粉煤灰对高性能混凝土性能的理论分析

粉煤灰对高性能混凝土性能的理论分析

张宏伟

中铁北京工程局集团第六工程有限公司辽宁省沈阳市110000

摘要：由于粉煤灰具有活性效应、形态效应和微集料效应，其对混凝土的诸多性能均有改善作用，尤其在改善混凝土的流动性，降低早期水化热，提高耐腐蚀性能和提高抵抗各种变形的能力上尤为突出。粉煤灰作为混凝土的一种理想掺合料，利用了废弃物的同时，节约水泥用量，提高混凝土性能，减少环境污染，产生了良好的社会效益和经济效益。文章通过对粉煤灰的特性的研究，对混凝土产生的各种性能表现进行论述和理论分析。

关键词：粉煤灰；混凝土性能；理论；分析

粉煤灰的是在燃煤粉电厂锅炉所产生的烟气中得以收集的细粉末，该物质含有大量的由三氧化二铝与二氧化硅组成的玻璃体，是具备潜在活性的一种火山灰掺和料。由粉煤灰的外观来看，其表面十分光滑，呈球型颗粒，而在施工中将粉煤灰掺入，能够改善混凝土的性质，从而实现预期的效果。由此可见，对掺入粉煤灰后混凝土的性质进行研究，有着非常重要的意义。

1.粉煤灰的性能

1.1形态和颜色

粉煤灰的外观像水泥一样的流状固体，但是它的颜色却因为粉煤灰的组成成分和细度的不同而产生变化。粉煤灰有很多种类，所以其颜色也具有很多种，即使是相同成分的粉煤灰，因为成分所含量的多少颜色也会有所变化，如低钙粉煤灰，它的颜色就会根据碳的含量变化从乳白色变化为灰黑色。

1.2粉煤灰的需水量比

粉煤灰的优越性表现在将他掺入到混凝土中，不会像其他类火山灰那样增加混凝土中的用水量，而且相反，粉煤灰还可以降低混凝土中的用水量。

目前，需水量比指标已经被做为粉煤灰的质量指标，许多建筑工程在购买粉煤灰时也要根据其需水量比指标进行质量的验证，以保证混凝土的质量。

1.3粉煤灰的活性指数

粉煤灰与火山灰不同，它的组成颗粒中并不是全部具备火山灰的特性。但是，在经过一系列的化学变化后也会呈现出火山灰的特性，如，将组成成分中具备含有硅酸离子的盐类物质放入碱性溶液中就会让粉煤灰显现火山灰的性质。

1.4粉煤灰的固定性和干缩性

粉煤灰的固定性主要是指粉煤灰对混凝土的耐久性的影响程度，这种性质虽然与粉煤灰的化学性质有关，但确是一个物理指标。而干缩性则是被作为粉煤灰的另一种指标，用它来表示粉煤灰的非强制性。

1.5粉煤灰的烧失量

烧失量是用来衡量粉煤灰中未被燃烧完全的碳的含有量。因为，碳一直被认为是影响混凝土的耐久性的物质，所以，以烧失量的大小来确定粉煤灰对混凝土的影响。然而，目前经过大量的验证，结果已经显示粉煤灰中的碳是稳定的，不会对混凝土的性质造成有害影响。但由于碳本身所具备的多孔的特性，它对空气中的水分的吸收会降低混凝土的强度。

1.6粉煤灰的含水量

粉煤灰中的含水量一般是通过其成分中的碳在空气中所吸收的，减低了粉煤灰的活性，使它产生了粘附力。所以，在对粉煤灰进行运输和储存时，对它的含水量一定要加以控制，以免改变粉煤灰的性质。

2.粉煤灰对混凝土产生各项性能的原理分析

2.1粉煤灰的“润滑作用”

在显微镜下显示，粉煤灰中含有70%以上的玻璃体（玻璃微珠或空心玻璃微珠），该玻璃体粒形完整、表面光滑、质地致密。这种形态对混凝土而言，能起到减水作用、润滑作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。

2.2粉煤灰的“增强作用”

结构混凝土中掺用高质量粉煤灰等掺合料及适宜外加剂的“双掺”技术，是制作高性能混凝土的重要技术手段之一。在结构混凝土中单纯使用水泥，不掺用粉煤灰等掺合料时，则不具有高性能混凝土的品质，其主要原因是单纯水泥水化硬化后，水泥的水化反应生成物有水化硅酸钙、水化铝（铁）酸钙、氢氧化钙和水化硫铝酸钙等，其中的氢氧化钙和水化铝酸钙是导致水泥混凝土耐久性差的根源，特别是氢氧化钙大片状结晶，在有（压）水渗透的条件下，首先被软水溶出，造成软水侵蚀，同时导致混凝土的孔隙率增大，抗渗性、耐水性及抗氯盐渗透性变差，更容易发生冰冻、盐冻、碱集料反应和钢筋锈蚀等破坏；当同时发生硫酸盐侵蚀时，硫酸根将与氢氧化钙和水化铝酸钙一起，在硬化混凝土中，生成高硫型水化硫铝酸钙，这就是俗称的“水泥杆菌”。如果将混凝土配制成以耐久性指标作为重要基本特征的高性能混凝土，在其水泥水化产物中，就必须设法减少或消除氢氧化钙这种有损强度、耐久性的大结晶体。粉煤灰等活性掺合料具有与水泥水化生成的氢氧化钙反应的特性，活性掺合料与氢氧化钙发生的反应比水泥水化滞后，称作“二次反应”，粉煤灰等活性掺合料的主要成分是氧化硅和氧化铝，二次反应的生成物依然是水化硅酸钙和水化铝酸钙胶体，水化硅酸钙和水化铝酸钙是水泥石中提供强度的主要矿物来源。这就不仅使耐久性改善，而且使混凝土强度提高。

2.3粉煤灰的“微集料效应”

（1）粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显的改善和增强混凝土及制品的结构强度，提高匀质性和致密性。

（2）经试验研究表明，粉煤灰自身粒度分布合理，总体粒度为0.5～300微米，其中玻璃珠粒径在0.5～5微米部分的含量约占总质量的50～70%，是粉煤灰组成的主体，还有一部分漂珠和少量粗粒的海绵颗粒5～300微米，由此可见粉煤灰自身颗粒级配也非常良好。

3.粉煤灰的“填充作用”

硅酸盐水泥的比表面积为300～350m2/kg、平均粒径约为10.4微米；粉煤灰的比表面积为2000m2/kg、平均粒径约为0.95微米；由此可见粉煤灰的粒径比水泥更细、约是水泥粒径的1/10，可填充于水泥颗粒间隙之间，使水泥混凝土结构更加密实。

结语

掺入大量粉煤灰对混凝土的性能有着诸多的影响，不但降低了混凝土的水化温升，节约了水泥用量，而且大大的提高了混凝土的性能。所以，在混凝土的施工中，应当重视混凝土的使用，以有助于建筑施工经济效益和社会效益的不断提升。

参考文献

[1]唐修生黄国泓.阻锈剂对海砂高性能混凝土的性能影响[J].人民长江，2011，15（15）：18-20.