眾所周知，粉煤灰是在燃煤電廠煙囪中收集的灰塵， 在從高溫到溫度急劇下降的過程中形成了大量表面光滑的球狀玻璃體， 其顆粒比水泥細， 比表面積很大， 因此具有很大的活性。主要化學(xué)成分是無定型的Al2O3、SiO2， 在堿性環(huán)境下極易發(fā)生反應(yīng)， 生成凝膠， 而水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca（OH）2 正提供了這樣的堿性環(huán)境， 使粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用成為可能。
一、改善混凝土的工作性能
混凝土的工作性能主要表現(xiàn)在混凝土的流動性、粘聚性和保水性等方面。粉煤灰摻入混凝土后， 降低了混凝土的砂率， 從而可以減少細骨料對運輸管壁的摩擦； 粉煤灰中含有的球狀玻璃體， 填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層； 粉煤灰對水泥顆粒起到物理分散作用， 使它們分布得更均勻， 阻止了水泥顆粒的粘聚。這些都有效提高了混凝土的流動性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的堿性環(huán)境中被激發(fā)的， 因此它并不參加初期的水化反應(yīng)， 在相同水膠比和膠凝材料用量的情況下， 就相對提高了混凝土水化初期的水灰比， 從而提高了混凝土的流動性和粘聚性。粉煤灰延緩了初期的水化反應(yīng)， 還可以明顯減少坍落損失， 滿足混凝土運輸、澆筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以彌補水泥用量和細集料的細粉部分的不足， 有利于提高混凝土的保水性， 還可以堵截泌水的通道， 從而減少泌水現(xiàn)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質(zhì)量， 也使混凝土的自密實和高可泵性成為可能。
二、提高混凝土的耐久性
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子級配， 填充混凝土部分空隙， 提高了混凝土的密實度。另外， 粉煤灰的二次水化后生成的C- S- H填充了混凝土中的粗大毛細孔， 進一步提高了混凝土的密實度。從而提高了混凝土的抗?jié)B性和抗化學(xué)腐蝕性等， 使混凝土的耐久性得到提高。粉煤灰的火山灰化學(xué)反應(yīng)， 消耗了混凝土中大量的Ca（OH）2 和游離CaO， 可以減少硫酸鹽侵蝕混凝土生成鈣礬石的機會， 也可以非常有效地抑制堿骨料反應(yīng)， 從而避免混凝土發(fā)生膨脹破壞。
粉煤灰的水化反應(yīng)消耗了混凝土中的Ca（OH）2會使混凝土孔隙水的堿性降低， 而可能減弱鋼筋表面形成的堿性保護膜， 使粉煤灰混凝土的抗鋼筋銹蝕能力有減弱趨勢， 但由于粉煤灰混凝土的密實性的提高， 大大減小了氯離子侵入的可能， 所以現(xiàn)有的實驗和研究并未發(fā)現(xiàn)粉煤灰混凝土的抗鋼筋腐蝕能力明顯低于普通混凝土。
三、提高混凝土的抗裂性能
粉煤灰的摻入減少了水泥用量， 從而減少水泥水化過程中的硬化收縮， 事實上， 粉煤灰混凝土的硬化收縮甚至是負的， 也就是說它的硬化過程是微膨脹變形的， 這對混凝土的抗裂性非常有利。粉煤灰二次水化的產(chǎn)物填充了混凝土的毛細孔， 減少了混凝土中游離水的數(shù)量， 阻斷了泌水路線， 這就大大減小了因泌水和水份蒸發(fā)引起的失水收縮。粉煤灰的應(yīng)用提高了混凝土的密實性， 也減少了骨料與膠合料間的沉縮變形。從而減少了混凝土的塑性收縮裂縫。粉煤灰水化后改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)， 增強了水泥石和骨料間的界面強度， 減少泌水情況的發(fā)生， 也減少了混凝土內(nèi)部缺陷， 這些都降低了混凝土內(nèi)微裂縫出現(xiàn)的機率， 提高了混凝土的抗裂能力。粉煤灰混凝土的水化熱峰值比普通混凝土明顯降低， 峰值發(fā)生時間明顯推遲， 減弱了混凝土構(gòu)件特別是大體積混凝土中的溫度梯度， 減少了混凝土的內(nèi)外溫差， 從而減小混凝土中的拉應(yīng)力， 避免裂縫的出現(xiàn)。
