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粉煤灰对混凝土性能的影响

发布时间:2018-09-29 16:09:05 浏览次数:0
    1前言
 
   粉煤灰是由于在高温下形成玻璃态的物质,在进入低温区后,这些熔融状态的玻璃体,因表面强力作用呈现为不同颗粒形态组成。大致可以分为四类:①微珠,呈球形,颗粒细小,表面光滑的硅铝玻璃体,其中又可以分为实微珠和空心微珠。空心微珠,密度较小,可以浮在水面,又称为漂珠;②葡萄珠,它是由表面粗糙、形状不规则的玻璃体集聚形成的类似葡萄状的颗粒,且颗粒表面具有大小不等的孔洞;③碳粒,这是未燃烧完的碳,颗粒大小不等,且表面多孔;④碎屑,主要是形状不规则的石英等矿物和玻璃碎屑,但数量很少。
 
    混凝土工程中,用于改善混凝土性能的混凝土掺合料主要为人工火山灰质材料的粉煤灰。水利工程中常用粉煤灰为F类Ⅰ级和F类Ⅱ级,级别越高的粉煤灰中的球形颗粒越多,在混凝土中润滑作用越强,以达到节省用水,提高混凝土的性能;粉煤灰特有的物理特征使其可以对混凝土中的颗粒级配起到微调的作用,并对混凝土中的孔隙进行有效填充,增强混凝土的致密性;粉煤灰的化学性能在某些催化剂的作用下产生反应,起到胶凝的作用。
 
    2粉煤灰对混凝土性能的影响
 
    2.1粉煤灰对混凝土拌和物性能的影响
 
    2.1.1粉煤灰对混凝土和易性的影响
 
    在优质(如I级)粉煤灰中大量的微型颗粒对混凝土中较大颗粒骨料之间的啮合产生润滑作用,减少用水量,一般优质灰可减少用水量5%~8%:另一方面由于粉煤灰的密度较低(只相当水泥密度的2/3)在用等量取代水泥时,掺加粉煤灰后混凝土体积中胶凝材料增加,从而增大了混凝土的塑性。由于优质粉煤灰具有减水作用,使用水量降低,同时,粉煤灰中微型颗粒填充混凝土的内部孔隙,从而改善混凝土内部结构,进而使混凝土内部的原先相互连通的孔隙被其阻隔,内部自由水不易流动,泌水性能得到改善,而富有粘聚性,提高混凝土搅拌过程中的各项性能,这种性能的提高尤其适用于混凝土用于泵送运输方式。混凝土泵送运输情况下,掺入一定比例的粉煤灰,可以有效提高混凝土的可输送性,节省混凝土中的水泥用量,并一定程度上对泵送机械起到保护作用。
 
    2.1.2粉煤灰对混凝土含气量的影响
 
    混凝土工程中掺入粉煤灰会导致混凝土中含碳量增加,进而引起混凝土搅拌过程中含气量的降低,比如在碾压混凝土中由于粉煤灰掺量较多,往往使要达到一定要求含气量,必须掺加比普通混凝土多数倍的引气剂用量。由于粉煤灰有一定的缓凝作用,混凝土掺加粉煤灰后,会增长混凝土的凝结时间,粉煤灰掺量越大,混凝土凝结时间越长。
 
    2.2粉煤灰对混凝土强度的影响
 
    粉煤灰火山灰效应和减水效果是粉煤灰影响混凝土强度的两个决定性因素。粉煤灰品质越好,其减水效果越明显,在某些一定的和易性和胶材用量条件下,减水意味着减小水胶比,有利于提高强度。由于水泥的胶凝性比粉煤灰的胶凝性高,所以粉煤灰需要在催化剂的作用下产生二次水化反应。因此,混凝土在掺入粉煤灰后会出现早期混凝土强度提升缓慢,后期提升快的特点。掺加粉煤灰混凝土的3,7d强度低于不掺的混凝土,但是到了90d,粉煤灰的水化反应加快,可能接近或达到不掺粉煤灰的混凝土。随着龄期延长,粉煤灰的活性发挥更快些,到180d就有可能超过不掺粉煤灰的混凝土。水工混凝土工程中,利用掺入粉煤灰后混凝土后期强度提升快的特点,可以有效提高和改善混凝土的各项性能。混凝土抗拉强度受粉煤灰的影响与受抗压强度相似。
 
    2.3粉煤灰对混凝土温升的影响
 
    混凝土工程中,在粉煤灰取代等量水泥的情况下,水泥水化时产生的热量随着粉煤灰掺入比例的提高而降低,热量降低幅度要低于粉煤灰掺入量。比如:在42.5级中水泥中掺30%II级粉煤灰,7d水化热降低约15%,掺40%时降低约25%,掺50%时降低约32%,掺60%时降低约43%。
 
    在大体积混凝土浇筑时,掺入适量粉煤灰可以有效降低混凝土浇筑过程中水泥水化热产生的温升,还可以有效延缓最高温升出现时间,以及削减温峰的效果,进而减少大体积混凝土的裂缝,提高抗裂性能。
 
