粉煤灰对混凝土性能的影响
本帖最后由 vcem2 于 2018-10-22 14:21 编辑水泥的生产过程中会消耗大量的能源并产生大量的污染物，而现今社会对水泥的需求量极大，使得当今世界所面临的资源和环境保护问题日益严峻。粉煤灰是火力发电厂煤粉在锅炉中燃烧后排出的灰色粉状废弃物，是一种具有活性的人工火山灰质材料，是我国燃煤电厂排放量最大的固体工业废弃物之一，所以用粉煤灰大量替代水泥掺加到混凝土中可以减少污染、节约能源、降低混凝土的经济成本，同时由于粉煤灰的掺入使得混凝土的各方面性能得到改善。因此粉煤灰混凝土具有良好“绿色环保”的应用前景，产生良好的经济效益和社会效益。
粉煤灰作为混凝土的矿物活性掺合料，具有表面效应、填充效应和火山灰活性效应。表面效应是指粉煤灰表面可以对浆体中的某些离子进行选择性吸附，因而有利于粉煤灰作为晶核形成水化产物以及对混凝土中某些有害离子产生固化作用；填充效应即按照最紧密堆积原理，粉煤灰填充于水泥和集料孔隙中，能减小混凝土的孔隙率，使混凝土内部更加密实；火山灰活性效应是指粉煤灰中的活性SiO2与水泥水化产物CH发生二次反应，生成CSH凝胶填充集料——水泥浆体界面层孔隙。所以粉煤灰的掺加可以使混凝土内部结构更为密实，提高了混凝土强度和弹性模量和抗渗性。
1粉煤灰的掺加对混凝土工作性能的影响
混凝土的工作性是指混凝土拌合物在施工过程中易于运输、泵送、浇注、振捣，不产生组分离析，易抹平，且获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。粉煤灰混凝土的工作性是影响混凝土施工的重要因素，良好的混凝土工作性，有利于混凝土强度和混凝土耐久性提高、抗冻性和抗渗性的增强。 有研究表明，与不掺加粉煤灰的普通混凝土相比，在混凝土中掺入适量合格的粉煤灰，可以改善混凝土和易性，粉煤灰混凝土单位用水量有可能降低。混凝土中掺入大量的粉煤灰在温度较高的天气下可以明显的减少新拌混凝土的坍落度损失。大掺量的粉煤灰在混凝土中可以弥补混凝土中水泥用量和细集料中细粉部分的不足，有利于保水性和堵截泌水的通道。 粉煤灰的掺量对混凝土的工作性能有较大影响：混凝土需水量随着粉煤灰的掺量增加而减小，当掺量<50%时，需水量减小幅度较大，而当掺量>50%时，需水量减小幅度很小，即掺量过大并不能有效降低胶凝材料的需水量；混凝土的坍落度随掺灰量增加而增大，当掺量<50%时，坍落度随掺量增加较快，而当粉煤灰掺量>50%时，坍落度随掺量的增加则趋于平缓，说明掺量过大对增加混凝土的坍落度无益。混凝土中掺入粉煤灰，能弥补水泥和细集料的不足，降低用水量，阻塞泌水通道，从而改善混凝土的泌水性，增加混凝土的防渗能力。粉煤灰掺入到混凝土中后，粉料比例增加，浆体体积增大，改善了混凝土的粘聚性，减弱了混凝土的离析作用，因而具有较低的泌水率，且不易离析，从而改善了混凝土的工作性能，使混凝土具有更好的流动性、密实性、匀质性，便于混凝土的施工。
2粉煤灰的掺加对混凝土力学性能的影响
混凝土的力学性能一般包括：强度指标、弹性模量等性能，而强度指标是其中最重要的力学性能。通常研究中把混凝土的7d和28d的抗压强度以及劈拉强度作为衡量混凝土力学性能是否合格的最重要的指标，弹性模量也是比较重要的指标。随着粉煤灰的掺入，混凝土的早期强度会比不掺粉煤灰的普通混凝土的强度低，但是其增长速率快，到中后期会达到甚至超过普通混凝土。与工作性能相似，掺入不同量的粉煤灰对混凝土强度也有较大的影响：随着粉煤灰掺量增加，混凝土的表观密度减小，混凝土早期强度随着粉煤灰掺量而变化，当掺量较低(在20%左右)时，对7d强度影响不大，而当掺量较高(>30%)时，早期强度明显降低；而掺加粉煤灰混凝土后期强度增长较快，而且在一定范围内(<50%)随粉煤灰掺量增加而增大。