佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心
摘要：粉煤灰作为掺合料，在混凝土中的应用越来越广泛，在混凝土中掺入适量的粉煤灰，会对混凝土拌合物的和易性、强度、耐久性等性能产生一定的影响。除此之外，还能节约能源，降低成本，保护环境。
关键词：粉煤灰；混凝土；和易性；强度；耐久性；影响
随着建筑业的快速发展，社会对建筑材料的需求提出了越来越高的要求，不仅要满足设计要求和施工的可行性，还要遵循节能减排、可持续发展的要求。混凝土是目前大量使用的一种建筑材料，如何在保证混凝土强度要求的前提下，做好混凝土的节能降耗工作，对混凝土的可持续发展具有很重要的意义。
1.粉煤灰对混凝土拌合物和易性的影响
混凝土拌合物的和易性主要包括三个方面，即流动性、粘聚性和保水性等。和易性是否良好，将直接或间接影响混凝土的浇筑质量、硬化后混凝土的强度及耐久性等性能。粉煤灰之所以会对混凝土拌合物的和易性产生较大影响，主要原因有以下两个方面：
1）粉煤灰这种工业废渣，其颗粒的形状较为理想，呈球形状，在混凝土搅拌过程中，如同滚珠一样，减少了粗、细骨料颗粒间的摩擦力，因而使混凝土拌合物的流动性得以增大。
2）粉煤灰属于表面光滑的玻璃体颗粒，其结构表面致密，内比表面积较小，吸水性很差，同时粉煤灰颗粒还可填充于水泥颗粒间隙和絮凝结构中，占据充水空间，有效地把絮凝结构中的水分释放出来，从而在不增加单位用水量的条件下，使水泥浆体的流动性得以增大。除此之外，粉煤灰的掺入，还可改善混凝土拌合物的可泵性，减少高效减水剂的应用。尤其超细粉煤灰，其细度还要小于水泥颗粒的细度，可以截断混凝土内部毛细管泌水通道，从而减少泌水现象。因此，能改善混凝土的黏聚性和保水性，提高了混凝土内部组分的稳定性和抗离析能力，从而保证混凝土的均应性和可泵性。
2.粉煤灰对混凝土拌合物和易性、强度试验
2.1试验原材料
2.1.1水泥
本次试验所选用的水泥为市面上使用量较大、性能相对稳定、价格相对低廉且供应比较充裕的P.Ⅱ42.5R级水泥，水泥比表面积为350m2/kg、密度为3.12g/cm3；初凝时间实测134min、终凝时间实测为169min；标准稠度用水量为26.4%；3d抗压强度为31.4MPa、抗折强度为6.7MPa；28d抗压强度为53.3MPa、抗折强度为9.0MPa；三氧化硫含量为2.58%、氧化镁含量为1.36%。水泥各项指标均符合规范要求。
2.1.2粉煤灰
粉煤灰为阿拉尔电厂生产的粉煤灰，其品质指标见表1。检验结果表明，阿拉尔电厂的粉煤灰的品质满足《用于水泥和混凝土中粉煤灰》（GB1596－91）粉煤灰的要求。
表1粉煤灰品质检验结果
2.1.3骨料
试验所用的骨料均是由西大桥沙场生产的，小石子的粒径为5～25mm；大石子的粒径为25～50mm，砂子的细度模数为2.27，3种骨料的基本性能见表2。
2.2试验方案
混凝土坍落度按照GB/T50080测定，分三层装料，每层用插捣棒插捣15次，捣实后每层混凝土拌合物试样高度约为筒高的1/3。力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法》标准进行试验，抗压强度试件尺寸采用150mm×150mm×150mm。
配合比设计思路是把粉煤灰作为混凝土的一种基本组成材料，在10%～40%的粉煤灰掺量范围内，使用粉煤灰等量取代水泥法，即粉煤灰取代相应的水泥。根据试验的混凝土配合比进行和易性、抗压强度试验。
2.3试验结果分析
混凝土中单独掺入粉煤灰后，其和易性得到明显改善，且1h坍落度损失较小，随着粉煤灰掺量增加，混凝土坍落度变大，且坍落度损失越来越小，同时混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。如当粉煤灰掺量为35%时，混凝土3d抗压强度降低率为28.7%，7d抗压强度降低率为21.1%。而掺加粉煤灰的混凝土后期强度上升较快，60d强度与基准混凝土差距较小，当粉煤灰掺量为25%时，其60d强度与基准混凝土相当，后期混凝土强度增长速度快于基准混凝土。
3.粉煤灰对混凝土耐久性的影响
