裝配式施工知識分享：大摻量粉煤灰混凝土的作用及其機理分析

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1.粉煤灰的主要作用

粉煤灰在混凝土中的主要作用表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層，由于粉煤灰的容重(表觀密度)只有水泥的2/3左右，而且粒形好(質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠)，因此能填充得更密實，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。

(2)對水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當(dāng)混凝土水膠比較低時，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。

(3)粉煤灰和富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物(與水泥中硅酸鹽的水化產(chǎn)物相同)，而且加強了薄弱的過渡區(qū)，對改善混凝土的各項性能有顯著作用。

(4)粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。

(5)粉煤灰高性能混凝土的性能粉煤灰是一種呈玻璃態(tài)實心或空心的球狀微顆粒，比水泥粒子小得多，比表面積極大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化鋁。摻入混凝土中的粉煤灰主要產(chǎn)生以下幾方面影響:

a.活性效應(yīng):在常溫下，由于粉煤灰的水化反應(yīng)比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期強度得不到補償，所以混凝土早期強度隨粉煤灰摻量的增加而降低。隨著時間的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成大量水化硅酸凝膠。粉煤灰外部的一些水化產(chǎn)物在成長過程中也會象樹根一樣伸入顆?？障吨校畛淇障?，破壞界面區(qū)Ca(OH)2的擇優(yōu)取向排列，大大改善了界面區(qū)，促進了混凝土后期強度的增長。

b.微集料密實填充及顆粒形態(tài)效應(yīng):均勻分散在混凝土中的粉煤灰顆粒不會大量吸水，不但起著滾珠作用，而且與水泥粒子組成了合理的微級配，減少填充水?dāng)?shù)量，影響系統(tǒng)的堆積狀態(tài)，提高堆積密度，具有減水作用，使新拌混凝土工作性優(yōu)良，硬化混凝土微結(jié)構(gòu)更加均勻密實。而且，不會發(fā)生泌水離析現(xiàn)象，可施工性和抹面性好，抗?jié)B性、抗凍性好。

c.交互作用:水泥、粉煤灰、外加劑等不同粉料間會產(chǎn)生物理、化學(xué)的交互作用。例如，水泥水化生成的Ca(OH)2是粉煤灰的活性激發(fā)劑，而被激發(fā)了的粉煤灰一旦水解，降低液相堿度，又會進一步促進未水化水泥水化。又如混凝土坍落度經(jīng)時損失的原因之一是隨著水化反應(yīng)的進行，高效減水劑的濃度降低，通過SEM觀察，發(fā)現(xiàn)超細粉末的粉煤灰顆粒存在大量比表面積相當(dāng)大的微珠以及一定量的多孔海綿狀的不規(guī)則小塊，可吸附外加劑，是外加劑的理想載體由于粉煤灰水化反應(yīng)緩慢，吸附在其上的高效減水劑在短時間內(nèi)不會起作用，之后才隨粉煤灰的水化得以逐漸釋放，因此新拌粉煤灰混凝土的坍落度經(jīng)時損失小。另外，目前生產(chǎn)的水泥含堿量不斷提高，粉煤灰的使用大大節(jié)約水泥熟料，抑制堿--骨料反應(yīng);水泥中C3A含量少，水化產(chǎn)生的熱量少，減少了混凝土構(gòu)件由于內(nèi)外溫差過大而引起其表面開裂的危險;粉煤灰水化消耗大量Ca(OH)2,混凝土不耐蝕成分減少，因而耐化學(xué)侵蝕性比普通混凝土強得多。同時徐變、干縮等變形性能也優(yōu)于普通混凝土綜上所述，大摻量粉煤灰高性能混凝土具有令人滿意的工作性、耐久性，力學(xué)性能也能達到設(shè)計要求，盡管早期強度低，但后期強度高，強度儲備大。用高質(zhì)量的粉煤灰取代部分水泥可大大改善新拌混凝土的工作性，因為:(1)粉煤灰是由大小不等的球狀顆粒的玻璃體組成，表面光滑致密，在混凝土拌合物中能起滾珠作用;(2)新拌混凝土中水泥顆粒易聚集成團，粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來潤滑骨料;(3)能減少用水量，使混凝土的水灰比降到更小水平，減少泌水和離析現(xiàn)象;(4)具有良好的保水性，有利于泵送施工良好的工作性可大大改善混凝土的外觀質(zhì)量，同時也是混凝土內(nèi)在質(zhì)量的保證大摻量粉煤灰混凝土的良好的工作性能，對于解決目前混凝土存在的許多問題有很重要的作用。通過對粉煤灰摻量不同的新拌高性能混凝土進行坍落度試驗表明，摻加粉煤灰對混凝土工作性的改善十分明顯，各摻量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基準混凝上。取代率大于40%以后，隨著摻量的提高，由于粉煤灰的密度比水泥小，膠凝材料體積增大，需水量會有所上升，但即使粉煤灰摻量高達70%,混凝土坍落度仍大于基準混凝土。同時，在實踐中可看到粉煤灰高性能混凝土的粘聚性·保水性好，無離析泌水現(xiàn)象。

2.粉煤灰在混凝土中的機理分析

(1)粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)

粉煤灰的主要礦物組成是海綿狀玻璃體，鋁硅酸鹽玻璃微珠，這些球狀玻璃體表面光滑、粒度細，質(zhì)地致密，內(nèi)比表面積小，不僅使水泥漿需水量小，而且它們往往填充水泥漿體孔隙中，使混凝土密實性大大提高，或者在相同用水量的情況下，可增大流動性，改善和易性和可泵性。

(2)粉煤灰的微集料效應(yīng)

粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，阻止了水泥顆粒的相互粘聚，而處于分散狀態(tài)有利于水化反應(yīng)的進行，同時減少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密實度得以提高。

(3) 粉煤灰的活性效應(yīng)

粉煤灰的活性效應(yīng)也稱火山灰效應(yīng)，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3與水泥和石灰的水化產(chǎn)物在水溶液中發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，繼而與石膏反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣。上述這些反應(yīng)幾乎都是在水泥漿孔隙中進行的，大大降低了混凝土內(nèi)部的孔隙率，改變了孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的密實度。

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