研讨混凝土粉煤灰效应意义原理及其对混凝土性能影响

论文导读：
摘要：通过对粉煤灰形态源于：标准论文www.7ctime.com
效应、填充效应、微集料效应以及活性效应作用原理的分析，研究粉煤灰效应对混凝土性能的影响以及其掺入量的控制。
关键词：粉煤灰 粉煤灰效应 混凝土性能

1.粉煤灰形态效应与填充效应

1.1粉煤灰的形态效应、填充效应具体表现

首先，粉煤灰中的球形玻璃体，包括海绵状玻璃体和铝硅酸盐玻璃微珠，表面光滑，粒度细且质地致密，对水的吸附力较小，减小混凝土内部的摩擦阻力，在混凝土泵送和振捣过程中有润滑作用，且有减水作用。
减水作用主要体现在，水泥在水化初期易产生凝聚或絮凝作用，形成一种极不均匀的水化物结构，粉煤灰借助其颗粒细小的形态特点能够物理分散这些水泥絮凝体，使较多的絮凝吸附水游离出来，降低了砂浆的需水量。[8]
粉煤灰的填充作用表现在，较细的颗粒填充在水泥浆体中，可以细化孔隙和毛细孔。

1.2形态效应、填充效应对混凝土性能的影响

粉煤灰的形态效应主要表现在减水和润滑作用上，能有效的提高混凝土的流动性和和易性，对混凝土泵送、振捣都有益无害。但是，质量较差的粉煤灰含有大量较粗的，多孔的，非球状多渣状的颗粒，反而会降低混凝土的工作性，增大用水量。
另外，掺入的粉煤灰越细，则需水量就越低，水化反应的界面也随之增长，有利于混凝土强度的提高。但是，掺入量必须得到控制，因为，掺入的细灰过多时，其总表面积将大于浆体所能湿润的面积，细灰反而会聚成一团，不能分散到水泥浆体中，导致强度的降低。
粉煤灰的填充效应为单一的物理作用，不随龄期的增长而增长。粉煤灰在发挥其填充效应时的掺入量也应该控制，因为，粉煤灰填充过多时，混合料处于悬浮状态，而太少时，混合料处于骨架孔隙结构，只有在掺量合适时，混合料能达到骨架密实的状态[7]，结构的强度最优。

2.微集料效应

2.1粉煤灰微集料效应的作用机理

粉煤灰的微集料效应是指，在水泥中，粉煤灰的微细颗粒均匀分布，填充细化孔隙，同时能阻止水泥颗粒相互粘聚，有利于混合物的水化反应。粉煤灰的颗粒较水泥更细，水化产物与水泥的相似，在混合物的硬化中可视为“微混凝土”。
在水化反应是，水泥的水化作用常常局限于水泥颗粒的表面，不能渗透到水泥颗粒的核心或者是水泥颗粒相互接触面，水化作用不彻底。在掺入粉煤灰后，颗粒级配得到改善，水泥拥有更大的表面积进行水化反应。
另外，微集料效应在时间上具有持续性，随着龄期增长，粉煤灰的水化反应逐渐发生，粉煤灰与水泥浆体之间的界面接触越来越紧密，长时间内保持其效果。

2.2微集料效应对混凝土性能的影响

粉煤灰的微集料效应能有效增强结构的强度。一个原因是，粉煤灰的超细玻璃球成分在混合物中可发挥类似轴承的润滑作用，提高混合物密实度并且有效改善了流动性。另一方面，粉煤灰的细微颗粒有效阻断浆体中泌水渠道，同时能降低相同稠度下混凝土的需水量，将水灰比进一步降低，有效减少泌水和离析现象的产生。
另外，粉煤灰的微细颗粒可以显著的改善界面过渡区的微结构，而集料与水泥石的界面是结构的薄弱环节，微集料效应可以消除或者减少界面区的原生微裂缝，消减应力集中，提高混凝土的抗拉能力。同样，由于微集料效应，使得混凝土极限抗拉应变增大，抗裂性随着增大，提高混凝土抵抗干燥收缩开裂的能力[5]。
但是对于混凝土的塑形收缩裂缝，粉煤灰的掺入会使情况变糟糕。原因在于，粉煤灰具有保水性，微集料效应发展缓慢使混凝土早期强度低，凝结时间较长，当混凝土的凝结时间大于塑形收缩裂缝出现的时间，那么混凝土就会产生此种裂缝。为了缓解这一现象，可使用早强剂缩短混凝土凝结时间，或者使用高效能的粉煤灰激发剂[6]，能提高粉煤灰的水化活性，另一方面，加强养护也是必不可少的手段。