然而，在掺加粉煤灰后，混凝土劈裂抗拉强度的提高幅度不如抗压强度提高的幅度大，因此，劈拉强度成为限制粉煤灰混凝土抗拉性能的一个重要因素。在弹性模量方面，掺粉煤灰混凝土的弹性模量较普通混凝土略高，但随粉煤灰掺量的增大而降低。此外，由于粉煤灰的掺入，会使混凝土的早期强度和极限拉伸值过低，有可能使混凝土无法承受早期的温度应力和干缩应力而导致结构出现裂缝。在混凝土中掺入粉煤灰替代水泥，可以有效提高混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量等力学性能，但要进行反复实验，以确定其最佳掺量。此外，在施工中还要注意掺粉煤灰混凝土早期强度较低的特点。
3粉煤灰的掺加对混凝土耐久性能的影响
随着粉煤灰混凝土的广泛应用，其耐久性成为研究学者的重点研究对象。粉煤灰混凝土的耐久性主要包括混凝土的抗渗性、抗碳化能力、抗钢筋锈蚀和化学侵蚀性能等。在混凝土抗渗性方面，陈月顺等通过实研究了粉煤灰的掺量对的影响，他们研究了水灰比、粉煤灰用量、粗骨级配、水泥种类对混凝土抗渗性的影响，同时将水泥浆与压汞法测得材料的孔隙率结果与混凝土抗渗性能联系起来。这为混凝土抗渗性能的研究提供一条新的思路。研究表明，以粉煤灰代替部分水泥，降低水灰比及在保持水灰比不变前提下提高粉煤灰用量，可以提高混凝土的抗渗性能。在混凝土抗碳化能力方面，粉煤灰混凝土的碳化深度值随时间的延长而加大，其早期的碳化深度值增大较快，而碳化深度的后期增长相对较慢。Thomas等通过实验研究发现随着粉煤灰掺量的增加，粉煤灰混凝土碳化速度增加，当粉煤灰掺量高于50%时，碳化速度增加的更为迅速。混凝土中氯离子渗透和碳化是钢筋锈蚀的主要原因，Ko Kubu等通过对粉煤灰混凝土长达20年的自然碳化与钢筋锈蚀的试验表明，尽管粉煤灰的掺入对钢筋无不利影响，但随粉煤灰掺量增加，钢筋锈蚀程度明显增加，原因主要是由于粉煤灰掺量的增加会增加混凝土内部的碳化程度和碳化深度，从而降低混凝土内部的碱度，进而降低诱发钢筋锈蚀的临界氯离子“阑值”，最终导致其钢筋锈蚀程度增加。但最近还有研究表明，如果将粉煤灰的掺量控制在40%的范围以内，粉煤灰混凝土良好的抗渗性会减少进人混凝土中的氯离子量，提高混凝土的护筋性能，从而在一定程度上提高混凝土钢筋耐锈蚀性能。粉煤灰混凝土的抗化学侵蚀性能可从抗氯盐侵蚀、抗硫酸盐侵蚀、抗海水侵蚀及对碱集料反应的抑制作用几方面进行分析。掺加粉煤灰的混凝土比普通混凝土减少了水泥用量，致密性增加，渗透性降低，抵抗氯盐侵蚀的能力提高；粉煤灰混凝土相对于普通混凝土有非常好的抗硫酸盐侵蚀的能力；粉煤灰可以很大程度降低海水侵蚀的作用。钱觉时就粉煤灰对混凝土碱集料反应的作用进行了研究，结果表明混凝土中掺加粉煤灰可以非常有效的抑制碱集料反应，并随着粉煤灰掺量的增加，可以更有效地降低，因为碱集料反应引起的膨胀。 粉煤灰的掺加会降低混凝土的pH值也即降低了混凝土的碱度而不利于对混凝土的耐久性能，但同时又增加了混凝土的致密性，降低其渗透性，可以在一定程度上提高混凝土的耐久性能，所以，应控制粉煤灰的掺量，设计合理的混凝土配合比，从而提高掺粉煤灰混凝土的耐久性能。
4结语 (l)粉煤灰的渗加可以降低混凝土的用水量，改善混凝土的泌水性，减弱了混凝土的离析作用，从而改善混凝土的工作性能，但要注意控制粉煤灰的掺量。 (2)当粉煤灰的掺量较小时对混凝土的早期强度影响不大，当掺量较大时混凝土的早期强度明显降低，后期强度增长较快。掺加粉煤灰的混凝土的抗拉强度相对抗压强度增长幅度大。混凝土弹性模量较普通混凝土大，且随粉煤灰的掺量增加而减小。 (3)掺加粉煤灰的混凝土抗渗性增强，而抗碳化能力和抗氛离子渗透能力减弱，应设计合理的混凝土配合比，控制粉煤灰的掺量，从而提高掺粉煤灰混凝土的耐久性能。
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