粉煤灰可以降低混凝土的早期強度， 減小初期彈性模量， 提高早期應(yīng)力松弛能力， 這對提高混凝土的抗裂性能有很大的好處。因為混凝土是一種彈、粘、塑性的混合體， 收縮變形所產(chǎn)生的拉應(yīng)力部分會被徐變松弛所釋放， 釋放后的實際應(yīng)力超過混凝土的抗拉應(yīng)力后混凝土才會出現(xiàn)裂縫。
四、提高混凝土的強度
雖然由于粉煤灰的水化速度慢而會導(dǎo)致混凝土的早期強度偏低， 但粉煤灰混凝土的最終強度肯定不會低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在堿性環(huán)境下才能激發(fā)出來的， 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產(chǎn)生的Ca（OH）2 反應(yīng)形成硅酸鈣凝膠， 既改善了水泥石和粗骨料間的界面結(jié)構(gòu)， 增強了界面薄弱層， 又對水泥石孔結(jié)構(gòu)起到填實的作用， 而且消耗了強度和穩(wěn)定性都較差的Ca（OH）2， 從而提高了混凝土的強度。另外， 粉煤灰水化速度較慢， 在相同水膠比的情況下可以使水泥的水化更充分， 粉煤灰水化后產(chǎn)生的H2O又會促進水泥的繼續(xù)水化， 從而進一步提高了混凝土的強度。對于粉煤灰早期強度低的問題， 一方面可以取較長時間的強度值作為評價混凝土強度等級的標準， 如60d強度、90d強度等。另一方面， 可以在加入粉煤灰的同時， 再摻入活性較高的磨細礦渣粉， 兩種材料復(fù)摻后， 在混凝土強度發(fā)展上能起到互補的作用。
五、需注意的幾個問題
（一）粉煤灰在混凝土中的適宜摻量
較小摻量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水_化熱， 只有摻量超過25%時， 粉煤灰對混凝土的性能才會有明顯的改善， 粉煤灰混凝土最佳摻量范圍為30%-50%.但由于水泥本身所能提供的堿性環(huán)境是有限的， 因此在未摻入粉煤灰活化劑的情況下， 粉煤灰的摻量不宜大于20%， 若要加大粉煤灰的摻量， 就必須同時摻入粉煤灰活化劑。
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粉煤灰的水化反應(yīng)消耗了混凝土中的Ca（OH）2， 使混凝土的堿性降低， 會加大混凝土的碳化深度。雖然不能因碳化問題而影響粉煤灰的推廣使用， 但混凝土的碳化是混凝土耐久性的一個重要指標， 應(yīng)給予足夠的重視。
（三）粉煤灰的質(zhì)量控制
粉煤灰混凝土特別是大摻量的粉煤灰混凝土對粉煤灰的質(zhì)量要求比較高， 而粉煤灰的質(zhì)量波動又比較大， 電廠收集的可直接用于混凝土工程的只是很少數(shù)， 這就要積極探索粉煤灰加工的先進方法， 嚴格控制用于混凝土工程的粉煤灰質(zhì)量。只有選擇了質(zhì)量穩(wěn)定的粉煤灰， 才能保證混凝土質(zhì)量的控制， 才能有效推進粉煤灰在混凝土中的大規(guī)模應(yīng)用。
六、結(jié)語
粉煤灰作為一種活性礦物摻合料， 對發(fā)展綠色高性能混凝土起到了越來越大的作用。粉煤灰是工業(yè)“三廢”之一， 所造成惡劣的環(huán)境污染長期困擾著我們。隨著人們對粉煤灰研究和認識的深入， 逐漸將其應(yīng)用到工程領(lǐng)域， 變廢為寶。尤其在混凝土中， 作為活性礦物摻合料得到了很大的開發(fā)和廣泛的應(yīng)用。
