粉煤灰对混凝土的影响

粉煤灰对混凝土的影响（精选9篇）

粉煤灰对混凝土的影响 第1篇

混凝土碳化, 会引起钢筋锈蚀, 导致其体积膨胀, 使混凝土保护层开裂, 直至使混凝土剥落, 严重的影响了混凝土建筑物的耐久性。混凝土的碳化作用是指大气中的二氧化碳在存在水的条件下与水泥水化产物氢氧化钙发生反应, 生成碳酸钙和水。因氢氧化钙是碱性的, 而碳酸钙是中性, 所以碳化又叫中性化。

碳化过程是二氧化碳由混凝土表面向内部逐渐扩散深入。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化, 二氧化碳的作用不仅对水泥石中的氢氧化钙发生反应, 而且由于氢氧化钙浓度的降低, 将要侵蚀和分解水泥石中所有的水化产物, 生成硅胶和铝胶, 从而对混凝土的化学性能和物理力学性能产生明显的影响, 主要是对混凝土的碱度、强度和收缩产生影响。

1 粉煤灰在混凝土中的作用机理

粉煤灰由于其内部球形颗粒较多, 具有良好的形态效应, 可在水泥颗粒间起到一种“滚珠”作用, 从而改善混凝土的工作性能 (如图1所示) ;另一方面, 由于粉煤灰密度较之水泥更小, 可获得更多的胶凝材料浆体体积量, 增加了混凝土拌合物的浆体体积, 增加了混凝土拌合物的流动度以及二次水化的特性使得混凝土的后期强度增加。基于以上性质, 粉煤灰在混凝土工程中得到了大量的应用。

掺入粉煤灰的混凝土, 粉煤灰中的活性SiO2能逐步与水泥石中的Ca (OH) 2产生二次反应, 即火山灰效应, 生成低碱性水化硅酸钙。反应方程式为[1]:

同时, 掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性, 但会使混凝土的抗碳化性能降低[2,3]。由于粉煤灰可以与水泥水化生成的氢氧化钙和水发生水化反应, 生成具有水硬性特点的水化硅酸钙、水化铝酸钙等, 并填充于毛细孔隙内, 使混凝土密实度得到改善。

2 粉煤灰对混凝土碳化的影响

通过研究发现[4,5,6], 用粉煤灰部分取代混凝土中的水泥会引起其抗碳化能力下降。粉煤灰取代量越大, 抗碳化能力下降越明显。

董文辰等人认为[1], 当含水量保持不变时, 如果额外掺加粉煤灰, 加大浆体体积, 干缩程度会略有增加。方璟等人通过研究掺粉煤灰对碳化的影响[7], 对粉煤灰以15%和30%的比例等量取代水泥的混凝土进行碳化试验, 发现粉煤灰取代水泥越多, 混凝土抗碳化能力下降程度越大。但在采用超量取代技术或纯外掺粉煤灰技术时, 可以提高混凝土的密实度, 并使其影响大于粉煤灰二次反应吸收Ca (OH) 2减少混凝土碱贮存的影响, 从而使混凝土的抗碳化性能得到提高。

张德成等人研究了掺合料对硫铝酸盐水泥基混凝土碳化深度的影响[8], 发现在20%复掺下其碳化深度最低。一方面由于水泥中的石膏在水化反应过程中并没有完全反应而有富余, 而富余的石膏可对矿渣和粉煤灰起到硫酸盐激发剂的作用。另一方面, β-C2S水化析出Ca (OH) 2对矿渣和粉煤灰起到碱性激发剂的作用。而此时矿渣和粉煤灰中可化合的Al2O3可与液相中的Ca (OH) 2和CaSO4迅速反应生成钙矾石, 同时液相中多余的Ca (OH) 2与矿渣和粉煤灰中可化合的SiO2形成C-S-H凝胶, 提高了混凝土的强度和密实度, 降低混凝土的空隙率, 细化其孔结构, 使封闭孔隙增多, 从而降低了碳化速度。

M.D.A.Thomas等人通过研究粉煤灰混凝土的渗透性[9], 发现粉煤灰混凝土的渗透性随着养护龄期和粉煤灰含量的增加而降低。混凝土在20℃, 相对湿度为65%的环境下养护3d后, 比1d后的气体渗透平均值降低3.7%, 而在7d后, 降低高达54%。

P.Sulapha等人分别对掺加矿渣、粉煤灰和硅灰的混凝土进行了实验研究[10], 发现掺加粉煤灰的混凝土比起未掺的混凝土碳化更深。由于掺合料的加入引起的火山灰效应, 混凝土中Ca (OH) 2量减少, 导致碳化速度加快, 这在矿渣混凝土和粉煤灰混凝土中尤其明显。而掺加硅灰的混凝土抗碳化能力反而提升, 这是由于硅灰对混凝土的孔结构有密实的作用, 而这种作用比起Ca (OH) 2含量的降低起到了主导的作用。他同时研究了混凝土抗压强度和碳化性能的关系, 发现强度越低, 混凝土碳化深度越高, 并呈线性关系。

一般认为, 水灰比越大, 混凝土内部结构的孔隙越多, 混凝土越不密实, CO2在其中就越易扩散, 加快了碳化速度。刘蓝萍等人[6,7]针对混凝土碳化深度随时间和水灰比变化的规律进行了研究, 发现不管是否向混凝土中掺加粉煤灰, 也不管使用何种水泥, 只要水灰比降低, 相对应的碳化深度就会降低。

施惠生等人研究了不同水灰比的粉煤灰混凝土的性能[11], 结果表明, 粉煤灰对于混凝土的抗压强度、气渗性和碳化程度的影响与水灰比有着很大的关系。当低水灰比时, 掺加30%粉煤灰的混凝土可以明显改善混凝土的强度, 而对气渗性和抗碳化性能没有太大的影响。而当水灰比较高时, 粉煤灰混凝土的强度、气渗性和抗碳化性能均有不同程度的下降。

Sulapha等人[12]等人认为, 在混凝土中掺入粉煤灰、矿渣、石灰石粉和硅灰等矿物掺合料具有活性, 与Ca (OH) 2反应, 会降低混凝土的碱度, 从而使混凝土抗碳化能力减弱。而在混凝土中掺入大量掺和料一方面降低了混凝土内部水泥的用量, 另一方面, 掺和料的二次水化作用消耗了混凝土的Ca (OH) 2, 使得混凝土内部可供碳化的物质大大减少, 碳化程度加深。沙慧文等人[13]对粉煤灰混凝土碳化进行了试验与工程调查, 得出了粉煤灰掺量对碳化的影响规律, 结论为混凝土中粉煤灰的掺量越多, 混凝土的碳化现象越为严重。

3 结语

综上所述, 用粉煤灰取代高性能混凝土中的水泥导致混凝土早期抗碳化能力下降, 而后期抗碳化能力有一定程度的提升;粉煤灰高性能混凝土的抗碳化性能随水胶比的减小而提高;碳化反应可以提高水泥浆体及混凝土界面过渡区的显微硬度和密实程度。当粉煤灰掺量较小时, 碳化反应可以减小混凝土界面过渡区的宽度。所以, 在研究及实践过程中, 一定要考虑矿物掺合料的综合影响因素, 合理的选用矿物掺合料, 保证混凝土的质量。

摘要：混凝土的碳化会引起钢筋锈蚀, 影响混凝土的耐久性。在混凝土中掺加矿物掺合料会改变混凝土的结构, 增加混凝土拌合物的流动度, 但会降低混凝土的抗碳化能力, 国内外对粉煤灰影响混凝土碳化能力的研究很多, 本文通过对其总结分析, 为进一步研究混凝土碳化提供理论依据。

