大摻量粉煤灰混凝土性能研究

摘要：介紹了大摻量粉煤灰混凝土(HVFAC)發(fā)展的意義、機(jī)理，對其和易性、凝結(jié)時間、水化熱、耐腐蝕性、強(qiáng)度性能和抗碳化等主要性能進(jìn)行了闡述，并對研究中存在的問題進(jìn)行了分析，最后對摻量粉煤灰混凝土的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：粉煤灰，混凝土，和易性，水化熱

中圖分類號：TU528．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

粉煤灰是一種工業(yè)廢料，從粉煤灰的組成和微觀結(jié)構(gòu)來看，又是一種具有潛在火山灰活性的物質(zhì)，能為建材工業(yè)所用。雖然目前，我國粉煤灰在建材工業(yè)中已得到部分的應(yīng)用，但是還只能處理部分粉煤灰，且利用水平低沒有充分發(fā)揮粉煤灰的火山灰活性。如果能用粉煤灰取代部分水泥熟料，不僅可以減少水泥熟料生產(chǎn)量，減少生產(chǎn)水泥對資源的消耗和CO2排放量，且提高了粉煤灰的利用率及利用水平。通過粉煤灰的二次反應(yīng)，改善水泥的性能，提高混凝土的性能。因此，如何在水泥生產(chǎn)中大量利用粉煤灰是亟待解決的重要課題。

從開發(fā)大摻量粉煤灰混凝土(High Volume F1y Ash Concrete，簡稱 HVFAC)的意義來看，它將高性能混凝土、大摻量粉煤灰混凝土和環(huán)保型低水泥用量混凝土的概念加以有機(jī)地結(jié)合，對于拓展三者的涵義，走新型建材、綠色建材的道路，具有指導(dǎo)意義。關(guān)于大摻量的范圍，通常認(rèn)為，以純水泥混凝土的水泥用量的百分?jǐn)?shù)計，在30%以上即為大摻量粉煤灰混凝土，當(dāng)然在摻用粉煤灰的同時，水泥用量也減少幾乎相同的數(shù)量。

1 HVFAC的性能研究現(xiàn)狀

1.1 HⅥ AC的機(jī)理研究

將具有活性的粉煤灰摻人到混凝土當(dāng)中，粉煤灰中含有的活性SiO2、Al2O3與水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2會發(fā)生顯著的水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣膠體，既可改善早期水泥的水化條件，提高混凝土的工作性，改善水泥與外加劑的相容性，降低水化熱；也可填充空隙，提高混凝土的密實度，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性[1]，但當(dāng)粉煤灰摻量過大時，由于Ca(OH)2消耗過大，混凝土中相對堿度下降，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，碳化深度加大，混凝土耐久性下降。因此，適當(dāng)提高 HVFAC的相對堿度意義重大。故可滲入石灰或硫酸鈉來提高水泥的含堿量[2]。

1.2 HVFAC的主要性能

1)和易性。當(dāng)粉煤灰摻到混凝土中時，可以明顯地改善混凝土拌合物的和易性，這是因為：

a．粉煤灰由大小不等的球狀玻璃體組成，表面致密光滑，在混凝土中可以起到滾珠效應(yīng)。

b．新拌混凝土拌合物的水泥顆粒易聚集成團(tuán)，摻人粉煤灰，由于表面電負(fù)性作用，可以有效地分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來包裹骨料顆粒。

c．能降低用水量，使混凝土的水灰比降低到更低水平減少混凝土拌合物的離析和泌水。HVFAC的和易性與粉煤灰質(zhì)量、外加劑品種及摻量等有關(guān)。

2)凝結(jié)時間。粉煤灰的摻量對水泥漿體的凝結(jié)時間有明顯的延緩作用，并且凝結(jié)時間隨著粉煤灰摻量的增加而延長，在摻有減水劑的水泥漿體中，這種現(xiàn)象更為顯著。而粉煤灰的細(xì)度對水泥漿體的凝結(jié)時間沒有明顯的延緩作用，但對標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量有很大的影響。摻磨細(xì)灰漿體的凝結(jié)時間比摻原狀灰的凝結(jié)時間略短，但磨細(xì)程度對這種縮短效應(yīng)有影響，當(dāng)磨細(xì)至一定程度后，凝結(jié)時間反而較摻原狀灰的水泥漿體略有延長[4]。

3)水化熱。由于 HVFAC含有大量粉煤灰，而相應(yīng)的單方水泥用量的減少，水化產(chǎn)生的熱量少。因此 HVFAC的自生溫升要比硅酸鹽水泥混凝土低得多。從而避免了混凝土內(nèi)外形成明顯的溫差，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外層變形不一致，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。對混凝土的整體性、耐久性乃至安全性都具有良好的效果。同時可摻人緩凝外加劑，這種方法已成功地應(yīng)用到實際工程中。

4)耐腐蝕性。大摻量粉煤灰混凝土，由于粉煤灰降低了混凝土的孔隙率，使孔細(xì)化，提高了混凝土的密實度，其抗?jié)B 、抗硫酸鹽侵蝕和抗 Cl-侵蝕耐久性能比純硅酸鹽水泥混凝土提高；由于對堿的稀釋和吸收作用，降低了有效堿含量，即孔洞溶液中的堿濃度、堿骨料反應(yīng)得到抑制。由于粉煤灰二次水化反應(yīng)較慢，混凝土整體水化過程較長，水化程度降低，導(dǎo)致可結(jié)冰水較多，大摻量粉煤灰混凝土的抗凍性較差；由于二次水化反應(yīng)使堿儲備和堿度降低而導(dǎo)致混凝土抗碳化和抗熔出侵蝕能力大幅度下降，由碳化引起的鋼筋銹蝕加快。

