淺談粉煤灰對(duì)混凝土耐久性的影響

　　摘 要：粉煤灰是具有火山灰活性的摻合材后，合理的摻加粉煤灰，能夠降低混凝土初期水化熱的不利影響。粉煤灰能夠改善混凝土的性能，使混凝土坍落度增加、需水量降低，改善孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實(shí)程度，改善耐久性。由于粉煤灰混凝土的性能較好，因而也被用在各種大大小小的工程中，其使用變得日益廣泛。

　　關(guān)鍵詞：粉煤灰；鋼筋混凝土；耐久性；影響因素

　　粉煤灰是煤在鍋爐中燃燒后形成的被煙氣攜帶出爐膛的細(xì)灰，由有機(jī)物和無機(jī)物組成，可綜合利用其可燃成分后，常用來作混凝土的摻合料。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰是我國(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的關(guān)注。我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)發(fā)展迅速，許多省份都在高速公路上修建了大量的水泥混凝土路面。在混凝土中適量地?fù)郊臃勖夯夜?jié)約了大量的水泥和細(xì)骨料，減少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增強(qiáng)了混凝土的可泵性，減少了混凝土的徐變、水化熱、熱能膨脹性，增強(qiáng)了混凝土抗?jié)B能力，增加了混凝土的修飾性。降低了工程造價(jià)，提高水泥混凝土路面施工質(zhì)量和施工效率，是改善水泥混凝土路面使用效果的有效技術(shù)手段，為水泥混凝土路面的發(fā)展應(yīng)用開拓了新的空間。下面就談?wù)勛约旱哪w淺看法。

　　1 粉煤灰材料的特性

　　粉煤灰是一種均勻級(jí)配材料，粉煤灰不應(yīng)含團(tuán)塊、腐殖質(zhì)及其它雜質(zhì)，其粒徑介于0.005mm~0.10mm之間，處于粉質(zhì)砂土和粉質(zhì)粘土范圍內(nèi)。粉煤灰用作路基填筑材料時(shí)，粉煤灰的粒徑組成影響其壓實(shí)性能，粗顆粒含量較多的粉煤灰，內(nèi)摩阻角會(huì)增大，表現(xiàn)出一定的有利作用。

　　1.1 粉煤灰的物理性質(zhì)

　　粉煤灰外觀光滑而松軟，呈粒狀，粒徑較小，部分顆粒尺寸小于10μm，具有較大的比表面積。對(duì)粉煤灰的X光衍射分析得出：粉煤灰中主要為玻璃質(zhì)，其次為莫來石、石英，還有少量的方解石、水云母、高嶺石、綠泥石等。粉煤灰是由各種形狀的顆粒組成的混合物，實(shí)心和空心圓形小球占很大比例，顆粒以非晶質(zhì)的玻璃質(zhì)體為主，是一種粒狀球形玻璃質(zhì)組成。在外荷載作用下，粉煤灰具有一定的壓縮性，同比粘性土其壓縮變形要小的多。粉煤灰的不規(guī)則顆粒包括多孔狀玻璃體、多孔碳粒以及其他碎屑和復(fù)合顆粒。毛細(xì)現(xiàn)象十分強(qiáng)烈，毛細(xì)水的上升高度與壓實(shí)度關(guān)系密切。在作為路面基層無機(jī)結(jié)合料時(shí)，粉煤灰的比表面積應(yīng)滿足2500cm2/g的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以利于早期強(qiáng)度的發(fā)展和火山灰反應(yīng)。[1]

　　1.2 粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)

　　粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，來源于煤中無機(jī)組分，而煤中無機(jī)組分以粘土礦物為主，含有少量的黃鐵礦、方解石、石英等礦物。當(dāng)其粒度較細(xì)并在有水條件時(shí)可與堿金屬或堿土金屬反應(yīng)生成膠凝性產(chǎn)物；另一類是硫鈣型粉煤灰，粉煤灰硅鋁含量少，石灰和硫的含量較高，屬高鈣灰范疇，具有較強(qiáng)的自硬性。游離的石灰和未燃盡的碳是對(duì)工程有影響的主要成分，游離的石灰能夠影響粉煤灰的火山灰反應(yīng)，未燃盡的碳影響其壓實(shí)性能。鋁、硅形成了活性成分，粉煤灰的密度小，這就是其在公路中利用的優(yōu)勢(shì)。

　　2 粉煤灰影響混凝土施工的性能

　　粉煤灰能夠改變混凝土和易性，增加混凝土的粘性，減少混凝土的離析與泌水，降低混凝土中堿基料的反應(yīng)，能夠節(jié)約水泥的用量。有水存在時(shí)，粉煤灰可以與混凝土中的進(jìn)行二次反應(yīng)，生成難溶的水化硅酸鈣凝膠，不僅降低了溶出的可能，也填充了混凝土內(nèi)部的孔隙，對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性都有提高作用。

　　2.1 和易性

　　混凝土拌和物在拌和、運(yùn)輸、澆筑過程中，便于施工的技術(shù)性能。和易性是一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì)，它與施工工藝密切相關(guān)。水泥品種、骨料種類、粒形和級(jí)配、外加劑、時(shí)間、溫度等，都對(duì)混凝土拌和物的和易性有一定影響。和易性通常包括有流動(dòng)性、保水性和粘聚性等三個(gè)方面的含義?；炷涟韬臀锏暮鸵仔允橇鲃?dòng)性、粘聚性和保水性的綜合體現(xiàn)，混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性之間既互相聯(lián)系，又常存在矛盾。因此，在一定施工工藝的條件下，混凝土的和易性是以上三方面性質(zhì)的矛盾統(tǒng)一。