粉煤灰在混凝土中的充分應(yīng)用， 既是提高和改善混凝土性能的需要， 又是節(jié)能減排、保護環(huán)境， 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。開發(fā)利用大摻量粉煤灰綠色高性能混凝土， 可以獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益， 有著十分重大的意義 。
一、改善混凝土的工作性能
混凝土的工作性能主要表現(xiàn)在混凝土的流動性、粘聚性和保水性等方面。粉煤灰摻入混凝土后， 降低了混凝土的砂率， 從而可以減少細骨料對運輸管壁的摩擦； 粉煤灰中含有的球狀玻璃體， 填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層； 粉煤灰對水泥顆粒起到物理分散作用， 使它們分布得更均勻， 阻止了水泥顆粒的粘聚。這些都有效提高了混凝土的流動性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的堿性環(huán)境中被激發(fā)的， 因此它并不參加初期的水化反應(yīng)， 在相同水膠比和膠凝材料用量的情況下， 就相對提高了混凝土水化初期的水灰比， 從而提高了混凝土的流動性和粘聚性。粉煤灰延緩了初期的水化反應(yīng)， 還可以明顯減少坍落損失， 滿足混凝土運輸、澆筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以彌補水泥用量和細集料的細粉部分的不足， 有利于提高混凝土的保水性， 還可以堵截泌水的通道， 從而減少泌水現(xiàn)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質(zhì)量， 也使混凝土的自密實和高可泵性成為可能。
二、提高混凝土的耐久性
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子級配， 填充混凝土部分空隙， 提高了混凝土的密實度。另外， 粉煤灰的二次水化后生成的C- S- H填充了混凝土中的粗大毛細孔， 進一步提高了混凝土的密實度。從而提高了混凝土的抗?jié)B性和抗化學(xué)腐蝕性等， 使混凝土的耐久性得到提高。粉煤灰的火山灰化學(xué)反應(yīng)， 消耗了混凝土中大量的Ca（OH）2 和游離CaO， 可以減少硫酸鹽侵蝕混凝土生成鈣礬石的機會， 也可以非常有效地抑制堿骨料反應(yīng)， 從而避免混凝土發(fā)生膨脹破壞。
粉煤灰的水化反應(yīng)消耗了混凝土中的Ca（OH）2會使混凝土孔隙水的堿性降低， 而可能減弱鋼筋表面形成的堿性保護膜， 使粉煤灰混凝土的抗鋼筋銹蝕能力有減弱趨勢， 但由于粉煤灰混凝土的密實性的提高， 大大減小了氯離子侵入的可能， 所以現(xiàn)有的實驗和研究并未發(fā)現(xiàn)粉煤灰混凝土的抗鋼筋腐蝕能力明顯低于普通混凝土。
三、提高混凝土的抗裂性能
粉煤灰的摻入減少了水泥用量， 從而減少水泥水化過程中的硬化收縮， 事實上， 粉煤灰混凝土的硬化收縮甚至是負的， 也就是說它的硬化過程是微膨脹變形的， 這對混凝土的抗裂性非常有利。粉煤灰二次水化的產(chǎn)物填充了混凝土的毛細孔， 減少了混凝土中游離水的數(shù)量， 阻斷了泌水路線， 這就大大減小了因泌水和水份蒸發(fā)引起的失水收縮。粉煤灰的應(yīng)用提高了混凝土的密實性， 也減少了骨料與膠合料間的沉縮變形。從而減少了混凝土的塑性收縮裂縫。粉煤灰水化后改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)， 增強了水泥石和骨料間的界面強度， 減少泌水情況的發(fā)生， 也減少了混凝土內(nèi)部缺陷， 這些都降低了混凝土內(nèi)微裂縫出現(xiàn)的機率， 提高了混凝土的抗裂能力。粉煤灰混凝土的水化熱峰值比普通混凝土明顯降低， 峰值發(fā)生時間明顯推遲， 減弱了混凝土構(gòu)件特別是大體積混凝土中的溫度梯度， 減少了混凝土的內(nèi)外溫差， 從而減小混凝土中的拉應(yīng)力， 避免裂縫的出現(xiàn)。
