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(duì)其和易性、凝結(jié)時(shí)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(duì)研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，最后對(duì)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(hào)：TU528．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(lái)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(guó)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(méi)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(duì)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(guò)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(kāi)發(fā)大摻量粉煤灰混凝土(High Volume F1y Ash Concrete，簡(jiǎn)稱 HVFAC)的意義來(lái)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(duì)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(jì)，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(shí)，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(huì)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(shí)度，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性[1]，但當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)大時(shí)，由于Ca(OH)2消耗過(guò)大，混凝土中相對(duì)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(duì)堿度意義重大。故可滲入石灰或硫酸鈉來(lái)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(shí)，可以明顯地改善混凝土拌合物的和易性，這是因?yàn)椋?
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(lái)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(shí)間。粉煤灰的摻量對(duì)水泥漿體 的凝結(jié)時(shí)間有明顯的延緩作用，并且凝結(jié)時(shí)間隨著粉煤灰摻量的增加而延長(zhǎng)，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(duì)水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間沒(méi)有明顯的延緩作用，但對(duì)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(shí)間比摻原狀灰的凝結(jié)時(shí)間略短，但磨細(xì)程度對(duì)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(shí)間反而較摻原狀灰的水泥漿體略有延長(zhǎng)[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(duì)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(shí)可摻人緩凝外加劑，這種方法已成功地應(yīng)用到實(shí)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(shí)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(duì)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(guò)程較長(zhǎng)，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(chǔ)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(duì)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(kāi)始后，粉煤灰的微細(xì)顆粒均勻分布于水泥漿體中，對(duì)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(zhǎng)，在有 HD-EA存在時(shí)，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(cè)試的各個(gè)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(duì) HVFAC強(qiáng)度貢獻(xiàn)的最佳摻人量為 3%。摻人量過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì) HVFAC后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)起負(fù)作用。
6)抗碳化性能。水泥品種、水灰比、粉煤灰摻量對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)而加深。早期的碳化深度增長(zhǎng)較快 ，粉煤灰摻量達(dá) 50%時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)得的混凝土 28 d碳化深度為零，而后期增長(zhǎng)相對(duì)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(shí)下降趨勢(shì)相對(duì)緩慢 ，超過(guò) 50%時(shí)下降趨勢(shì)大大增加。
2 存在問(wèn)題與建議
目前推廣 HVFAC仍存在的一些問(wèn)題，如 HVFAC的抗碳化能力 、規(guī)范施工，保證質(zhì)量等。對(duì)于 HVFAC以 28 d抗壓強(qiáng)度作為質(zhì)量評(píng)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(píng)定指標(biāo)顯然不合適，應(yīng)考慮采用齡期更長(zhǎng)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(guó)內(nèi)還處于科研探索的初級(jí)階段，要使其有充分的發(fā)展，科研部門(mén)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(shí)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(zhǎng)的反復(fù)的過(guò)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(jí)不斷升高，大體積混凝土高水泥用量所產(chǎn)生的熱裂危險(xiǎn)以及體積不穩(wěn)定性等副作用也隨之被充分認(rèn)識(shí)對(duì)于 HVFAC的發(fā)展應(yīng)該是一個(gè)難得的機(jī)遇。大摻量粉煤灰凝土在未來(lái)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(shí)加入適 當(dāng)?shù)耐饧觿?nbsp;，可大大提高混凝土的性能。在粉煤灰摻入量比較大時(shí)，仍可配制出性能優(yōu)越的高性能建筑砂漿。這對(duì)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(duì) HVFAC的認(rèn)識(shí)也將更加的深入。相信在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，應(yīng)用大摻量粉煤灰混凝土將會(huì)給建筑行業(yè)帶來(lái) 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(shí)這也是使水泥與混凝土工業(yè)符合國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)呼聲 日高的發(fā)展趨勢(shì)的必然途徑。
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