3.活性效应

3.1粉煤灰活性效应的化学机理

凡能在常温和有水条件下与Ca（OH）2发生化学反应的硅铝质材料均称为火山灰材料。粉煤灰也具有这种能力，被称为火山灰反应性，通常称为活性。
粉煤灰中有多种不同形状的颗粒混合堆聚的粒群，但是，其中只有硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒、微珠和海绵状玻璃体是有活性的，其他结晶体或者富铁微珠活性很低甚至是惰性的。
另外，决定火山灰反应速率的因素主要是玻璃体的含量和玻璃体的比表面积。玻璃体是煤的灰分在论文导读：
高温熔融状态下骤冷而成，蕴含了较多的化学内能而不稳定，在与Ca（OH）2的反应中，极易被Ca（OH）2腐蚀而释放出游离的SiO2和Al2O3，然后再进行水化反应。若是硅铝质结晶体则很难被腐蚀，也就不会有明显的火山灰反应。若玻璃体的比表面积大，也就是粉煤灰的细度较高，那么在火山灰反应中，玻璃体与Ca（OH）2浆体的接触面积较大，而使火山灰反应速度增加。因此，粉煤灰越细，含玻璃体越多，那么作为掺合料就越好。
长安大学的柏安提出：粉煤灰中的SiO2和Al2O3与水泥的水化产物在有水的情况下发生反应，生成水化硅酸钙（C—S—H）和水化硫铝酸钙（C—A—S—H）[4]，具体反应过程如下：
房晨及连永秀提出：在高温状态下，经离子迁移形成的Si-O和Al-O共价键具有较高的聚合度。因此，在一般情况下，粉煤灰不能产生胶凝作用。但粉煤灰的火山灰活性使其在加入到混凝土中时，在水的OH-离子的激发下，Si-O和Al-O键会被打断，继而发生上述反应[3]。

3.2粉煤灰活性效应对混凝土强度的影响

粉煤灰发生水化反应，消耗掉大量的Ca（OH）2，生成硅酸凝胶和稳定的纤维状的硫铝酸钙晶体，胶凝体比结晶体具有更大的韧性，纤维状的硫铝酸钙晶体可能较氢氧化钙晶体具有良好的抗拉性能，另外，水化反应的产物在粉煤灰玻璃微珠表层交叉连接，对促进混凝土强度增强起了重要的作用。 在混凝土抗裂的粉煤灰效应[6]一文中提出用抗折强度相对值，即水泥胶砂抗压强度与抗折强度的比值来反映抗拉性能。抗折强度相对值又称脆性系数，用此评价抗拉性能更具有合理性。
根据他们的实验结果如表：
由数据可以看出，
（1）不同胶砂试件共同的规律是龄期越长，脆性系数越大，后期抗压强度增长率大于抗折强度增长率。
（2）随着粉煤灰掺量的增加，胶砂的脆性系数降低，且后期影响较大，可见参加粉煤灰能提高混凝土抗拉性能。
（3）随着粉煤灰掺量的增加，胶砂的抗压强度降低。对比可发现，当掺量大于40%时，抗折强度的提高率很低，基本趋于稳定。如果粉煤灰掺量过高时（≧50%），拌合物会很粘稠，大量降低流动性，且抗压强度递减率增加，若想满足流动性要求添加高效减水剂则会提高成本[6]。
掺入粉煤灰的水泥混凝土较之标准混凝土（未掺入外加剂）早期强度有所下降，但随时间推移，后期强度不断提高。
另外，水化硅酸钙强度较高，碱性低，使水泥石中水化胶凝物质的数量增加，质量也大幅提高。粉煤灰可以使水泥颗粒更加分散，使得水化反应更加充分，水泥浆密实度随之提高，从而提高混凝土中骨料与水泥浆的界面强度。
但是，粉煤灰的活性效应依赖于混合物中Ca（OH）2的含量，所以，必须保证Ca（OH）2的最低值，换而言之，粉煤灰的取代量不能是无限量的。
4.结论
粉煤灰每种效应在对混凝土性能的影响方面是不同的，随着时间的变化每种效应的贡献作用也有大有小，随着养生龄期的延长，活性效应的作用愈发体现，但是填充效应作为单一的物理作用将不会随着时间的改变而增强。
同时，每种效应的影响在同一时间下也是关联的，粉煤灰在影响混凝土性能时每种效应贡献的作用大小与其品质也有关系。品质好的粉煤灰其微集料效应相对明显，但劣质的粉煤灰不仅不能发挥微集料效应还可能降低混凝土质量。
另外，粉煤灰掺量的把握是能最大限度发挥粉煤灰效应的关键步骤，在确定粉煤灰掺量是不仅需要考虑粉煤灰本身的物理化学性质对混凝土性能的影响，还要结合不同施工环境以及混凝土结构物工作要求对混凝土不同性能方面的取舍。
参考文献：
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