粉煤灰对混凝土的影响 第2篇

粉煤灰在国内已经应用多年。但一般只把它当作一种 *S 济”的掺合料，试验方法、使用规定均以代替”为出发点，以适应于水泥的条件来检验粉煤灰的效应，所以得出的结论总是掺量有限，多了不利。泵送混凝土使粉煤灰从 *S 济”掺合料走向了幼能”材料，但离充分发挥粉煤灰作用还有一定的距离。随着国内外对粉煤灰的大量研究及工程应用实践，结果表明，在钢筋混凝土中掺入粉煤灰能改善混凝土内部结构、大幅提高混凝土的耐久性，其有着良好的技术性、经济性与社会意义之统一’ 11 已不仅只是经济”掺和料)。正是基于粉煤灰对提高混凝土耐久性的良好应用前景，本文根据国内外研究情况，阐述粉煤灰对钢筋混凝土耐久性的影响及机理，并对其应用进行探讨。抗渗透性

向混凝土中掺入粉煤灰，能够改善混凝土界面结构，使其渗透通道比基准混凝土的弯曲;粉煤灰中活性成分火山灰反应生成的水化硅酸钙 C-S-日凝胶)能填塞水泥石中的毛细孔隙，堵塞渗透通道，增强了混凝土的密实度，增大了渗透阻力;同时其孔径分布与基准混凝土也不同，掺粉煤灰混凝土大孔数量较少，其渗透系数也较小，具有良好的抗渗能力。有文献报道’刁，高掺量粉煤灰混凝土的渗透系数可低至 1.6x10-’45.7x10-13m/s。随着混凝土龄期增长，粉煤灰的火山灰活性进一步发挥，粉煤灰混凝土的抗渗性能提高更大。

2.抗冻融性

掺粉煤灰混凝土具有良好的抗冻融性能。其对混凝土抗冻融性的影响有以下 3 个方面，们活性效应固定了氢氧化钙，使之不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙。2)形态效应能使混凝土用水量减少，明显有利于减少孔隙和毛细孔。6)填充效应可使截留空气量和泌水量减少，并使孔隙细化，有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀，从而大大改善了混凝土的抗冻性能。有试验表明’ 31，采用 I 级粉煤灰和低引气型高效减水剂双掺技术，所制备的 C50 粉煤灰混凝土具有良好的抗冻性，能经受 300 次(慢冻法)冻融循环。加拿大的 M alh otra V.M.etal 通过试验 141 发现，50 次冻融循环后，高掺量粉煤灰混凝土有轻微的表面剥落，经 300 次冻融循环后，其出现的膨胀不会对混凝土造成危害，经 1000 次冻融循环后，试件内芯仍处于完好状态。还有研究’ 5] 发现，混凝土的抗冻性随粉煤灰掺量的增加而提高。如果在粉煤灰混凝土中加入引气剂，其抗冻性会大幅提高。

3.抗碳化性

对混凝土的碳化作用有两方面的影响。口)如用粉煤灰取代部分水泥，使得混凝土中水泥熟料的含量降低，析出的氢氧化钙数量必然减少，同时粉煤灰二次水化反应(主要吸收 Ca(OH): 生成水化硅酸钙，均导致混凝土碱度降低，亦即混凝土抗碳化性能降低，这是不利的一方面。2)粉煤灰的微集料填充效应，能使混凝土孔隙细化，结构致密，在一定程度上能延缓碳化的程度，但是对防碳化扩散来说，是达不到钢筋混凝土的要求的。对于粉煤灰的不利影响，现在已有相应的措施加以改善。如研究’ 6] 发现，当粉煤灰掺量等于或小于 40、复掺矿渣粉至总量为 60%,70% 和 80% 时，混凝土碳化深度均比单掺 60% 粉煤灰混凝土的要低;粉煤灰掺量为 50%、矿渣粉掺量为 10% 时，混凝土的碳化深度也比单掺 60% 粉煤灰的要低得多。即使用粉煤灰与矿渣粉的复掺技术可显著缓和单掺粉煤灰混凝土抗碳化能力的下降，或在保持抗碳化性能不下降的情况下，可提高混凝土中掺合料的总量，降低水泥用月巨。

4.抗氯离子渗透能力

掺粉煤灰混凝土有较强的抗氯离子渗透能力。混凝土中掺入粉煤灰，能够改善水泥石的界面结构，粉煤灰中活性成分火山灰反应生成的水化硅酸钙 C-S-H 凝胶)填塞了水泥石中

毛细孔隙，堵塞渗透通道，增强了混凝土的密实度，且 C-S-H 凝胶会吸附氯化物于其中，因而提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。大连理工大学通过掺有矿物掺和料的混凝土扩散性能试验’ 71 发现，在相同水胶比条件下，添加 30%-45% 的粉煤灰后，混凝土的氯离子扩散系数明显低于基准混凝土，说明掺粉煤灰可以明显的提高混凝土结构抗氯离子渗透能力。进一步研究发现，同时掺粉煤灰和硅灰的混凝土抗氯离子渗透能力优于单掺粉煤灰混凝土，在硅灰掺量为 3% 的情况下，双掺粉煤灰和硅灰比单掺硅灰时的混凝土抗氯离子渗透能力更强，而硅灰掺量在 4% 和 5% 时，单掺硅灰比双掺时好。

5.抗硫酸盐能力

美国工程实践表明，抗压强度或其它情况相同时，混凝土的粉煤灰含量越高，其抗硫酸盐的能力越强。英国建筑物科学研究院也建议用粉煤灰提高混凝土的抗硫酸盐能力’ 81。研究发现，在混凝土中掺入粉煤灰，口)能减少水泥用量即减少了由水泥带入的 C,A 含量，也减少了水泥水化生成的 Ca(0 H)2 量，从而减少了与侵蚀溶液中侵蚀介质反应的 Ca(OH): 量;2)粉煤灰中活性成分的火山灰反应，减少了混凝土水化物中的游离 Ca(OH): 量，使得形成具有膨胀破坏作用的钙矶石反应也相应减少，同时反应生成的水化硅酸钙填塞了水泥石中毛细孔隙，增强了混凝土的密实度，也降低了硫酸盐侵蚀介质的侵入与腐蚀速度。6 抗碱一集料反应能力

掺粉煤灰能降低混凝土的碱性，有效抑制碱一集料反应。有关试验研究’ 91 表明，高掺量粉煤灰混凝土浸泡在 1 当量浓度的 NaOH 溶液中的膨胀量比相同条件下普通混凝土明显要低。加拿大学者用粉煤灰等量替代高碱水泥，测试混凝土 7d,28d,84d,364d,545d,3270d 的膨胀量及相应净浆孔溶液中碱浓度。结果发现，掺合料能显著抑制碱集料反应，其机理不仅是对混凝土中碱的稀释作用碱少了水泥水化生成的 Ca(0 H): 量)，掺合料的存在促使了碱固定于 C-S-H 中 1101抗钢筋锈蚀能力

掺加粉煤灰，能提高混凝土中钢筋的抗锈蚀能力。对大掺量粉煤灰混凝土的碱度研究发现，粉煤灰掺量为 0% ,30% ,40% ,50% ,60%, 70% 时，其 pH 值分别为 12.56,12.50,12.46,12.24,12.15,12.06，即粉煤灰掺量即使达到 70%, 混凝土的 pH 值仍在 12 以上，仍高于钢筋混凝土结构允许的碱度(11.50)值，高于钢筋表面钝化膜破坏的临界值 户 H=11.50)，说明掺粉煤灰混凝土中的钢筋仍能形成致密的钝化膜。同剂大学的贺鸿珠、陈志源等人在青岛小麦岛试验区海水中混凝土构件长达 11 年的暴露实验发现，掺粉煤灰后混凝土的抗钢筋锈蚀能力明显提高。这与先前普遍认为在混凝土中掺加粉煤灰会对钢筋造成不良影响锈蚀)刚好相反。

1.温峰削减和形貌效应

粉煤灰能显著的降低水泥水化产生的温升。因为它的掺入，在保持混凝土的胶结材总量不变的条件下，相应地降低了混凝土中水泥的用量。因而，水泥的水化热量降低，掺量增大时，降低更多。尽管其本身在混凝土中将产生火山灰反应，要放出水化热，但是，这种反应滞后于主体对混凝土的水泥水化反应，而且时间也拉得很长，其反应热可以忽略。所以，粉煤灰有良好的温峰削减效应，能减少因温升过大造成的混凝土开裂，提高混凝土的体积稳定性。粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃球体，掺入混凝土中可减小内摩擦力，从而减少混凝土中用水量，并使混凝土孔结构得到改善，孔径不断细化，孔道曲折程度增大，因此，掺粉煤灰混凝土具有良好的抗渗透能力。火山灰活性效应和吸附作用