　　2.2 泌水

　　泌水是混凝土在攤鋪以后凝結(jié)以前，從外觀上看來在表面出現(xiàn)水分的一種現(xiàn)象?；炷猎谶\(yùn)輸、振搗、泵送的過程中出現(xiàn)粗骨料下沉，水分上浮的現(xiàn)象稱為混凝土泌水。泌水會(huì)引起麻面、塑性開裂、表層混凝土強(qiáng)度降低等問題。摻和粉煤灰能夠減少混凝土的泌水，因?yàn)榉勖夯液休^多的微細(xì)顆粒，有助于截?cái)嗷炷羶?nèi)泌水的通道。

　　2.3 泵送性能改善

　　所謂泵送性能，是指混凝土拌合物具有能順利通過輸送管道、不阻塞、不離析、塑性良好的性能。泵送劑是流化劑中的一種，它除了能大大提高拌合物流動(dòng)性以外，還能使混凝土在 60 ～ 180min 內(nèi)保持其流動(dòng)性，剩余坍落度應(yīng)不小于原始的 55 ％。粉煤灰與水泥細(xì)度相近或比水泥還細(xì)，粘聚性強(qiáng)，提高了抗離析能力，提高了混凝土的穩(wěn)定性，對(duì)砂漿體提供了補(bǔ)充的細(xì)顆粒。保持混凝土可泵性和勻質(zhì)性。摻和粉煤灰的混凝土坍落度損失小，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，延長(zhǎng)了允許的運(yùn)送時(shí)間和運(yùn)送距離，擴(kuò)大了泵送混凝土的應(yīng)用范圍，改變了混凝土的泵送性能，延長(zhǎng)泵送機(jī)械使用壽命。混凝土拌合物的泵送性能與多種因素有關(guān)，其中最重要的是水泥漿體的數(shù)量與水泥漿體的黏度。[2]

　　3 粉煤灰混凝土的耐久性

　　粉煤灰混凝土降低了混凝土水化熱，防止混凝土熱應(yīng)力裂縫，還能降低硬化混凝土的滲透性，提高混凝土耐化學(xué)（酸、硫酸鹽）腐蝕能力，降低氯離子滲透速率，防止堿—骨料反應(yīng)等等。增大混凝土的密實(shí)性，提到了混凝土自身的抗侵蝕能力，從而延長(zhǎng)了混凝土的使用壽命。

　　3.1 滲透性

　　粉煤灰的滲透性包括透水性、透氣性和透離子性等，是一個(gè)綜合指標(biāo)?；炷恋挚孤入x子滲透的能力和混凝土配合比、原材料、施工質(zhì)量密切相關(guān)，反應(yīng)了混凝土的抗?jié)B透性。粉煤灰的壓實(shí)度越大，滲透系數(shù)越小。煤粉灰的形態(tài)效應(yīng)能夠減少新拌混凝土的用水量并能降低初始水灰比。粉煤灰的滲透系數(shù)為1.9~7.6×10-5cm/s，而亞粘土的透系數(shù)約為1.48×10-7cm/s，煤粉灰活性效應(yīng)形成的凝膠對(duì)因取代水泥而減少的凝膠在數(shù)量上起到補(bǔ)充作用，使粉煤灰混凝土的強(qiáng)度提高，耐久性有所改善。水泥石的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因而抗?jié)B性明顯提高，粉煤灰的滲透性比土優(yōu)越。

　　3.2 抗凍性

　　抗凍性指被冷卻的生物，在體內(nèi)已出現(xiàn)冰晶的狀態(tài)下仍能生存的特性。粉煤灰混凝土的抗凍性主要取決于強(qiáng)度?；炷恋目箖瞿芰﹄S粉煤灰摻量的增加而降低；混凝土的引氣量和強(qiáng)度是影響普通混凝土和粉煤灰混凝土抗凍性的決定性因素。滿足抗凍性要求的引氣量取決于相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)?；炷翉?qiáng)度越高，滿足抗凍性所必需的引氣量越低。強(qiáng)度高，抗凍性就好。所以，抗凍性與試體密實(shí)程度有一定關(guān)系。

　　3.3 抗碳化能力

　　混凝土碳化作用是指碳酸氣或含碳酸氣的水與混凝土中的氫氧化鈣作用生成碳酸鈣的反應(yīng)， 也就是“碳酸氣作用”。按碳化程度可分為三個(gè)區(qū)，靠外部的完全碳化區(qū)；內(nèi)部的未碳化區(qū)；中間的碳化反應(yīng)區(qū)。抗壓強(qiáng)度與炭化速率的關(guān)系：摻粉煤灰混凝土的碳化速率均不同程度的高于同強(qiáng)度的基準(zhǔn)混凝土，當(dāng)前者的強(qiáng)度超過后者一定幅度時(shí)， 兩者才可能有相同的抗碳化能力，影響其碳化速率的兩個(gè)本質(zhì)因素是混凝土的堿度與滲透性。水泥用量不減少，再外摻粉煤灰取代部分砂子，粉煤灰混凝土抗碳化能力就可以增加，同時(shí)摻用粉煤灰和減水劑的技術(shù)措施，可以更好地發(fā)揮粉煤灰的效應(yīng)，保證提高粉煤灰的抗碳化能力[3]。

　　總之，粉煤灰混凝土的耐久性問題是一個(gè)綜合性問題，抗凍性和抗碳化能力是粉煤灰混凝土耐久性兩個(gè)重要的方面。利用粉煤灰已不僅僅是取代水泥、節(jié)約能源以及減少環(huán)境污染的問題，粉煤灰已經(jīng)成為對(duì)混凝土改性的一種重要組分。提高混凝土的耐久性對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑可持?jǐn)喟l(fā)展戰(zhàn)略，更好地應(yīng)用資源、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，都具有非常重要的意義。