粉煤灰可以降低混凝土的早期強度， 減小初期彈性模量， 提高早期應(yīng)力松弛能力， 這對提高混凝土的抗裂性能有很大的好處。因為混凝土是一種彈、粘、塑性的混合體， 收縮變形所產(chǎn)生的拉應(yīng)力部分會被徐變松弛所釋放， 釋放后的實際應(yīng)力超過混凝土的抗拉應(yīng)力后混凝土才會出現(xiàn)裂縫。
四、提高混凝土的強度
雖然由于粉煤灰的水化速度慢而會導(dǎo)致混凝土的早期強度偏低， 但粉煤灰混凝土的最終強度肯定不會低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在堿性環(huán)境下才能激發(fā)出來的， 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產(chǎn)生的Ca（OH）2 反應(yīng)形成硅酸鈣凝膠， 既改善了水泥石和粗骨料間的界面結(jié)構(gòu)， 增強了界面薄弱層， 又對水泥石孔結(jié)構(gòu)起到填實的作用， 而且消耗了強度和穩(wěn)定性都較差的Ca（OH）2， 從而提高了混凝土的強度。另外， 粉煤灰水化速度較慢， 在相同水膠比的情況下可以使水泥的水化更充分， 粉煤灰水化后產(chǎn)生的H2O又會促進水泥的繼續(xù)水化， 從而進一步提高了混凝土的強度。對于粉煤灰早期強度低的問題， 一方面可以取較長時間的強度值作為評價混凝土強度等級的標準， 如60d強度、90d強度等。另一方面， 可以在加入粉煤灰的同時， 再摻入活性較高的磨細礦渣粉， 兩種材料復(fù)摻后， 在混凝土強度發(fā)展上能起到互補的作用。
五、需注意的幾個問題
（一）粉煤灰在混凝土中的適宜摻量
較小摻量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水_化熱， 只有摻量超過25%時， 粉煤灰對混凝土的性能才會有明顯的改善， 粉煤灰混凝土最佳摻量范圍為30%-50%.但由于水泥本身所能提供的堿性環(huán)境是有限的， 因此在未摻入粉煤灰活化劑的情況下， 粉煤灰的摻量不宜大于20%， 若要加大粉煤灰的摻量， 就必須同時摻入粉煤灰活化劑。
?。ǘ┓勖夯一炷恋目固蓟瘑栴}
粉煤灰的水化反應(yīng)消耗了混凝土中的Ca（OH）2， 使混凝土的堿性降低， 會加大混凝土的碳化深度。雖然不能因碳化問題而影響粉煤灰的推廣使用， 但混凝土的碳化是混凝土耐久性的一個重要指標， 應(yīng)給予足夠的重視。
（三）粉煤灰的質(zhì)量控制
粉煤灰混凝土特別是大摻量的粉煤灰混凝土對粉煤灰的質(zhì)量要求比較高， 而粉煤灰的質(zhì)量波動又比較大， 電廠收集的可直接用于混凝土工程的只是很少數(shù)， 這就要積極探索粉煤灰加工的先進方法， 嚴格控制用于混凝土工程的粉煤灰質(zhì)量。只有選擇了質(zhì)量穩(wěn)定的粉煤灰， 才能保證混凝土質(zhì)量的控制， 才能有效推進粉煤灰在混凝土中的大規(guī)模應(yīng)用。
六、結(jié)語
粉煤灰作為一種活性礦物摻合料， 對發(fā)展綠色高性能混凝土起到了越來越大的作用。粉煤灰是工業(yè)“三廢”之一， 所造成惡劣的環(huán)境污染長期困擾著我們。隨著人們對粉煤灰研究和認識的深入， 逐漸將其應(yīng)用到工程領(lǐng)域， 變廢為寶。尤其在混凝土中， 作為活性礦物摻合料得到了很大的開發(fā)和廣泛的應(yīng)用。
粉煤灰在混凝土中的充分應(yīng)用， 既是提高和改善混凝土性能的需要， 又是節(jié)能減排、保護環(huán)境， 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。開發(fā)利用大摻量粉煤灰綠色高性能混凝土， 可以獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益， 有著十分重大的意義 。
