粉煤灰在混凝土中的应用.doc

粉煤灰在混凝土中的应用 摘要我国的能源以燃煤为主，每年都有大量的粉煤灰排放，不仅占用土地，而且对环境造成很大的危害。由于粉煤灰对混凝土具有火山灰效应、形貌效应、填充效应等，近年来，越来越多的工程中使用粉煤灰为掺合料添加在混凝土中，使得混凝土的性能得到进一步的改善，同时降低了混凝土的成本，节约了资源。 关键词粉煤灰；混凝土；作用；性能 Abstract Chinas energy is mainly coal fired, and a great deal of emissions of fly ash not only occupying the land, but also causing great harm to the environment. As fly ash has pozzolanic effect, morphology effect, filling effect to concrete, in recent years, a growing number of projects use fly ash as admixture added to the concrete, making the concrete perance further improved, while reducing the cost of the concrete, and save resources. Key words fly ash; concrete; role; perance 中图分类号TU528.52文献标识码A文章编号2095-2104（2012） 一 引言 二十世纪七十年代，美国佛罗里达州运输局在建造跨越Tampa海湾分段预应力桥梁阳光高架桥工程中，掺用了大量粉煤灰，工程取得了意外的成功。与此类似，我国港口工程建设部门通过试验研究，并在深圳盐田港建设过程中进行试用的基础上，于2001年颁布的交通部行业规范海港工程混凝土防腐蚀技术规范里规定“在受侵蚀作用严重的环境中应采用高性能混凝土，高性能混凝土中应掺有矿物掺合料，其中粉煤灰掺量为25～50，磨细矿渣掺量为50～80，硅灰掺量为5～10。” 近些年来，掺有矿物掺合料，主要是粉煤灰的混凝土在各种结构工程中的应用日益普遍，粉煤灰混凝土的耐久性能较一般混凝土要好，其建筑物的使用寿命增加，减少了国家的经济投入。 二、粉煤灰对混凝土性能的改变可以分为三个阶段 2.1 新拌混凝土阶段 2.1.1 凝结时间 由于粉煤灰具有火山灰的性质，混凝土中掺加粉煤灰后要推迟混凝土的凝结时间。随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的凝结时间就越长。掺加粉煤灰后混凝土的用水量减少，而凝结时间则相应的延长。粉煤灰掺量为25的混凝土的延长时间如表1所示。不同的粉煤灰对混凝土的凝结时间有不同的影响，试验所用粉煤灰为Ⅱ级灰。 表1 2.1.2 和易性 一般常采用超量取代法设计粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土中胶凝物质水泥和粉煤灰数量增加。粉煤灰的比重较轻，因此，相同重量的情况下，粉煤灰的体积大于水泥的体积。胶凝材料的浆体体积增加将使混凝土具有较好的可塑性和粘性，这些都将改善混凝土的和易性。 粉煤灰对混凝土和易性的改善还有以下几点1优质粉煤灰中含有70以上的球状玻璃体，这些球状玻璃体表面光滑无棱角，性能稳定，在混凝土的泵送、振捣过程中起着一种类似于轴承的润滑作用。2新拌混凝土中，水泥颗粒聚集成团，粉煤灰的掺入可有效的分散水泥颗粒，释放更多的浆体来润滑骨料，有利于混凝土工作性能的提高。3品质良好的粉煤灰在同样的稠度下，能减少混凝土的拌和用水量，使混凝土的水灰比降到更小，减少混凝土泌水和离析的现象。 2.1.3 泌水性 混凝土中掺入粉煤灰，能弥补水泥和细集料的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时，粉煤灰作为水泥的取代材料，在同样的稠度下，会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而，掺用粉煤灰对改善混凝土的泌水性是有利的。 2.1.4 可泵性 粉煤灰混凝土具有良好的泵送性能。粉煤灰混凝土的保水性良好，其压力泌水值较小，初期的压力泌水率明显低于不掺粉煤灰的混凝土。由于粉煤灰在混凝土中的缓慢的水化作用，导致粉煤灰混凝土的水化热降低和水化热高峰值的推迟，以及减水剂引起的大量微小气泡所具有的阻止拌合物的沉降分层的作用，使得粉煤灰混凝土的塌落度损失明显减少。粉煤灰的球形颗粒和光滑的表面，使混凝土在泵送及振捣过程中减小了摩擦阻力，有利于混凝土在泵送时自流和在振捣时的自密。 2.2 硬化中的混凝土阶段 2.2.1 调节硬化过程 混凝土的硬化是混凝土终凝的延续，是混凝土强度增长的开始。粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰火山灰效应，即粉煤灰中的活性组分与水泥浆体中的氢氧化钙作用生产的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度与数量。但由于在氢氧化钙薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应，反应产物在层内逐级聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度，不会使强度有较大的增长。 随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是粉煤灰混凝土早期强度增长较低，后期强度增长较高的主要原因。 2.2.2 降低水化热 混凝土中水泥的水化热是放热反应，在混凝土中掺入粉煤灰，由于减少了水泥用量，可以降低混凝土的水化热，特别是低钙粉煤灰在头几天的水化程度并不明显，所产生的水化热仅有水泥的一半。1～28d龄期内，混凝土中掺入粉煤灰的百分数，就是温升和水化热的百分数。 粉煤灰混凝土水化放热的多少和速率取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量。例如。以重量计，用粉煤灰取代30的水泥时，可使因水化热导致的温升降低15左右。众所周知，温度升高时，水泥的水化热速率会明显的加快。研究表明，与20℃相比。在30℃时，硅酸盐水泥的水化速率要加快一倍。一些大型、超大型的混凝土结构，其断面尺寸加大，混凝土设计强度提高，所用水泥等级高，单位用量大，施行新标准后水泥的粉磨细度增大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，这是导致很多混凝土结构物在施工期间，模板刚拆除就发现有大量的裂缝的原因。掺入粉煤灰后，可以减少水泥的水化热，减少结构物因温度而造成的裂缝。 2.3 硬化后的混凝土阶段 2.3.1 提高后期强度 粉煤灰对混凝土强度有三种影响减少用水量，增大胶凝材料的含量和通过长期火山灰反应提高混凝土的后期强度。 当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应。粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，能逐步与氢氧化钙及高碱性水化硅酸钙发生二次反应，生成强度较高的低碱性水化硅酸钙，这样不仅使水泥石中水化胶凝物质的数量增加，而且也使其质量得到大幅度的提高，有效的提高了混凝土的强度。粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒，使水泥水化更充分，提高水泥浆的密实度，使混凝土中骨料与水泥浆的界面强度提高。 粉煤灰对抗拉强度和抗弯强度的贡献比抗压强度还要大，这对混凝土的抗裂性能有利。粉煤灰混凝土的弹性模量与抗压强度类似，早期偏低，后期逐步提高，到28d时可比基准混凝土提高5～10。