粉煤灰颗粒含有活性 Si0: 和 AI203，它们不断吸收水泥水化生成 Ca(OH)2，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，并和游离石灰以及高碱度水化硅酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱度水化硅酸钙，改善水化胶凝物质的组成，并减少或消除了游

离石灰，且粉煤灰混凝土水化时产生的大量 C-S-H 凝胶会吸收和固定大量 Na’, Ka’ 和氯化物，使混凝土孔溶液中的有效碱和氯离子含量大大减少，因而有效抑制碱一集料反应，减少氯离子的侵蚀。

3.填充作用

水泥粒子之间填充性并不好，通常其平均粒径为 20-30Rm，而粉煤灰(I ,11,m 级)的平均粒径比水泥小超细粉煤灰更小，平均粒径 3-6Rm>。因此，如果在水泥中掺入粉煤灰，则可大幅度改善胶凝材料颗粒的填充性，提高水泥石的致密度。纯粉煤灰的相对密度比水泥的相对密度要小，在取代细度相近、重量相当的水泥时，可使细颗粒含量增多，这些颗粒填充在水泥粒子之间和界面的空隙中，使水泥石结构和界面结构更为致密。同时，粉煤灰中活性成分火山灰反应生成的水化硅酸钙 C-S-H 凝胶)能填塞了水泥石中毛细孔隙，堵塞渗透通道，从而使混凝土的抗渗性大幅提高。这样，水和侵蚀介质难以进入混凝土的内部，因而极大的提高了混凝土的耐久性。以上效应或作用)协同发挥，极大的提高了混凝土的耐久性。

综上可以看出，掺粉煤灰能大幅提高混凝土的耐久性。但应用中有几点需要认真研究 : 口)掺粉煤灰混凝土的抗碳化性需要改善。措施包括 : 适当增加混凝土保护层厚度。在粉煤灰混凝土中掺入耐久性改善剂。据研究，掺入耐久性改善剂，可提高混凝土的抗碳化性能。例如掺入耐久性改善剂的钢筋混凝土结构(水灰比为 05，保护层 40mm)，其碳化速度极慢，碳化至钢筋表面需 800 年’ 121 混凝土的表面作防护处理，采用双掺技术等，以减少和防止掺粉煤灰混凝土的过早碳化。2)粉煤灰混凝土搅拌时，由于粉煤灰遇水易粘结成团，因此应与水泥同时投料并拌匀，然后再加水搅拌，搅拌时间宜延长，其潮湿养护时间也应适当延长。8)复掺即粉煤灰、硅粉和矿渣粉等复合使用)能补偿单掺之不足，使单组分充分发挥各自的效应。并由于各组分颗粒形态、细度、化学组成均有不同，有可能相互激发，相互补充，对水泥石的孔结构产生复合效应，这种复合效应有待于作进一步的深入研究。

粉煤灰对混凝土的影响 第3篇

关键词高强混凝土粉煤灰抗渗性耐久性

中图分类号:TU52文献标识码:A

混凝土是最大宗和最重要的建筑材料,无论是水利、铁道、道路、桥梁建筑工程等都缺不了混凝土,应用愈来愈广泛。过去,由于历史、社会和人的主观认识等方面的原因,人们对混凝土结构的设计、选材、制作和养护等往往只重视强度而忽视其耐久性,从而为混凝土结构以后的正常使用埋下了隐患,造成许多不良后果。因为高强度混凝土未必是高耐久性,这己被许多实际工程所证实。所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在混凝土内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性能;或者说结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力。我国著名混凝土学家吴中伟院士认为“高性能混凝土为一种新型的高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土,是以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途的要求,对下列性能有重点的加以保证:耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性”。

混凝土的抗渗性不仅表征混凝土耐水流穿过的能力,也影响到混凝土抗碳化、抗氯离子渗透等性能。

本文采用普通混凝土、掺外加剂粉煤灰混凝土分别进行两种抗渗试验,通过试验,分析混凝土渗透性随混凝土粉煤灰掺加量变化的规律。混凝土渗透性测试结果用渗透系数表示,作与粉煤灰掺加量的回归分析。

1 原材料

(1)水泥

安阳湖波水泥有限公司产“金湖波”42.5普通硅酸盐水泥,凝结时间/min(初凝185;终凝310);抗折强度/MPa(3天-5.27;28天-8.05)抗压强度/MPa(3天-25.6;28天-49.3)比重3.20g/mm3

(2)掺合料

二级粉煤灰,玻璃体含量大于80%;需水量比96.4%。安阳地区饮用水。

(3)骨料细骨料

安阳地区砂,级配合格,细度模数2.7。粗骨料碎石,粒径5~20 mm,连续级配。

(4)外加剂

安阳建工(集团)混凝土外加剂有限责任公司生产的安建8型缓凝高效减水剂。

2 实验过程与方法

(1)渗透系数法

混凝土的渗透性,可用相对渗透系数评定,可分為渗透高度法与渗水量法。

渗透高度法以10个测点处渗水高度的算术平均值作为该试件的渗水高度。然后计算6个试件的渗水高度的算术平均值,作为该组试件的平均渗水高度。根据试验所的渗水高度的大小,相对比较混凝土的密实性。

渗水量法反映了混凝土的吸收的水和渗透的水,通过渗水量及时间计算渗透系数,以一组六个试件渗透系数的算术平均值作为渗透系数的试验结果,相对渗透系数按下式计算:式中:K—相对渗透系数(mm/s);

Dm—渗水量(mm);

H—水压力,以水柱高度表示(mm)。1Mpa对应的水柱高度为102000mm。

T—恒压经过时间(s);

—混凝土吸水率(%),一般为0.03。

相对渗透系数法比抗渗标号法更合理、更准确,因此本试验选用相对渗透系数法。

(2)本部分采用0.5水灰比,掺高效减水剂不同量粉煤灰混凝土,粉煤灰掺量分别为:0%、10%、20%、30%、40%、50%一体系混凝上,用国标法测试混凝土的渗透性,混凝土渗透性测试结果用渗透系数表示,作与粉煤灰掺量的回归分析。与普通混凝土渗透性相比较,从而研究粉煤灰不同掺量对混凝土的渗透性的影响。

混凝土水压试块两组,龄期为28天。试验从水压为 0.1MPa开始,以后每隔8h增加水压 0.1MPa至最终加压至2.0MPa,劈开试件量其平均渗透高度,算其渗透系数。

3 结果分析

混凝土为同一体系普通混凝土,水灰比为0.60一0.48。通过对不同水灰比混凝土渗透性的测试比较不同水灰比混凝土渗透性之间的相关性。可以看出随着水灰比增加,渗透系数随之增加,二者之间具有良好的线性关系,相关系数为0.9808。掺粉煤灰混凝土的抗渗性要明显好于空白混凝土,并且随着粉煤灰百分比的增大,混凝土的抗渗性能逐渐增高。坍落度逐渐增高,且工作性依次增加,这是由于粉煤灰内玻璃球体大于80%,起到滚珠作用,是混凝土工作性能得到改善。掺量越大,和易性越好。粉煤灰的掺入量是混凝土抗渗性能重要影响因素,并且随着粉煤灰百分比的增大,混凝土的抗渗性能逐渐增高。

