤灰的运用，能够有效提高混凝土混合物的泵送性。

4 大量加入粉煤灰的注意事项

虽然粉煤灰对混凝土的性能有很大的提升作用，但这并不是意味着可以一味的将大量粉煤灰加入到混凝土。所以在进行粉煤灰添加时，必须注意以下事项。

气温过低时，要主要采取适当的保温养护措施，可以延缓拆模时间，保证混凝土的硬度和强度能够满足施工的需求；在进行混凝土配置的时候，要保证骨料级配性能，以便能够减小孔隙率，保证使用效果；虽然一般情况下不需要进行喷雾或者浇水养护，但大量加入粉煤灰的混凝土坍落度应控制比普通混凝土减小，所以在进行浇筑后，要及时的对混凝土进行养护剂喷洒或者将外露表面进行覆盖；一定要选用强制性的搅拌机对粉煤灰混凝土进行搅拌，这样才能有效保证其均匀性。由于粉煤灰混凝土较为粘稠，所以在出机口、罐车的进料口、入泵口以及摊铺过程一定要注意采取相应的措施[4]。

5 结语

综上所述，目前，粉煤灰是混凝土生产过程中的常用材料之一，将粉煤灰掺入到混凝土中，对混凝土有诸多有利影响，不仅极大的改善了水凝土的性能，提高了混凝土的强度以及密实度，而且能有效节约水泥的用量，降低施工成本，同时，充分利用工业废渣，对节约资源、保护环境也有一定的作用，有利于社会效益。