浅谈粉煤灰对混凝土耐久性的影响

　　摘 要：粉煤灰是具有火山灰活性的掺合材后，合理的掺加粉煤灰，能够降低混凝土初期水化热的不利影响。粉煤灰能够改善混凝土的性能，使混凝土坍落度增加、需水量降低，改善孔结构，提高混凝土密实程度，改善耐久性。由于粉煤灰混凝土的性能较好，因而也被用在各种大大小小的工程中，其使用变得日益广泛。

　　关键词：粉煤灰；钢筋混凝土；耐久性；影响因素

　　粉煤灰是煤在锅炉中燃烧后形成的被烟气携带出炉膛的细灰，由有机物和无机物组成，可综合利用其可燃成分后，常用来作混凝土的掺合料。随着电力工业的发展，粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的关注。我国高等级公路建设发展迅速，许多省份都在高速公路上修建了大量的水泥混凝土路面。在混凝土中适量地掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强了混凝土的可泵性，减少了混凝土的徐变、水化热、热能膨胀性，增强了混凝土抗渗能力，增加了混凝土的修饰性。降低了工程造价，提高水泥混凝土路面施工质量和施工效率，是改善水泥混凝土路面使用效果的有效技术手段，为水泥混凝土路面的发展应用开拓了新的空间。下面就谈谈自己的肤浅看法。

　　1 粉煤灰材料的特性

　　粉煤灰是一种均匀级配材料，粉煤灰不应含团块、腐殖质及其它杂质，其粒径介于0.005mm~0.10mm之间，处于粉质砂土和粉质粘土范围内。粉煤灰用作路基填筑材料时，粉煤灰的粒径组成影响其压实性能，粗颗粒含量较多的粉煤灰，内摩阻角会增大，表现出一定的有利作用。

　　1.1 粉煤灰的物理性质

　　粉煤灰外观光滑而松软，呈粒状，粒径较小，部分颗粒尺寸小于10μm，具有较大的比表面积。对粉煤灰的X光衍射分析得出：粉煤灰中主要为玻璃质，其次为莫来石、石英，还有少量的方解石、水云母、高岭石、绿泥石等。粉煤灰是由各种形状的颗粒组成的混合物，实心和空心圆形小球占很大比例，颗粒以非晶质的玻璃质体为主，是一种粒状球形玻璃质组成。在外荷载作用下，粉煤灰具有一定的压缩性，同比粘性土其压缩变形要小的多。粉煤灰的不规则颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。毛细现象十分强烈，毛细水的上升高度与压实度关系密切。在作为路面基层无机结合料时，粉煤灰的比表面积应满足2500cm2/g的规定标准，以利于早期强度的发展和火山灰反应。[1]

　　1.2 粉煤灰的化学性质

　　粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，含有少量的黄铁矿、方解石、石英等矿物。当其粒度较细并在有水条件时可与碱金属或碱土金属反应生成胶凝性产物；另一类是硫钙型粉煤灰，粉煤灰硅铝含量少，石灰和硫的含量较高，属高钙灰范畴，具有较强的自硬性。游离的石灰和未燃尽的碳是对工程有影响的主要成分，游离的石灰能够影响粉煤灰的火山灰反应，未燃尽的碳影响其压实性能。铝、硅形成了活性成分，粉煤灰的密度小，这就是其在公路中利用的优势。

　　2 粉煤灰影响混凝土施工的性能

　　粉煤灰能够改变混凝土和易性，增加混凝土的粘性，减少混凝土的离析与泌水，降低混凝土中碱基料的反应，能够节约水泥的用量。有水存在时，粉煤灰可以与混凝土中的进行二次反应，生成难溶的水化硅酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，也填充了混凝土内部的孔隙，对混凝土强度和抗渗性都有提高作用。

　　2.1 和易性

　　混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程中，便于施工的技术性能。和易性是一项综合的技术性质，它与施工工艺密切相关。水泥品种、骨料种类、粒形和级配、外加剂、时间、温度等，都对混凝土拌和物的和易性有一定影响。和易性通常包括有流动性、保水性和粘聚性等三个方面的含义。混凝土拌和物的和易性是流动性、粘聚性和保水性的综合体现，混凝土的流动性、粘聚性和保水性之间既互相联系，又常存在矛盾。因此，在一定施工工艺的条件下，混凝土的和易性是以上三方面性质的矛盾统一。