4 结语

浅谈粉煤灰对混凝土强度的影响 第4篇

粉煤灰又称飞灰,是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出,被收尘器收集的物质,粉煤灰呈灰褐色,通常呈酸性,比表面积在2500~7000cm2/g,尺寸从几百微米到几微米,通常为球状颗粒,我国大多数粉煤灰的主要化学成分为:Si O240%~60%;Al2O315%~40%;Fe2O34%~20%;Ca O2%~7%;烧失量3%~10%。此外,还有少量的Mg、Ti、S、K、Na等氧化物。我国是产煤和烧煤大国,火电厂每年排放的粉煤灰总量逐年增长,预计2005年排粉煤灰量约2亿吨左右,如果这些粉煤灰得不到利用,将污染环境,影响气候,破坏生态。从目前有关资料来看,粉煤灰在建筑工程和基础工程的应用,是最主要的利用方式,也是提高其利用率的根本途径。至今比较成熟的技术和已建成生产线的有:粉煤灰加气混凝土、粉煤灰混凝土、粉煤灰砌筑水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、粉煤灰粘土砖、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰地面砖、粉煤灰免烧砖、粉煤灰筑路和粉煤灰充填等,由此可见,开发研究以粉煤灰为掺合料的混凝土具有重要意义,配制粉煤灰混凝土是粉煤灰综合利用的主要途径之一[1]。

2 粉煤灰的主要性质

2.1 火山灰效应

粉煤灰的矿物相主要是铝硅玻璃体,含量一般为50%~80%,是粉煤灰具有火山灰活性的主要组成部分,其含量越多,活性越高,其矿物结构为硅氧四面体、铝氧四面体和铝氧三面体,该结构的聚合度很大,键能很高,因而在通常状态下,粉煤灰所表现出的活性很低。粉煤灰的化学活性在于铝硅玻璃体在碱性介质中,OH-离子打破了Si-O,Al-O键网络,降低了硅氧、铝氧聚合度,并与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,其化学方程式:

粉煤灰的火山灰活性表现出来的技术性质为:①反应是缓慢的,所以放热速率和强度发展也相应较慢。②反应消耗了层状结构的Ca(OH)2生成了致密结构的水化硅酸钙和水化铝酸钙,粒径细化有利于提高混凝土的强度。③反应产物极为有效地填充了大的毛细空间,孔径细化使混凝土的强度和抗渗性能得到改善[2]。

2.2 微集料效应

细度是衡量粉煤灰品质的主要指标,通常用0.08mm或0.045mm方孔筛余量表示。粉煤灰的细度对混凝土的性能影响很大。粉煤灰的颗粒越细,微小玻璃球形颗粒越多,比表面积也越大,粉煤灰中的活性成分也就越容易和水泥中的Ca(OH)2化合,其活性就越高。另外,随着细度的增加,粉煤灰的比重增大,标准稠度需水量减小,浆体的密实度及强度增大,同时,由于粉煤灰的密度小于水泥30%以上,从而增加了灰浆体积,足量的灰浆填充在混凝土孔隙空间,覆盖和润滑骨料颗粒,增加了拌合物的粘聚力和可塑性,改善了混凝土的和易性,加上细小的粉煤灰颗粒可以填充未水化水泥颗粒空隙,形成更加密实的结构,这些都有利于提高混凝土的强度。

2.3 形态效应

优质的粉煤灰中的玻璃珠粒形完整,表面光滑,粒度较细,质地致密,多孔颗粒极少,因此在搅拌成型过程中不会大量吸水,使得水泥浆体的需水量降低,初始结构得到改善[3]。同时粉煤灰中的球形颗粒在混凝土中起滚珠润滑作用,可以减少骨料之间,骨料与浆体之间的摩擦,改善拌合物的和易性来提高混凝土的强度。

3 粉煤灰对混凝土强度的影响

材料的强度取决于材料成分和内部结构,是材料中反应产物和孔隙率的综合体现。混凝土材料的成分中起主导作用的是水泥石,而水泥石中起主导作用的是C-S-H凝胶。即混凝土的成分中起关键作用的是C-S-H凝胶的数量,而混凝土材料的结构,即为三个层次的界面结构:粗骨料-水泥石界面结构、细骨料-水泥石界面结构和水泥颗粒之间的界面结构,三个层次的界面结构互相联系,但影响较大的是粗骨料-水泥石界面结构[4]。

3.1 粉煤灰的二次水化反应

粉煤灰中活性成分之所以能参与火山灰反应,在于粉煤灰颗粒中的玻璃相在碱性条件下可以破裂而溶出活性成分,然后得以与Ca(OH)2反应生成C-S-H这种对强度有贡献的产物[5]。有研究[6]表明:在混凝土中,粉煤灰的玻璃相在28天前只发生表面蚀刻,而没有真正破裂溶出大量活性成分,28天以后玻璃相中溶出的活性成分大大增加。粉煤灰取代部分水泥以后,由于粉煤灰活性较低,而反应又是与水泥水化产物Ca(OH)2发生的二次水化反应,因而生成C-S-H凝胶的速度较慢,这样在28天以内,其水泥石中C-S-H凝胶的数量较少,从而引起强度的下降;28天以后的初期水泥水化进行到一定程度,沉积在水泥颗粒表面的水化产物达到相当的厚度,未水化的那部分颗粒与水接触十分困难,水化进行的非常缓慢,水化生成的C-S-H凝胶数量增加得很少,因而此时,强度的增长仍有限,此时,粉煤灰主要发挥的是物理效应;达到90天以后,粉煤灰的活性成分吸附的Ca(OH)2逐渐的由物理吸附转变成化学反应,Ca(OH)2的量大幅度下降,C3S及C2S相应减少,使水泥石在后期结构中C-S-H凝胶增加较多。这就是掺入粉煤灰的混凝土,其早期强度降低而随龄期增长其强度快速增长的主要原因。

3.2 粉煤灰的掺量

就粉煤灰掺入混凝土多少,能够恰到好处地提高混凝土的使用寿命,一直是研究的一个热门课题。粉煤灰掺入到混凝土中能在一定程度上促进水泥熟料的水化,一是通过降低溶液中的石灰浓度来加速熟料水化,二是粉煤灰表面可以吸附Ca2+,为C-S-H水化物的沉淀提供更多的场所,以加速C3S及C2S等矿物的水化和溶解[7]。粉煤灰掺量较低时,粉煤灰的存在会加速水泥的早期水化,从而可以提高混凝土的早期强度,这里就存在一个粉煤灰的利用率较低的问题;但当掺量较大时,水泥水化产生的Ca(OH)2不足以激发粉煤灰的活性,粉煤灰的密实填充效应和活性效应所带来的混凝土强度的增加并不能补偿因水泥用量减少而引起的强度下降。同时有研究表明:掺粉煤灰的混凝土后期强度的增长率较高,并随着粉煤灰掺量的增加而增加。90天与28天相比,其强度增长率为:不掺粉煤灰为5%~20%,掺20%粉煤灰为20%~35%,掺40%粉煤灰为35%~50%。当然后期强度的增长并非随粉煤灰掺量的无限增加而增大,这里有个最佳掺量的问题。这个最佳掺量随着粉煤灰的成分、细度、颗粒结构形态以及所用水泥品种等不同而有差异。据试验来说,对硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥来说,粉煤灰的最佳掺量以20%~40%为宜。具体掺量均应该通过试验来确定。混凝土中掺入粉煤灰以后早期强度有所降低,采用超量取代法可以较好地解决这一问题,因为这样可以增加水化物的总量和发挥微集料的密实填充效应,使混凝土强度得到一定提高。

3.3 粉煤灰的掺入方式

粉煤灰作为一种矿物掺合料用于混凝土中,可以采用不同的加入方式。一种是内掺法,即在熟料粉磨时加入粉煤灰一起磨制得混合水泥;一种是外掺法,即在拌制混凝土时直接加入粉煤灰。另外,还可采用双掺和三掺的方式将粉煤灰与其他混合材或者外加剂同时掺入混凝土中[8]。

采用内掺法时,由于粉煤灰与熟料一起粉磨,对粉煤灰可以起到一定程度的机械活化作用。一方面,粉煤灰中的多孔团聚物被分散,一些大的或者有空腔的粒子被粉碎,粉煤灰的比表面积增大,并且新增表面往往具有更高的活性;另一方面,粉煤灰颗粒与水泥粒子在粉磨过程中能更紧密地接近,更均匀地混合,有利于火山灰反应的进行。由于机械活化作用,粉煤灰的有效影响得以更充分地发挥,因此采用内掺法可以更有效地提高混凝土的强度。

