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粉煤灰在混凝土中的作用摘要：粉煤灰作为一种重要而已被普遍利用的混凝土辅料，一般具备改变基准混凝土的新拌、硬化和工作性能的能力。通过试验，从粉煤灰的反应机理出发，介绍了在混凝土中，用不同掺量的粉煤灰替代水泥，在混凝土配合比试验中，粉煤灰的基本活化效应对混凝土工作性的影响。关键词：粉煤灰效应工作性耐久性1引言粉煤灰是由电厂粉煤炉烟道气体中收集的细粉末，含有大量的SiO2和AI2O3，、Fe2O3，由于粉煤灰具有潜在的火山灰活性F在混凝土中掺入适量粉煤灰，在节约成本的同时能显著改善混凝土和易性性能，若保持混凝土和易性不变，则可减少用水量，从而提高混凝土的密实度和强度。不仅如此，适量掺入粉煤灰还能降低混凝土的水化热，从而减少混凝土裂缝的产生，提高混凝土耐久性。本人将通过实例结合在工作中多年积累的实践经验对粉煤灰在混凝土中产生的作用进行阐述和论证，旨在探讨粉煤灰在混凝土中的作用机理，对混凝土性能产生的影响，以供同行参考，欢迎指正。2．粉煤灰效应作用原理在粉煤灰的四大效应中，形态效应是作为物理层面起作用，活性效应是粉煤灰的化学性能，而微集料效应则是同时具有物理和化学两种作用。这四种效应相互关联，相互促进，互为补充。形态效应和微集料效主要和混凝土的工作新和耐久性有关。而和混凝土强度最相关的火山灰效应是指粉煤灰有利于混凝土中的胶凝数量的增多和结构的增密。应粉煤灰的品质越高，各种效应的影响越大，对混凝土性能也会产生不同的影响。所以我们在应用粉煤灰时应根据混凝土的实际需求和水泥、粉煤灰的不同品质来选用适宜的粉煤灰掺量，以使混凝土达到最佳性能。2.1粉煤灰在混凝土中的作用特性2.1.1取代效应特性由于粉煤灰的结构聚合度大，在常温下化学性质比较稳定、活性低、水化反应速度非常缓慢，作为胶凝材料取代水泥，使得混凝土水化热降低，有助于控制早期升温快，使得混凝土的耐蚀性、耐热性提高，早期强度增长减慢。2.1.2粉煤灰的“形态效应”特性质地致密、粒形完整、表面光滑的粉煤灰对混凝土而言，无疑能起到减水作用、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。2.1.3粉煤灰的“火山灰效应”特性粉煤灰的“活性效应”因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“火山灰效应”。粉煤灰的水化反应过程滞后于水泥熟料的水化反应过程，称之为二次水化。二次水化的存在一方面使水化反应过程拉长，粉煤灰的火山灰效应一方面消耗了混凝土中水泥的水化产物。另一方面，二次水化产物填充于硬化后混凝土的毛细孔中，使混凝土中的空隙细化、结构改善，空隙率降低，密实性增大，在混凝土中能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织，提高混凝土的抗腐蚀能力。2.1.4粉煤灰的微集料效应特性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。3.试验材料，3.1.水泥我国水泥生产技术的进步，熟料的煅烧质量不断提高，多品种的水泥的很多，在本试验中，选用上海万安PⅡ42.5的硅酸盐水泥，水泥的物理性质见表1：表1：上海万安PⅡ42.5的硅酸盐水泥技术指标抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)比表面积cm2/g凝结时间（min）标准稠度用水量（%）3天28天3天28天初凝终凝24.147.55.68.33284135260128安定性合格2.2粗细骨料骨料在混凝土中起到填充、传递应力、抑制收缩和防止开裂的作用，在粉煤灰混凝土中，必须降低骨料的孔隙率，减少浆体用量，选用质地坚硬、洁净规格为5~31.5mm连续级配的碎石和产自闽江的优质天然河沙，主要性能指标见表2：表2：砂、碎石的技术指标原材料表观密度（Kg/cm3）堆积密度（Kg/cm3）孔隙率（%）含泥量（%）细度模数（%）针片状含量（%）压碎指标（%）碎石26501460440.3-86.7砂26301498430.52.8--表3:砂、石筛分累计筛余量（%）筛孔尺寸31.5mm25.0mm20.0mm16.0mm10.0mm5.00mm2.50mm1.25mm630μm315μm160μm碎石0——86—100—————砂—————272296991003.3粉煤灰粉煤灰种类较多，Ⅱ级使用的教广，选用上海新宝品牌的Ⅱ级，其性能技术指标见表4：表4：Ⅱ级粉煤灰技术指标检验项目烧失量%细度45µm%需水量比%三氧化硫%含水量%检验指标2.07.4940.60.13.4外加剂外加剂在拌制混凝土过程中加入，用以改善混凝土性能的，调节凝结时间和硬化时间，是生产各种高性能混凝土不必不可少的组份，选用浙江五龙高性能聚羧酸外加剂，其性能技术指标见表5：表5：外加剂技术指标检验项目净浆流动度（mm）PH值(﹪)1h经时变化量（mm）减水率氯离子含量（%）含气量（%）密度（g/cm3）检验指标2805.64025.60.0184.61.0513.5水混凝土拌制和养护水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。