5)強(qiáng)度性能。粉煤灰摻入水泥混凝土中的作用效應(yīng)早期是物理填充微集料效應(yīng)，這種微集料效應(yīng)表現(xiàn)為抗壓、抗折強(qiáng)度與粉煤灰摻量成反比，即粉煤灰摻量越大，早期抗壓、抗折強(qiáng)度越低；后期因粉煤灰中SiO2和Al2O3含量大，同水泥水化釋放出的Ca(OH)2作用形成不溶、安全的CaSiO2，提高了強(qiáng)度，即粉煤灰的活化效應(yīng)促進(jìn)混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度的提高，特別是抗折強(qiáng)度的提高。粉煤灰混凝土中，水泥用量減少，則砂率降低，有利于水泥漿對骨料界面的包裹，改善了水泥漿與骨料界面的結(jié)合強(qiáng)度，這也就是粉煤灰混凝土后期抗折強(qiáng)度提高的機(jī)理的主要點(diǎn)。而微集料效應(yīng)，當(dāng)粉煤灰活化作用開始后，粉煤灰的微細(xì)顆粒均勻分布于水泥漿體中，對骨料界面的包裹比單純水泥漿體更好，結(jié)合強(qiáng)度更高，因此，抗折強(qiáng)度更高，改善了混凝土的脆性。但是單一的HVFAC早期強(qiáng)度很低，所以HVFAC技術(shù)宜結(jié)合激發(fā)劑共同使用，在摻加 HD-EA型活性激發(fā)劑后，可有效地改善早期強(qiáng)度低的不足；HVFAC后期強(qiáng)度持續(xù)增長，在有 HD-EA存在時，后期強(qiáng)度明顯高于普通 HVFAC，一般都達(dá)到 200%以上，HVFAC的強(qiáng)度發(fā)展與高效減水劑的關(guān)系更密切，在測試的各個齡期，摻入高效減水劑的 HVFAC強(qiáng)度都顯著高于不摻高效減水劑的 HVFAC，HD-EA對 HVFAC強(qiáng)度貢獻(xiàn)的最佳摻人量為 3%。摻人量過大時，會對 HVFAC后期強(qiáng)度的增長起負(fù)作用。

6)抗碳化性能。水泥品種、水灰比、粉煤灰摻量對粉煤灰混凝土強(qiáng)度有一定影響。水膠比、粉煤灰摻量越犬，粉煤灰混凝土強(qiáng)度越低。粉煤灰混凝土的碳化深度隨時間的延長而加深。早期的碳化深度增長較快，粉煤灰摻量達(dá) 50%時，按標(biāo)準(zhǔn)試驗測得的混凝土 28 d碳化深度為零，而后期增長相對較快?；炷恋目固蓟阅茈S粉煤灰摻量的上升而下降，摻量在 20%～30%時下降趨勢相對緩慢，超過 50%時下降趨勢大大增加。

2 存在問題與建議

目前推廣 HVFAC仍存在的一些問題，如 HVFAC的抗碳化能力、規(guī)范施工，保證質(zhì)量等。對于 HVFAC以 28 d抗壓強(qiáng)度作為質(zhì)量評定指標(biāo)顯然不合適，粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，所以和普通混凝土一樣以28 d抗壓強(qiáng)度作為評定指標(biāo)顯然不合適，應(yīng)考慮采用齡期更長的強(qiáng)度指標(biāo)作為VFAC的衡量標(biāo)準(zhǔn)。粉煤灰混凝土在國內(nèi)還處于科研探索的初級階段，要使其有充分的發(fā)展，科研部門必須制定嚴(yán)格的、可操作的相關(guān)技術(shù)規(guī)范以指導(dǎo)工程實踐。

3 展望

任何新技術(shù)、新材料的發(fā)展，都需要經(jīng)歷漫長的反復(fù)的過程隨著高層建筑、大型拱壩建筑、大跨度橋梁以及海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展，混凝土的強(qiáng)度等級不斷升高，大體積混凝土高水泥用量所產(chǎn)生的熱裂危險以及體積不穩(wěn)定性等副作用也隨之被充分認(rèn)識對于 HVFAC的發(fā)展應(yīng)該是一個難得的機(jī)遇。大摻量粉煤灰凝土在未來的建筑工程中，具有極好的應(yīng)用前景。

配制大摻量粉煤灰混凝土，同時加入適當(dāng)?shù)耐饧觿?，可大大提高混凝土的性能。在粉煤灰摻入量比較大時，仍可配制出性能優(yōu)越的高性能建筑砂漿。這對于大量利用粉煤灰、消除污染、保護(hù)環(huán)境、降低材料成本均具有積極的意義。隨著 HVFAC的繼續(xù)發(fā)展，HVFAC的性能將得到進(jìn)一步的完善，人們對 HVFAC的認(rèn)識也將更加的深入。相信在市場經(jīng)濟(jì)的推動下，應(yīng)用大摻量粉煤灰混凝土將會給建筑行業(yè)帶來巨大的沖擊。不僅有利于混凝土業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時這也是使水泥與混凝土工業(yè)符合國際社會對環(huán)境保護(hù)呼聲日高的發(fā)展趨勢的必然途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳正直．粉煤灰房建材料的開發(fā)與應(yīng)用[M]．北京：中國建材工業(yè)出版社．2003．1．

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[3]陳瑜，周士瓊．大摻量粉煤灰高性能混凝土的應(yīng)用[J]．四川建筑，1999(11)：41~43．

[4]張日華，張戰(zhàn)營．大摻量粉煤灰特種水泥的研制[J]．粉煤灰2003，15(6)：39~41．