随着对粉煤灰改性作用认识的不断提高。粉煤灰在混凝土中的高掺量以及超量取代越来越受到重视。配制高掺量粉煤灰混凝土时,多采用外掺法。一方面,外掺方式可以简化工艺流程,节约粉磨能耗;另一方面,外掺的粉煤灰不仅可以取代部分水泥作为混凝土的胶结料,还起到微集料的作用,并且,大量分散细小的粉煤灰颗粒为水化产生的Ca(OH)2结晶提供了均匀分布的成核点,避免其在集料表面的定向排列,有效地改善了混凝土过渡区的结构,提高混凝土强度。

由于粉煤灰的掺入会降低混凝土的早期强度,因此可以采用双掺或三掺的方式,在掺入粉煤灰的同时加入其他的混合材或外加剂,取长补短,各组分性能的叠加甚至超叠加效应可以弥补这一缺陷。

3.4 粉煤灰的激发

为了充分发挥粉煤灰的潜在活性,提高粉煤灰混凝土的早期强度,必须对粉煤灰的活性进行激发。激发粉煤灰活性的常用方法有物理激发和化学激发。

在众多的研究成果中,对粉煤灰活性的化学激发是研究的热点之一。化学方法不需要添置专门的设备较容易实现,添加激活剂就是方法之一。这些研究主要概括为:碱激发和硫酸盐激发。前者是基于高碱条件下有利于破坏粉煤灰中的玻璃相,后者则是基于硫酸盐与粉煤灰中的铝酸盐相可以形成对强度有贡献的产物。

物理激发主要是指高温激发。高温激发粉煤灰活性的主要方法是:在水热条件下,玻璃体网络结构更容易被破坏,[Si O]44-四面体的聚合体解聚成单聚体和双聚体,而且温度越高,破坏作用越强,从而提高粉煤灰活性,增加粉煤灰混凝土的强度。在粉煤灰取代率为40%条件下,养护温度从20℃升高到40℃,粉煤灰水泥净浆中粉煤灰开始水化的时间从28天提前到了7天,且一年龄期的水化程度也得到了提高。当蒸汽养护时,粉煤灰表面相当致密的铝硅玻璃体只能在表面有所反应,而不能使球体完全破坏,内部大量的Si O2和Al2O3不能参与反应,因此蒸汽养护对粉煤灰活性的激发非常有限,在早期相应生成的低碱性水化物就比较少,对早期强度的贡献便小。当蒸压养护时,粉煤灰致密玻璃体解体,大量的Si O2和Al2O3参与反应,吸收了大量的Ca(OH)2,粉煤灰的活性得到了充分的发挥,生成了大量低碱性水化物,强度得到了大幅度提高。

4 粉煤灰混凝土性能特点

通过对粉煤灰特性、新拌粉煤灰混凝土的性能、硬化粉煤灰混凝土的性能和粉煤灰混凝土的结构性能的充分研究,发现粉煤灰混凝土具有下列特点:粉煤灰的加入可增加混凝土流动度,有效提高混凝土的坍落度,抑制混凝土的坍落度损失,改善混凝土的和易性、泌水性和离析现象,降低混凝土的水化热、徐变和收缩率,提高混凝土的密实度和细化孔隙,从而改善混凝土的孔结构和骨料与水泥石的过渡区结构,提高混凝土的抗渗性和抗蚀能力,粉煤灰混凝土的凝结时间、弹性模量、抗磨性、抗冻性与普通混凝土相近;同时,混凝土中掺入粉煤灰,可节约大量水泥,降低生产成本,改善环境,具有良好的经济效益和社会效益。

当然,粉煤灰用于混凝土也可能引起一些不足:由于混凝土碱度降低可能引起钢筋锈蚀的保护性能降低;粉煤灰含碳量较高时将会影响混凝土外加剂的适应性,如降低引气剂引气效果;由于用水量的降低,要求更为严格的养护制度等。

5 结语

我国目前常用的混凝土掺合料主要有:磨细矿渣、沸石粉、硅灰和粉煤灰。针对我国粉煤灰产量大,环境污染严重这一现状,开发研究以粉煤灰为掺合料的混凝土具有重要意义。就粉煤灰混凝土应用技术和实践而言,我国东、西部发展极不平衡,在上海、江苏等东部经济发达地区,不仅粉煤灰混凝土的应用技术成熟,而且工程应用粉煤灰混凝土的量大面广,而西部偏远地区,经济不发达,技术落后,加上对粉煤灰混凝土应用的认识不够,粉煤灰混凝土在工程中的应用还很少。近三十年来,随着我国对粉煤灰资源开发利用的高度重视,使得粉煤灰混凝土应用技术的研究和应用实践得到快速发展,但是粉煤灰混凝土应用技术基础研究体系还不很完善,有待于我们的不懈探索,使粉煤灰混凝土应用技术更加成熟[1]。

摘要：利用粉煤灰配制粉煤灰混凝土是粉煤灰综合利用的主要途径之一。本文主要介绍粉煤灰的主要性质以及它的早期激发对混凝土强度的影响。

关键词：粉煤灰,混凝土,强度

参考文献

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[2][美]P.梅泰著祝永年,沈威,陈志源译混凝土的结构、性能与材料[M]同济大学出版社

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[4]赵若鹏,刘元鹤,郭自力掺粉煤灰混凝土强度的研究[J]混凝土,1995,(3):42～48

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[6]Lam L,Poon C S,Wong Y L.Degree of Hydration and Gel/space Ratio of High-volume Fly Ash/cement System[J].Cem Concr Res,2000,30:747～756.

[7]张仁水,国跃民,韩兴安掺粉煤灰对混凝土性能的影响[J]山东矿业学院学报,1998,17(3):286～289

粉煤灰对混凝土的影响 第5篇

关键词：超细粉煤灰,再生混凝土强度,影响

随着科学技术的进步和人们可持续发展意识的提高, 工业废渣作为生产建筑材料的资源进行高技术开发应用得到了高度的重视。粉煤灰作为再生资源, 与其他的工业废渣或相近的天然资源相比, 性能上有较大的变异性。因此, 我们可以充分利用其优良的变异性服务于再生混凝土性能及强度的提高上去。加大对粉煤灰的利用力度, 可减少粉煤灰对环境的污染, 对促进国民经济高速持续的发展具有十分重要的意义。文章讨论将再生混凝土和超细粉煤灰混凝土这两项技术结合起来, 即在再生混凝土的研究中使用超细粉煤灰, 一方面可以提高再生混凝土的强度及性能, 更重要的是同时解决废弃混凝土和粉煤灰这两种污染源的处置问题, 能够取得更好的经济效益和环境效益。

1 超细粉煤灰作用机理

超细粉煤灰在水泥混凝土水化过程中的作用效应归结起来主要可分为形态效应、活性效应和微集料效应。在混凝土中, 超细粉煤灰均匀分散于水泥石中起到了分散、匀质化、致密效应活性效应是指粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3与碱性激发剂Ca (OH) 2发生化学反应生成了水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体的反应过程, 其反应产物为品质好的低碱性水化产物, 与一次水泥水化的产物交叉连接对强度的发展起到了促进作用。粉煤灰在水泥浆体中分散状态良好, 有助于新拌混凝土和硬化混凝土均匀性的改善, 粉煤灰微集料填充性的作用也有助于混凝土中空隙和毛细孔的填充和细化。一般说来, 在研究开发利用超细粉煤灰材料时, 要尽可能发挥上述三大效应, 以求达到改善混凝土和易性, 提高强度及耐久性的目的。