凡是能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土，其性能技术指标见表6：表6：水技术指标检验项目PH值不溶物（mg/L）可溶物（mg/L）氯离子（CL－mg/L）检验指标6.22493722254.试验方法4.1粉煤灰混凝土配合比粉煤灰代替水泥采用固定掺量比法，配比过程中采用强度等级C3O进行试验，各试配一组普通硅酸盐水泥基准混凝土和3组粉煤灰混凝土。搅拌、成型，养护均按国家标准来执行。粉煤灰替代水泥掺量见表7：表7：粉煤灰替代水泥掺量编号粉煤灰/%水泥/kg水/kg砂/kg石/kg外加剂/kg5~16mm16~31.5mm基准035018310.4855.65510.5000.05611031518310.4855.65510.5000.05621529718310.4855.65510.5000.05632028018310.4855.65510.5000.0564.2实验结果为了全面解释粉煤灰混凝土强度的变化规律，分别进行3天、7天、28天、60天的抗压强度试验其试验结果见表8：编号抗压强度流动性能抗渗性能3天7天28天60天坍落度（mm）渗水高度（mm）基准15.672860155110112.830.138.942.516058212.625.635.541.216046311.225.033.140.5180355试验结果分析5.1参加粉煤灰的混凝土早期强度较低，后期强度相等或高于水泥混凝土从表8试验数据看出，混凝土在任意给定龄期下的强度和强度增长率受粉煤灰、所用水泥及各自的比例等特性的影响。粉煤灰取代水泥后，早期强度低于水泥混凝土强度或变化不大，强度持续增长主要体现在28天的后期强度。粉煤灰的取代效应和火山灰效应决定了粉煤灰在早期强度增长率较慢，粉煤灰颗粒与水泥中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙胶凝，随着龄期的增长，粉煤灰与氢氧化钙生成的水化硅酸钙胶凝不断增多后期强度不断增进，甚至超过水泥混凝土的强度。综合来看，粉煤灰效应对混凝土强度的影响过程是随龄期的增长从负效应逐渐向正效应转变的过程。5.2在粉煤灰的作用下，混凝土拌和料的工作性能得到改善，提高其工作新混凝土的工作性是保证混凝土在施工时便于振捣密实，不产生分层、离析和泌水等现象。粉煤灰呈球状颗粒，表面为致密的玻璃体结构，吸水性小，加入到混凝土中可以起到圆球的作用新拌混凝土中水泥颗粒容易聚集结团，粉煤灰的掺入不仅具有较好的减水性，更可以有效分散水泥颗粒，使水泥水化更充分，释放出更多的浆体来润滑骨料，提高混凝土的流动性和水泥浆的密实度，使混凝土具有更好的保水性和工作性，有利于混凝土拌和料泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。5.3粉煤灰混凝土结构，密实抗渗性能的提高，混凝土的防扩散性和抗渗性的关键是封闭贯穿的毛细孔道，从28天抗渗试验结果分析，在粉煤灰掺量很高的情况下，混凝土仍具有良好的抗渗性能。掺量在20%的混凝土其渗水高度达到最小，足以证明混凝土的密实性。在粉煤灰混凝土中，粉煤灰的形态效应可以减少新拌混凝土的单位用水量并能降低初始水灰比，活性效应所形成的凝胶对应替代的水泥而减少凝胶的数量上起到补充作用，这使混凝土的抗渗性能得到改善，微集料反应直接“细化”空隙并填塞细孔的通道。由于二次水化作用，致使混凝土界面结构得到改善，提高混凝土的密实度，加强其抗渗能力。6.结论综上所述，在混凝土强度等级相同的条件下，掺入适量优质粉煤灰，混凝土中因其发生“粉煤灰效应”，可改变混凝土内部结构，使混凝土密实性提高，可以改善混凝土的工作性和耐久性。随着对粉煤灰认识的逐渐深入，粉煤灰混凝土应用技术日臻成熟，粉煤灰已经成为对混凝土改性的重要组成部分。工程建设的大量发展，充分利用粉煤灰混凝土，可综合利用工业废料、减少资源和能源的消耗、减少温室气体的排放，促进混凝土工业向可持续发展的目标迈进。