当今, 高性能混凝土在高层建筑、桥梁及恶劣环境下工程的应用, 已取得良好的技术经济效果, 实现了高工作度、高强度、高耐久性与良好经济性的统一, 而混凝土实现这种效果的途径之一是添加粉煤灰。粉煤灰无论对混凝土的强度、脆性、徐变、弹性模量等力学性能, 还是对体积稳定性、耐久性及降低水化热等均有较好的改性作用, 是一种优质的高活性复活材料, 特别是由于掺加粉煤灰的混凝土具有良好的粘聚性、可泵性及和易性, 可有效降低大体积混凝土水化热, 推迟水化热峰值的出现时间, 从而达到不出现或少出现温差裂缝的目的等优点。
1 粉煤灰混凝土良好性能的具体表现
1.1 取代水泥, 降低成本
粉煤灰具有颗粒细, 微珠含量高, 需水量低和活性高等特点, 采用粉煤灰、高效减水剂双掺技术, 采用适宜的超量系数, 超量取代水泥后, 在水胶比为0.35~0.45, 并保持坍落度相同时, 混凝土强度均达到或超过未掺粉煤灰的混凝土, 取代水泥量可达15%~40%, 由于粉煤灰价格较便宜, 可明显降低成本。
1.2 提高混凝土强度及耐久性
粉煤灰对混凝土强度的影响主要表现为: (1) 粉煤灰的形态效应在混凝土中起到填充、均化和润滑作用, 使粉煤灰的需水量降低5%~10%, 具有一定的减水增强作用 (2) 粉煤灰的活性效应使之与水泥水化产物Ca (OH) 2发生二次反应, 生成低钙硅比的C S-H凝胶体等水化产物, 增加混凝土密实度, 提高强度。为避免大掺量粉煤灰混凝土带来的早期强度偏低问题, 配制掺粉煤灰混凝土应采用尽可能小水胶比, 低水胶比 (0.30~0.45) 是保证粉煤灰混凝土具有良好强度和耐久性的必要措施, 也是促使粉煤灰在混凝土中充分发挥作用, 保证混凝土质量的重要条件。从对掺粉煤灰量不同的混凝土性能进行的对比来看, 在相同水胶比条件下, 粉煤灰掺量不超过15%时, 粉煤灰混凝土与基准混凝土的性能不致发生多大变化。只有在掺粉煤灰量达到或超过25%时, 粉煤灰才会显著改变混凝土的性能, 从而实现其高耐久性。
1.3 增加流动性, 减少坍落度损失
粉煤灰具有形态效应和微集料活性效应, 试验表明粉煤灰“玻璃微珠”的减阻作用能大大改善混凝土的和易性、可泵性和粘聚性。粉煤灰需水量低, 在混凝土组成物中分布均匀, 并包裹在水泥颗粒表面, 延缓了水泥凝结时间, 减少了混凝土坍落度损失。
1.4 耐硫酸盐腐蚀并对钢筋无锈蚀作用
水泥中所含C3A矿物过多时, 由于C3A水化产物会与侵入的SO42-发生反应生成钙钒石, 从而导致混凝土膨胀型腐蚀。当混凝土掺入粉煤灰后, 单位体积水泥浆中C3A含量变小, 即粉煤灰起到了“淡化”作用, 这就大大提高了混凝土抵抗SO42-腐蚀的能力。同时, 由于粉煤灰颗粒分布于水泥熟料颗粒之间, 具有微粒填孔效应, 降低了混凝土的渗透性, 从而控制了硫酸盐离子往混凝土中的侵入。粉煤灰无氯离子含量, 不会对钢筋产生锈蚀作用, 有资料表明低水胶比适当掺量的粉煤灰混凝土与普通混凝土相比, 其钢筋周围的混凝土碱度降低的效应很微弱, 不会对混凝土中的钢筋钝化产生多大影响。
1.5 改善抗冻性。
常温下硬化的混凝土是由未水化水泥、水泥水化物、集料、水、空气以及填充其中的孔隙共同组成的气—液—固三相平衡体系, 当混凝土处于负温度时, 其内部孔隙中的水分从液相向固相转变, 水的固相体积为其液相体积的1.11倍, 经冻融循环, 体积膨胀应力造成的损伤积累将导致混凝土永久变形, 并导致结构破坏。粉煤灰对混凝土抗冻性的改善主要表面在三个方面:一是粉煤灰的火山灰活性效应固定了Ca (OH) 2, 使之不致因浸析而扩大加速冰冻裂化的孔隙;二是粉煤灰的形态效应使混凝土拌和物的用水量减少, 有利于减少混凝土内部孔隙和毛细孔;三是粉煤灰的微集料效应使混凝土孔隙细化, 有助于引气剂产生的微细孔分布均匀。
2 使用粉煤灰混凝土需注意的事项
(1) 配制混凝土的骨料必须级配良好以减小其空隙率, 利于水胶比降低, 保证使用效果。
(2) 必须采用强制性搅拌机拌合混凝土, 以保证其均匀性, 由于它比较粘稠, 在出机口、罐车进料口、入泵口以及摊铺过程要采取相应措施。
(3) 要控制好混凝土坍落度, 以不影响泵送与震捣;浇筑后, 要及早喷洒养护剂或覆盖外露表面, 但一般情况下无需喷雾或浇水养护。
(4) 气温过低时, 要采用保温养护措施, 且适当延缓拆模时间, 使混凝土硬化和强度发展具有足够时间, 以满足施工需要。
3 结语
混凝土材料是当今世界用量最大、用途最广的建筑材料, 据统计, 每年全世界的耗用量已超过100亿吨, 如此巨大的用量, 在生产、使用过程带来的矿石资源和能源的消耗, 以及对大气和环境的污染, 已引起全世界的关注。我国的水泥产量居世界首位, 同时我国粉煤灰的年排量也居世界首位, 过去在混凝土里掺用粉煤灰, 是为了节约水泥、降低工程材料费用, 今天对混凝土掺用粉煤灰的认识, 应该提高到保护环境、保护资源, 使粉煤灰混凝土材料可长久持续的应用于建设中的高度上来认识, 因此, 高性能的粉煤灰混凝土也是一种绿色混凝土。从这个角度出发, 推广掺加粉煤灰混凝土在我国土木建筑工程中进行应用, 是一件利国利民的事业, 必定有强大的生命力和广阔的发展前景。
摘要：在混凝土中掺加粉煤灰不仅对混凝土的强度、脆性、徐变、弹性模量等力学性能, 还是对体积稳定性、耐久性及降低水化热等均有较好的改性作用, 同时还有效降低矿产资源和能源的消耗, 达到低碳经济、减少污染和保护环境的要求。
关键词：粉煤灰,混凝土,应用
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