    2.4粉煤灰对混凝土变形性能的影响
 
    混凝土工程中掺入粉煤灰后,由于早龄期粉煤灰的化学反应较低,使混凝土的徐变、抗压弹性模量、极限拉伸值等无法达到普通混凝土相应要求。但随着掺粉煤灰混凝土的龄期增长,其各项变形性能值均有很大程度上变少。如:大体积混凝土工程中混凝土的极限拉伸值在90d以后还在继续增长,而不掺粉煤灰混凝土的极限拉伸值增加很小,甚至不增长。掺30%粉煤灰大体积水工混凝土,180d龄期的极限拉伸值可达到10-4以上。
 
    混凝土的弹性模量在掺入粉煤灰与普通混凝土相比,差别微小,掺粉煤灰混凝土的徐变性能随着龄期增长而变小。另外,优质的粉煤灰可以有效的减少混凝土的干缩。
 
    2.5粉煤灰对混凝土耐久性影响
 
    2.5.1粉煤灰对混凝土抗渗性的影响
 
    根据试验论证,在混凝土中掺入比例为30%的粉煤灰时,28d混凝土的抗渗性较混凝土不掺粉煤灰低,但90d后粉煤灰混凝土的抗渗性持续增强,当到180d其抗渗性能达到增强。
 
    2.5.2粉煤灰对混凝土抗冻性的影响
 
    粉煤灰对混凝土的抗冻性与抗渗性影响有相似的特性。需要注意的是,混凝土掺入粉煤灰后,为保障混凝土的抗冻性,必须保证混凝土中有一定的含气量,如果粉煤灰混凝土含气量合适,又采用优质粉煤灰以及保证养护条件,其28d抗冻性不会低于不掺粉煤灰混凝土。只要粉煤灰混凝土配合比设计合理,同样可以配制达到要求的抗冻耐久性。这是由于掺粉煤灰,混凝土内的微细颗粒增加,和易性改善,游离水减少,更重要的是粉煤灰的微小颗粒改善了混凝土的孔结构,小孔增加,大孔减少,不连通孔增加,连通孔减少。总之降低了游离水的冻结产生的膨胀力和渗透压力。
 
    2.5.3粉煤灰对混凝土抗冲磨性的影响
 
    混凝土中掺入适量(不超过25%)的优质粉煤灰有利于提高混凝土的抗冲磨性能。其一,粉煤灰的化学特性可以有效提高混凝土的抗冲磨性能;其二,优质粉煤灰对混凝土浇筑过程中具有减水增强的效用。
 
    2.5.4粉煤灰对混凝土碱骨料反应的影响
 
    混凝土中掺入一定比例的粉煤灰,可以有效降低混凝土的碱骨料反应。由于粉煤灰的火山灰反应,直接降低了混凝土中水溶性碱和孔隙溶液中的pH值,生成非膨胀的钙—碱—硅胶,以及混凝土的孔结构改善,降低混凝土的透水性。但是粉煤灰对混凝土的碱骨料反应抑制作用,受到粉煤灰自身特性和粉煤灰掺入比例的影响。根据试验结果显示,当混凝土中粉煤灰的掺入比例高于25%时,碱含量较低和低钙性能的粉煤灰,可以有限降低混凝土的碱骨料反应。由于施工环境不同和粉煤灰自身的化学特性存在差异,在使用粉煤灰之前应进行试验论证。
 
    2.5.5粉煤灰对混凝土抗酸盐侵蚀的影响
 
    粉煤灰可以有效提高混凝土的抗酸盐侵蚀。一方面,粉煤灰对混凝土的内部孔分布和结构起到了有效的改善作用,增强了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能;另一方面,粉煤灰中的活性组分与混凝土中存在的氢氧化钙反应,降低了混凝土中的氢氧化钙含量,降低了混凝土内部的内应力,减少了内应力对混凝土结构的破坏。
 
    2.5.6粉煤灰对混凝土中钢筋锈蚀的影响
 
    混凝土工程中,粉煤灰的掺入比例﹤30%时,粉煤灰会对混凝土中的钢筋产生明显的锈蚀作用。这是由于掺入粉煤灰后,粉煤灰在混凝土中的碳化反应降低了混凝土的碱度,同时与水和氧气的共同作用下,破坏了钢筋表面的的钝化膜,致使钢筋的保护层减少,导致混凝土中的钢筋遭到腐蚀。因此,在混凝土工程中掺入粉煤灰时,应提高粉煤灰混凝土抗碳化性能,除了粉煤灰的掺量(一般认为不超过30%)合适,且采用符合品质要求的粉煤灰;还应在掺入粉煤灰的同时掺入适量的减水剂,合理配置水胶比,合理选择配合比;并应加强施工操作控制,尽量保证混凝土的保护厚度≥40mm。因此,不会因掺粉煤灰而对钢筋不利。
 
    3结语
 
    随着粉煤灰技术的发展,以及在混凝土中的广泛应用,粉煤灰已成混凝土中必不可少的原材料。结合工程需要和粉煤灰对混凝土性能的影响,才能更有效提高混凝土性能。
 
编辑:江苏省散装水泥发展中心

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