混凝土的耐久性亦是混凝土重要的性能之一，耐久性关乎混凝土的安全性和使用年限。因此，长期以来，在引起人们重视的同时，也在不断地进行摸索提高混凝土耐久性的有效途径。以下是粉煤灰对混凝土耐久性的影响分析。
3.1对抗冻性及抗渗性的影响
3.1.1对抗冻性的影响
混凝土抗冻性能的好坏主要取决于内因和外因两个方面，就内因而言，混凝土的强度、孔隙率及孔隙的形态特征等至关重要。混凝土中用粉煤灰取代部分水泥后，在水泥水化的早期和中期，所生成的水化产物相对较少，毛细孔增多，强度偏低。但在后期，随着粉煤灰的活性物质发生二次水化反应，新生成的物质会不断填充于水泥石的毛细孔隙，而使得混凝土强度增长幅度较大，其抗冻性也得以增强。尤其，在掺加粉煤灰的同时，再掺入适量的引气剂，大量微小的、稳定气泡的存在，一方面使得混凝土内部的闭口孔隙增加，有效切断了毛细管渗水通道，使其内部的充水程度降低。另一方面，气泡具有一定适应变形的能力，当开口孔隙中的水结冰形成水压时，尚未结冰的水会在水压力的作用下缓慢向气泡内渗透，在一定程度上可缓解因冰冻而产生的膨胀压力，使混凝土的抗冻性得以提高。
3.1.2对抗渗性的影响
煤粉灰呈玻璃体球形颗粒，其形态效应可减少混凝土的拌合用水量，即降低了水胶比。一般而言，在保证易于施工操作的前提条件下，水胶比愈小，则混凝土硬化后的内部结构就愈密实，并可减少干缩5%左右。因此，其抗渗性也就愈高。
3.2对抗化学腐蚀性能的影响
掺入一定量的粉煤灰，可降低混凝土中的水泥用量，在水泥一次水化反应和粉煤灰活性细粉的二次水化反应过程中，使水泥石中对强度和稳定性有不良影响的Ca（OH）2晶体大大减少，对水泥石性能有利的低碱水化硅酸钙凝胶却大大增加。同时还减少了水泥石与集料界面过渡区的厚度及过度区Ca（OH）2富集和排列的程度，对提高混凝土的抗化学腐蚀性能起到积极作用。
3.3对抗碳化性能的影响
混凝土的碳化主要受到两个因素的影响，即混凝土内部的碱度与渗透性。在混凝土中掺入粉煤灰后，经过二次反应虽然降低了混凝土中的Ca（OH）2的含量，但与此同时又生成了具有凝胶性的物质，它们也能够吸收环境中的二氧化碳。因此，粉煤灰混凝土的碱度降低的程度并不明显，并且这种二次反应还可进一步降低混凝土内部的孔隙，从而显著地提高了混凝土的抗渗性。加之，空气中二氧化碳的浓度又很低，所以粉煤灰混凝土的碳化过程是十分缓慢的。
3.4对抗碱—骨料反应的影响
目前，对于碱—骨料反应造成的混凝土结构的破坏，还没有办法进行根治，只能做到提前预防，碱—骨料反应的危害已引起人们的高度关注，并通过一些切实有效的途径来避免这种危害的发生。研究证实，粉煤灰的掺入，可降低水泥石中可溶性碱的含量。其次，粉煤灰与水泥水化所生成的Ca（OH）2反应，有效地降低了混凝土的PH值，使得混凝土中硅与碱的反应活性得到有效抑制。第三，混凝土中掺入粉煤灰，提高了混凝土的密实性，降低了水分向混凝土中的渗透的可能，从而避免了碱—骨料反应的发生。研究发现，用粉煤灰取代28%～40%的水泥，可有效抑制碱—骨料反应。
结论
掺加粉煤灰可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的坍落度，在10%～40%的粉煤灰掺量范围内，混凝土的坍落度是随粉煤灰掺量的增加而增大，且混凝土的粘聚性、保水性好，无离析泌水现象；随着粉煤灰掺量的增加，C35和C30两种强度的混凝土抗压强度在7、28和56d龄期都有从增大到减小的发展趋势，其中在20%时强度达到最大，而且粉煤灰掺量对于提高C35的混凝土的强度更为有利。由于阿拉尔气候干燥，导致试验的材料都比较干燥。另外，影响混凝土和易性和强度的因素很多，对于不同因素对和易性和强度的影响的关系没有深入研究，这样更能准确找出粉煤灰掺量对混凝土和易性和强度变化的规律。
参考文献：
［1］蒋林华，刘振清，叶义群．大掺量粉煤灰混凝土耐久性研究［J］．建筑材料学报，2004（3）：328－331．
［2］经宋岩丽．粉煤灰效应及其对混凝土性能的影响［J］．山西建筑，2003，29（11）：61－62．
［3］王彦君，胡荣华，刘梦溪．粉煤灰对混凝土工作性能的影响［J］．江苏煤炭，2003（3）：67－68．
［4］李金奎．高掺量粉煤灰混凝土强度特性试验研究［J］．粉煤灰综合利用，2006（4）：10－11．