2 超细粉煤灰对再生混凝土的作用

2.1 超细粉煤灰对再生骨料物理性能的影响

杜婷等[1]选用了几种不同性质的高活性超细矿物质掺合料的浆液对再生粗骨料进行了强化试验, 试验结果如表1所示。

从表1可以看出, 经过化学浆液浸渍后的再生粗骨料的含水率、吸水率一般都高于未强化的再生粗骨料, 且吸收速率较大。造成这一现象主要是因为再生粗骨料颗粒棱角多, 表面粗糙, 组分中包含相当数量的硬化水泥砂浆, 再加上水泥石本身孔隙比较大, 且在破碎过程中其内部往往会产生大量的微裂缝, 而经过浆液浸渍后, 再生粗骨料表面又被裹了一层厚厚的硬化浆液, 这又会在一定程度上增大其吸水率, 也导致了再生粗骨料混凝土比天然粗骨料混凝土需要更多的拌合水。经化学浆液强化后的再生粗骨料的表观密度较未强化的粗骨料明显的增大, 但还低于天然粗骨料。这说明浆液能在一定程度上充填再生粗骨料的孔隙, 减小再生粗骨料的孔隙率和孔隙中的含气量, 从而使强化后的粗骨料表观密度提高。经化学浆液强化后的再生粗骨料的压碎指标较未强化的再生粗骨料有较明显的降低。这表明浆液能在一定程度上充填再生粗骨料的孔隙和粘合破碎过程中其内部产生的一些微裂缝, 因而强化后再生粗骨料本身的强度得到一定程度的提高。

总体来说, 通过这几种情况可以得出, 水泥外掺粉煤灰浆液浸渍过的再生骨料综合性能指标要优于纯水泥浆浸渍的再生骨料, 更优于未处理过的骨料。主要原因就是粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3在一定碱性条件下的水化作用, 这一优势在纯水泥浆液中是不能够体现的。

2.2 超细粉煤灰对再生混凝土强度的影响

赵文军等[2]采用正交试验方法研究了水泥、超细粉煤灰、再生骨料等因素对再生混凝土抗压强度的影响, 见图1。

由图1可以看出, 再生骨料混凝土与普通混凝土相似, 在水胶比越小的情况下, 强度越高, 再生混凝土的抗压强度随再生骨料的掺量而呈下降趋势, 砂率对混凝土强度的影响不是主要因素, 但由于再生骨料的孔隙率较大, 其砂率的选择应稍大于普通骨料混凝土的砂率。超细粉煤灰对提高混凝土的强度有着非常明显的作用。而且从混凝土拌合物的工作性角度来看, 超细粉煤灰能够增强新拌混凝土的粘性。故要使新拌混凝土具有好的和易性和较高的强度, 超细粉煤灰的掺量应取为30%。

杜婷等[1]研究的强化后再生骨料的性能, 分别采用不同的浆液对再生骨料进行浸泡后配制混凝土试块进行试验比较, 配制强度等级C30。试验测得的立方体抗压强度结果见表2。

MPa

从表2可以得出:未经处理的再生混凝土试块28 d抗压强度较浸渍过的强度高, 但60 d抗压强度均低于浆液浸渍的试块, 而水泥外掺粉煤灰浆液处理的试块后期强度较高。究其原因是使用纯水泥浆浸渍后, 由于水泥的水化反应, 使得水泥浆可以部分进入骨料内部填充由于破碎而产生的裂缝, 或部分包裹在再生骨料外部, 或进行后期的硬化反应, 进而使得再生骨料混凝土抗压强度有所提高。而用水泥浆与超细粉煤灰混合使用后, 试块的后期抗压强度提高较为明显, 可见二者共同作用的效果要更加优越。因此, 超细粉煤灰对再生骨料强度的影响是积极的。

3 结语

1) 经超细粉煤灰溶液与水泥浆的共同作用, 再生混凝土骨料的性能得到一定程度的提高, 因此超细粉煤灰对再生骨料性能的提高是可行的、起促进作用的。2) 采用普通硅酸盐水泥与再生骨料, 通过掺入超细粉煤灰可以成功配制抗压强度为50 MPa以上的再生混凝土。能够满足一般建筑所用混凝土的强度需要。3) 试验表明, 掺入25%～40%超细粉煤灰的混凝土具有一系列高性能:减水性增强、缓凝、水化热小、坍落度损失小、干缩徐变小、耐磨、耐蚀、抗冻、抗渗、抗氯离子渗透, 抑制碱—骨料反应, 并具有优良的护筋性等。4) 根据研究得出, 掺超细粉煤灰可以增加抗渗性和抗硫酸盐侵蚀, 但是对抗碳化不利, 该方面还需进一步探讨。5) 由于对再生骨料内部的裂缝分部情况及裂缝宽度大小等问题研究的较少, 因此, 对超细粉煤灰细度的选择还需更深一步的研究。

参考文献

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[2]赵文军, 刘洪波, 王莉.超细粉煤灰再生混凝土抗压强度研究[J].低温建筑技术, 2009 (3) :7-9.

[3]邢振贤, 王晓蕾, 赵玉青, 等.正交设计选择粉煤灰再生混凝土最佳配合比[J].低温建筑技术, 2004 (1) :4-5.

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[5]孙跃东, 肖建庄.再生混凝土骨料[J].混凝土, 2004 (6) :33-36.

简述粉煤灰掺合料对混凝土的影响 第6篇

粉煤灰化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主, 其它还含有少量的三氧化二铁、氧化钙、氧化钠、氧化钾和三氧化硫等物质。矿物组成主要以玻璃体为主, 由于玻璃体是无定形物质, 处于热力学不稳定状态, 内部蕴藏着大量能量, 这就决定了粉煤灰的火山灰活性。

在水泥混凝土中掺入粉煤灰掺合料称为粉煤灰混凝土。

粉煤灰对混凝土凝结时间的影响。掺粉煤灰延长了混凝土的凝结时间, 粉煤灰混凝土凝结时间随粉煤灰掺量的增加而延长。这种性能有利于大体积混凝土夏季施工和大仓面混凝土浇筑, 但也要注意混凝土凝结时间延长过久对混凝土浇筑质量和拆模时间的不利影响。

粉煤灰对混凝土拌合物和易性的影响。混凝土拌合物和易性是由灰浆体积、水灰比和骨料的配比、级配、形状、孔隙来控制的。混凝土中掺粉煤灰后, 由于粉煤灰比重只有水泥的2/3, 如用粉煤灰等重量取代水泥, 其体积将超过水泥的30%左右, 掺粉煤灰的明显好处是增加了灰浆体积。如用粉煤灰超量取代水泥 (即取代水泥的粉煤灰重量大于被取代的水泥重量) , 相应扣减砂率, 这时灰浆体积增加更多。足量的灰浆填充混凝土孔隙空间, 覆盖和润滑骨料颗粒, 增加拌合物的粘聚力和可塑性, 改善了混凝土的和易性。另外, 由于粉煤灰形貌多呈球形, 且表面光滑, 球形颗粒在骨料接触处起滚珠润滑作用, 可减少骨料之间、骨料与浆体之间的摩擦, 增加了拌合物的和易性。粉煤灰越细, 球形颗粒越多, 较少拌合物分散体系内摩擦效果越好, 改善和易性的效果就越显著。掺粉煤灰改善混凝土拌合物和易性应注意:

(1) 粉煤灰改善贫混凝土和易性的效果要优于富混凝土;

(2) 不同配合成分的混凝土, 粉煤灰有一最佳掺量, 超过最佳掺量混凝土和易性反而会降低。

粉煤灰对混凝土力学性能的影响。混凝土中掺粉煤灰, 由于减少了水泥含量, 而粉煤灰又要在发生火山灰效应以后才能产生活性, 因此, 粉煤灰混凝土早期强度较低, 随着龄期的土的强度也逐渐得到发展, 到90天或更长一些龄期粉煤灰混凝土强度一般能赶上甚至超过不掺粉煤灰的混凝土, 上述规律的前提条件是所掺粉煤灰质量应符合现行国标, 粉煤灰质量越好后期强度增长越高。

粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响。和普通混凝土一样, 粉煤灰混凝土随着水灰比的增大抗渗性能降低;一般情况下, 粉煤灰混凝土的抗渗性能随粉煤灰掺量的增加而降低;90天龄期粉煤灰混凝土抗渗性都有不同程度的改善, 掺20%粉煤灰混凝土抗渗能力, 要赶上和超过不掺粉煤灰的基准混凝土。

