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浅谈粉煤灰对混凝土性能的影响

时间:2016-09-23 11:34  │  作者:admin  │  来源:未知  │  字体大小:    
 
 
        粉煤灰是在燃煤电厂烟囱中收集的灰尘,在从高温到温度急剧下降的过程中形成了大量表面光滑的球状玻璃体,其颗粒比水泥细,比表面积很大,因此具有很大的活性。主要化学成分是无定型的Al2O3、SiO2,在碱性环境下极易发生反应,生成凝胶,而水泥水化过程中产生的Ca(OH)2提供了这样的碱性环境,使粉煤灰在混凝土中的应用成为可能,并且对混凝土的性能有很大的影响! 
       1.粉煤灰对水泥的水化和强度的影响
       1.1提高混凝土的强度 
        虽然由于粉煤灰的水化速度慢而会导致混凝土的早期强度偏低,但粉煤灰混凝土的最终强度肯定不会低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的,因此它的水化速度比水泥慢,待水泥水化后,粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2反应形成硅酸钙凝胶,既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构,增强了界面薄弱层,又对水泥石孔结构起到填实的作用,而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2,从而提高了混凝土的强度。
        混凝土的工作性能主要表现在混凝土的流动性、粘聚性和保水性等方面。粉煤灰掺入混凝土后,降低了混凝土的砂率,从而可以减少细骨料对运输管壁的摩擦;粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用,使它们分布得更均匀,阻止了水泥颗粒的粘聚。这些都有效提高了混凝土的流动性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的碱性环境中被激发的,因此它并不参加初期的水化反应,在相同水胶比和胶凝材料用量的情况下,就相对提高了混凝土水化初期的水灰比,从而提高了混凝土的流动性和粘聚性。粉煤灰延缓了初期的水化反应,还可以明显减少坍落损失,满足混凝土运输、浇筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以弥补水泥用量和细集料的细粉部分的不足,有利于提高混凝土的保水性,还可以堵截泌水的通道,从而减少泌水现象。粉煤灰有效地改善了混凝土的工作性能,提高了混凝土的施工质量,也使混凝土的自密实和高可泵性成为可能。 
        1.2对水泥水化的影响
        水泥浆体各龄期的化学结合水含量均随着粉煤灰的增加而降低,但是水泥浆体各个龄期的等效化学结合水量却随着粉煤灰掺入的增加而逐渐的增大。粉煤灰的掺入加速了硅酸盐水泥的水化速度,却减缓了水泥—粉煤灰体系的水化进程。
        这主要是粉煤灰取代水泥导致水泥熟料减少,有效的水灰比增大而产生的稀释作用,稀释作用促进了水泥熟料的水化。此外粉煤灰的二次水化效应使得粉煤灰于Ca(OH)2发生化学反应形成低钙硅比的水化硅酸钙,水化铝酸钙和水化硫酸钙,在粉煤灰颗粒表面形成了薄层C-S-H凝胶,增大了化学结合水量。但是,粉煤灰取代了部分的水泥,减少了水泥—石灰石粉体系中水泥熟料的含量,导致了体系的水化速度减慢,化学结合含水量的降低。
        因此,粉煤灰对结合含水量的影响可以归结为两个方面:一是粉煤灰消耗水泥的水化产物Ca(OH)2,形成C-S-H凝胶,并且粉煤灰对新拌浆体中的水泥颗粒的分散,解聚作用能够促进水泥的水化,增加结合水的含量,即正效应;二是水泥含量随着粉煤灰的掺量的增加而降低,水泥水化结合水含量也相应的减少,即负效应。
        2.粉煤灰对混凝土孔隙率的影响
       粉煤灰的掺入能够有效的降低混凝土的总孔隙率,但是28d时,随粉煤灰掺入量的增加,混凝土中大孔(孔径在30nm以上)孔隙率占总孔隙率的比例有所增加。随龄期的增加,粉煤灰混凝土中总孔隙率和大孔于总孔的比例下降的较普通混凝土明显。28d时,粉煤灰掺量增加,混凝土强度有所下降,这主要是由于粉煤灰混凝土中大孔比例增加所致。随龄期的增加,粉煤灰混凝土的强度将会超过普通混凝土。粉煤灰掺入混凝土中,参与二次水化反应,填充与水化产物间,降低了混凝土孔隙率,提高了混凝土的密实性,强度也提高了
       3.需注意的几个问题 
       3.1粉煤灰在混凝土中的适宜掺量 
        较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水化热,只有掺量超过25%时,粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善,粉煤灰混凝土最佳掺量范围为30%-50%。但由于水泥本身所能提供的碱性环境是有限的,因此在未掺入粉煤灰活化剂的情况下,粉煤灰的掺量不宜大于20%,若要加大粉煤灰的掺量,就必须同时掺入粉煤灰活化剂。 
       3.2粉煤灰混凝土的抗碳化问题 
       粉煤灰的水化反应消耗了混凝土中的Ca(OH)2,使混凝土的碱性降低,会加大混凝土的碳化深度。虽然不能因碳化问题而影响粉煤灰的推广使用,但混凝土的碳化是混凝土耐久性的一个重要指标,应给予足够的重视。 
       3.3粉煤灰的质量控制 
        粉煤灰混凝土特别是大掺量的粉煤灰混凝土对粉煤灰的质量要求比较高,而粉煤灰的质量波动又比较大,电厂收集的可直接用于混凝土工程的只是很少数。只有选择了质量稳定的粉煤灰,才能保证混凝土质量的控制,才能有效推进粉煤灰在混凝土中的大规模应用。 
       4.结语 
        粉煤灰作为一种活性矿物掺合料,对发展绿色高性能混凝土起到了越来越大的作用。粉煤灰是工业“三废”之一,所造成恶劣的环境污染长期困扰着我们。随着人们对粉煤灰研究和认识的深入,逐渐将其应用到工程领域,变废为宝。尤其在混凝土中,作为活性矿物掺合料得到了很大的开发和广泛的应用。
粉煤灰在混凝土中的充分应用,既是提高和改善混凝土性能的需要,又是节能减排、保护环境,实现可持续发展的需要。开发利用大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土,可以获得巨大的经济效益和社会效益,有着十分重大的意义。