　　2.2 泌水

　　泌水是混凝土在摊铺以后凝结以前，从外观上看来在表面出现水分的一种现象。混凝土在运输、振捣、泵送的过程中出现粗骨料下沉，水分上浮的现象称为混凝土泌水。泌水会引起麻面、塑性开裂、表层混凝土强度降低等问题。掺和粉煤灰能够减少混凝土的泌水，因为粉煤灰含有较多的微细颗粒，有助于截断混凝土内泌水的通道。

　　2.3 泵送性能改善

　　所谓泵送性能，是指混凝土拌合物具有能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、塑性良好的性能。泵送剂是流化剂中的一种，它除了能大大提高拌合物流动性以外，还能使混凝土在 60 ～ 180min 内保持其流动性，剩余坍落度应不小于原始的 55 ％。粉煤灰与水泥细度相近或比水泥还细，粘聚性强，提高了抗离析能力，提高了混凝土的稳定性，对砂浆体提供了补充的细颗粒。保持混凝土可泵性和匀质性。掺和粉煤灰的混凝土坍落度损失小，凝结时间延长，延长了允许的运送时间和运送距离，扩大了泵送混凝土的应用范围，改变了混凝土的泵送性能，延长泵送机械使用寿命。混凝土拌合物的泵送性能与多种因素有关，其中最重要的是水泥浆体的数量与水泥浆体的黏度。[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热，防止混凝土热应力裂缝，还能降低硬化混凝土的渗透性，提高混凝土耐化学（酸、硫酸盐）腐蚀能力，降低氯离子渗透速率，防止碱—骨料反应等等。增大混凝土的密实性，提到了混凝土自身的抗侵蚀能力，从而延长了混凝土的使用寿命。

　　3.1 渗透性

　　粉煤灰的渗透性包括透水性、透气性和透离子性等，是一个综合指标。混凝土抵抗氯离子渗透的能力和混凝土配合比、原材料、施工质量密切相关，反应了混凝土的抗渗透性。粉煤灰的压实度越大，渗透系数越小。煤粉灰的形态效应能够减少新拌混凝土的用水量并能降低初始水灰比。粉煤灰的渗透系数为1.9~7.6×10-5cm/s，而亚粘土的透系数约为1.48×10-7cm/s，煤粉灰活性效应形成的凝胶对因取代水泥而减少的凝胶在数量上起到补充作用，使粉煤灰混凝土的强度提高，耐久性有所改善。水泥石的孔结构发生变化，因而抗渗性明显提高，粉煤灰的渗透性比土优越。

　　3.2 抗冻性

　　抗冻性指被冷却的生物，在体内已出现冰晶的状态下仍能生存的特性。粉煤灰混凝土的抗冻性主要取决于强度。混凝土的抗冻能力随粉煤灰掺量的增加而降低；混凝土的引气量和强度是影响普通混凝土和粉煤灰混凝土抗冻性的决定性因素。满足抗冻性要求的引气量取决于相应的混凝土强度等级。混凝土强度越高，满足抗冻性所必需的引气量越低。强度高，抗冻性就好。所以，抗冻性与试体密实程度有一定关系。

　　3.3 抗碳化能力

　　混凝土碳化作用是指碳酸气或含碳酸气的水与混凝土中的氢氧化钙作用生成碳酸钙的反应， 也就是“碳酸气作用”。按碳化程度可分为三个区，靠外部的完全碳化区；内部的未碳化区；中间的碳化反应区。抗压强度与炭化速率的关系：掺粉煤灰混凝土的碳化速率均不同程度的高于同强度的基准混凝土，当前者的强度超过后者一定幅度时， 两者才可能有相同的抗碳化能力，影响其碳化速率的两个本质因素是混凝土的碱度与渗透性。水泥用量不减少，再外掺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，同时掺用粉煤灰和减水剂的技术措施，可以更好地发挥粉煤灰的效应，保证提高粉煤灰的抗碳化能力[3]。

　　总之，粉煤灰混凝土的耐久性问题是一个综合性问题，抗冻性和抗碳化能力是粉煤灰混凝土耐久性两个重要的方面。利用粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题，粉煤灰已经成为对混凝土改性的一种重要组分。提高混凝土的耐久性对实现建筑可持断发展战略，更好地应用资源、节约能源和保护环境，都具有非常重要的意义。