粉煤灰对混凝土耐久性的影响。环境中如果存在硫酸根离子, 对建筑物的混凝土就必须提出硫酸盐侵蚀的要求, 否则混凝土将遭受硫酸盐的侵蚀, 轻则降低强度, 重则破坏混凝土结构, 严重影响混凝土的耐久性和使用寿命, 粉煤灰改善混凝土抗硫酸盐侵蚀能力是被很多研究工作者证实的, 也是粉煤灰混凝土重要的性能之一。粉煤灰能提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能还表现在, 试件经硫酸盐溶液浸泡后, 不但不降低强度, 反而增加混凝土或砂浆的强度。掺粉煤灰除了能提高混凝土和砂浆的抗硫酸盐性能外, 还可以提高抗溶出性侵蚀能力, 因此, 在水质具有溶出性侵蚀时, 在混凝土中掺粉煤灰也是必要的。

粉煤灰水泥及混凝土的热学性能。水泥和混凝土的热学性能对大体积混凝土是十分重要的, 因为过高的水化热将给大体积混凝土温度控制带来困难, 还会导致混凝土出现裂缝。用发热量低的粉煤灰代替发热量高的水泥, 是降低水泥水化热和混凝土绝热温升的有效措施, 在保证混凝土设计强度的条件下, 在大体积混凝土中掺粉煤灰, 对防止温度裂缝是有益的, 目前已有不少工程把掺粉煤灰作为大体积混凝土温控的重要措施。掺粉煤灰降低水泥和混凝土发热量的程度, 决定于水泥和粉煤灰的品种和粉煤灰的掺量。

粉煤灰对混凝土内部孔隙结构的影响。影响混凝土孔结构的主要因素是水灰比, 混凝土在任何龄期、任何养护条件下, 随着水灰比的增大, 总孔隙率、开口孔隙率和孔径都增加。在混凝土中掺粉煤灰, 特别是应用超量取代法掺灰, 其实质是降低水胶比, 因此, 对混凝土内部孔隙结构要产生有利的影响。在长龄期养护条件下, 粉煤灰水化产生较多的凝胶, 填堵了混凝土内部孔隙, 使很多连续的毛细孔变为不连续, 孔径由大变小, 这样使混凝土内部结构产生了变化, 改善了孔隙结构。

粉煤灰混凝土的应用取得了一定的成绩, 通过科学研究和现场使用也发现了一些值得引起注意的问题, 比如选择适合的使用部位和掺量、混凝土避免过振、加强对粉煤灰混凝土的养护等, 这些问题需要引起重视并得到及时解决才有利于粉煤灰的推广应用。

摘要：粉煤灰作为混凝土的掺合料较早地应用在水工混凝土中, 其能改善混凝土的耐久性, 特别是让混凝土具有较高的抗硫酸盐侵蚀能力、抗渗能力、抑制碱—活性骨料反应能力, 以及提高施工和易性的能力。简述粉煤灰作为掺合料对混凝土产生的各方面影响。

关键词：粉煤灰,混凝土,掺合料

参考文献

[1]钱觉时.粉煤灰特性及其在混凝土中的应用[M].北京:科学出版社, 2002.[1]钱觉时.粉煤灰特性及其在混凝土中的应用[M].北京:科学出版社, 2002.

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[5]DG/TJ08-230-2006, 粉煤灰混凝土应用技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.[5]DG/TJ08-230-2006, 粉煤灰混凝土应用技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

粉煤灰对混凝土的影响 第7篇

在混凝土中掺加粉煤灰可以节约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,增强混凝土的可泵性,减少了混凝土的徐变,减少水化热、热能膨胀性,提高混凝土抗渗能力,增加混凝土的修饰性[1,2]。粉煤灰在混凝土中的技术经济效益和社会效益非常显著,因此,研究提高粉煤灰在混凝土中的有效利用水平,以及粉煤灰在混凝土材料中的作用机理就非常必要。本文采用等量取代法和超量取代法配制砂率为32%,水胶比为0.45的C30混凝土[3]。试验时调整减水剂的用量,使新拌混凝土的流动性在160 mm~180 mm。研究粉煤灰取代部分水泥和细骨料后,对混凝土强度的影响。

2 实验材料

1)水泥:某厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥,表观密度为3 100 kg/m3。2)粗骨料:粒径4.75 mm~26.5 mm的碎石,表观密度为2 700 kg/m3,堆积密度为1 450 kg/m3。3)细骨料:天然河砂,表观密度为2 680 kg/m3,堆积密度为1 580 kg/m3。4)粉煤灰:Ⅰ级粉煤灰,比表面积2 500 cm2/g~7 000 cm2/g,密度为2 300 kg/m3。5)外加剂:聚羧酸高效减水剂,减水率为18%。6)水:普通自来水。

3 试验设计

本试验设计的混凝土配比见表1。

4 试验结果与分析

4.1 试验结果

为了更直观的反映28 d标准龄期时混凝土试块强度R相对于基准混凝土试块强度R0的变化,数据处理时引入混凝土强度增长因子。混凝土的立方体抗压强度测定值见表2。

4.2 试验结果分析

1)等量取代下粉煤灰掺量对混凝土强度的影响。

从配合比设计方案可以看出,粉煤灰等量取代时混凝土的水胶比基本相同,砂率相同,因此影响混凝土立方体抗压强度的主要因素是粉煤灰的掺量。如图1所示为粉煤灰等量取代时混凝土强度随粉煤灰掺量的变化。

通过分析试验数据和图1,随着粉煤灰掺量增加混凝土7 d强度、28 d强度减小;粉煤灰混凝土56 d强度高于或者基本接近基准混凝土强度。从表2混凝土强度增长因子β也可以得到:28 d对应的混凝土试块粉煤灰掺量为15%,25%,35%时,混凝土强度分别是基准混凝土强度的1.07,1.04,0.96[4]。所以本试验可以得出结论:粉煤灰混凝土早期强度较低,后期强度有明显增长。

2)超量取代下粉煤灰掺量对混凝土强度的影响。

图2为粉煤灰掺量为25%时,混凝土强度随粉煤灰掺量的变化。可以看出:各龄期混凝土强度随超量系数的增大而增大。在不同的超量系数下,粉煤灰混凝土的强度均高于或者接近基准混凝土强度。粉煤灰超量取代时,混凝土的后期强度明显提高。

图3为超量系数为1.2时混凝土强度随粉煤灰产量变化。可以看出混凝土强度随粉煤灰掺量的增加而不断减小。粉煤灰掺量在35%时混凝土强度基本能达到设计强度要求。这从强度增长因子β均大于1也可以说明。

5 结语

1)等量取代时粉煤灰混凝土随着粉煤灰掺量的增加,混凝土强度降低幅度较为明显。超量取代则相反,混凝土早期和后期强度均有明显的增长。2)在实际工程应用中,不管是等量取代法还是超量取代法,对于节约细集料用量,改善砂子级配,提高混凝土密实度,增加混凝土拌和料中细骨料的体积都可以起到作用,两种方法下粉煤灰对强度的贡献都不大[5]。

摘要：简要介绍了在混凝土中掺加粉煤灰的优点,并通过粉煤灰等量取代法和超量取代法对比试验下混凝土抗压强度的变化,研究分析了粉煤灰对混凝土强度的影响,以最终达到优化配合比设计的目的。

关键词：混凝土,粉煤灰,等量取代法,强度

参考文献

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[6]黄树栋.粉煤灰混凝土力学强度的试验研究[D].武汉:武汉理工大学硕士论文,2008.

粉煤灰对混凝土的影响 第8篇

泡沫混凝土作为墙体保温材料具有质量轻、环保性能好、保温隔热性能 好、工业化程 度高、施工便捷 等许多优 点[1]。但目前泡沫混凝土在墙体保温材料领域的应用并不十分广泛,主要是强度、干密度等方面的不足影响了其竞争力。在制备泡沫混凝土时用粉煤灰取代部分水泥,一方面减少了水泥的用量,降低了产品的制备成本;另一方面在微集料效应、形态效应、火山灰效应的作用下,掺入的粉煤灰会对泡沫混凝土的性能有一定的改善作用[2]。

目前,学者对于泡沫混凝土的研究多集中于组成对性能的影响,而忽略了结构对性能的影响。泡沫混凝土结构上最显著的特征就是具有较高的孔隙率,这使得它与普通混凝土在性能方面有了很大的差别[3,4]。所以,研究泡沫混凝土孔隙率和性能之间的关系,对于提高泡沫混凝土性能有很重要的意义。

本实验主要研究了以双氧水为发泡剂,用粉煤灰取代部分水泥,采用化学发泡法制备泡沫混凝土的粉煤灰掺量和水胶比对干密度和抗压强度的影响,并利用经验公式计算泡沫混凝土的孔隙率,研究孔隙率和干密度与抗压强度之间的关系,并进行数据的拟合。

1实验

1.1实验原材料

水泥,采用冀东水泥厂生产的PO42.5普通硅酸盐水泥, 成分和性能见表1。粉煤灰,使用Ⅱ级粉煤灰,成分和性能见表2。发泡剂,使用国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯双氧水(H2O2)。

1.2泡沫混凝土配合比及制备

本实验采用化学发泡法制备泡沫混凝土,发泡剂为双氧水,掺量均为6%。胶凝材料 主要为水 泥,水胶比分 别为0.50、0.55、0.60、0.65、0.70;以粉煤灰部分取代水泥,取代量分别为25%、30%、35%、40%、45%。通过这25组配合比制备相应的泡沫混凝土试块并测试其物理力学性能。

1.3干密度和抗压强度

泡沫混凝土的干密度和抗压强度一般随着水化时间不同而发生较大变化,本实验测得的泡沫混凝土干密度和抗压强度以28天为标准。制备尺寸为100mm×100mm×100 mm的泡沫混凝土试件,在到达预定养护龄期3天前,将试件放入电热鼓风干燥箱中,在(60±5)℃温度下烘干至前后两次间隔4h质量差小于1g,然后立即将试件取出,测定试件的干密度和抗压强度。具体测试方法按照(参照)《泡沫混凝土标准》JG/T266-2011。

2结果与讨论

2.1粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能的影响

粉煤灰是火山灰质活性材料,由各种颗粒机械混合而成,其中大部分是球形玻璃体,这些玻璃体通常具有较大的比表面积。用粉煤灰部分取代水泥,可以使泡沫混凝土内部的结构发生微妙的变化,改善泡沫混凝土的性能[5,6]。

2.1.1粉煤灰掺量对干密度的影响

如图1所示,在不同水胶比的情况下,随着粉煤灰掺量的增加,泡沫混凝土的干密度都呈现下降的趋势,但下降的趋势逐渐减缓,当粉煤灰掺量由25%上升到30%,不同水胶比的泡沫混凝土干密度下降均超过了60kg/m3。粉煤灰的密度小于水泥的密度,用粉煤灰取代部分水泥,泡沫混凝土的密度自然会有所降低。其次,粉煤灰能够有效地降低浆体间的摩擦阻力,减少了发泡时气泡生成的阻力。

从图1中还可以看出,在同一粉煤灰掺量下,泡沫混凝土的干密度随着水胶比的增加呈现明显上升趋势,说明水分在泡沫混凝土结构形成过程中起着重要的作用。

2.1.2粉煤灰掺量对抗压强度的影响

如图2所示,随着粉煤灰掺量的增加,泡沫混凝土的抗压强度呈现下降 的趋势。粉煤灰掺 量由25% 上升至30% 时,抗压强度的下降速度较快,不同水胶比平均强度损失达到31.2%;而粉煤灰掺量由35%上升到45%时抗压强度下降的趋势较为平缓,不同水胶比平均强度损失为41.4%。这可能是由于粉煤灰具有火山灰效应,即粉煤灰中的Al2O3、 SiO2硅质材料与水泥加水搅拌后生成Ca(OH)2等碱性激发剂,进一步生成水化硅酸钙凝胶,这对于泡沫混凝土水泥石的强度也有一定的贡献。

从图2中可以看出,粉煤灰取代量相同时,泡沫混凝土的抗压强度随着水胶比的增大而减小。泡沫混凝土中没有粗细骨料的支撑,强度主要来自于水泥石,因此水胶比对泡沫混凝土强 度的影响 应比对普 通混凝土 的影响更 加显著[7,8]。

2.2泡沫混凝土结构-性能数学模型

2.2.1泡沫混凝土的孔隙率

泡沫混凝土的孔隙率和抗压强度、干密度之间都有着密切的关系[9],对于泡沫混凝土孔隙率的定义,不同的学者之间也有一定的差别。本实验以文献[10,11]中的泡沫混凝土理论孔隙率公式计算,如式(1)所示。

式中:n为孔隙率(%);Va为掺入气泡量(mL);Vew为蒸发水体积 (mL);Vc为水泥的 体积 (mL);Vw为加入水 的体积 (mL);Vfl为外掺料的体积(mL)。

通过理论孔隙率的计算,可以得到两组泡沫混凝土在各种配合比条件下的孔隙率,从而可以建立干密度、抗压强度与孔隙率的数学模型。

2.2.2干密度-孔隙率数学模型

对于空白组泡沫混凝土和掺入粉煤灰的泡沫混凝土,根据理论孔隙率公式计算其孔隙率后,以孔隙率n为横坐标, 以干密度为纵坐标作图,首先得到散点图,之后去掉偏离程度特别大的个别数据,再进行散点图拟合,得到拟合程度较好的曲线,分别见图3和图4。

以上两个模型的相关系数分别为95.58% 和90.97%, 拟合度优良。图3中空白组泡沫混凝土的孔隙率上升,干密度在一定范围内下 降,在达到0.84以上时,孔隙率继 续升高,而干密度也随之提高。在图4中,掺入粉煤灰的泡沫混凝土干密度随着孔隙率的增加而降低,孔隙率和干密度的拟合公式为Y=27126.8-64295.9 X+38334.4 X2,相关系数为0.9097。这在一定程度上说明粉煤灰的加入使结构保有孔隙的能力得到提升,泡沫混凝土的孔隙率增加,干密度降低, 优化了泡沫混凝土的轻质高强性能。

2.2.3抗压强度-孔隙率数学模型

泡沫混凝土的强度与其内部的孔结构有着密不可分的联系[12],空白组泡沫混凝土和掺入粉煤灰的泡沫混凝土的抗压强度-孔隙率拟合曲线分别见图5和图6。

以上两个模型的相关系数分别为92.55% 和98.02%, 达到较好的拟合效果。如图5所示,空白组泡沫混凝土的孔隙率越大,其抗压强度越低。图6显示,掺入粉煤灰的泡沫混凝土孔隙率提高,混凝土的抗压强度反而增强;孔隙率和抗压强度的拟合公式为Y=58.7-142.2 X+86.3 X2,相关系数为0.9802。由于粉煤灰细度小于水泥的细度,有显著的微集料效应,从而改善了泡沫混凝土孔壁水泥石的微观结构, 使孔壁的强度有了一定的提高,使泡沫混凝土结构可以接受更大的孔隙率,泡沫混凝土的抗压强度得到相应的提升。这对于降低泡沫混凝土的干密度、节约胶凝材料都有着重要的意义。

3结论

(1)当粉煤灰由25%提高到45%时,泡沫混凝土的干密度都呈现下降的趋势;当粉煤灰掺量由25%上升到30%,不同水胶比的泡沫混凝土干密度下降均超过了60kg/m3。

(2)随着粉煤灰掺量的增加,泡沫混凝土的抗压强度呈现下降的趋势。粉煤灰掺量由25%上升到至30%时,抗压强度的下降 速度较快,不同水胶 比平均强 度损失达 到31.2%;而粉煤灰掺量由35%上升到45% 时抗压强度下降的趋势较为平缓,不同水胶比平均强度损失为41.4%。

(3)通过泡沫混凝土理论孔隙率的计算,得到了泡沫混凝土的干密度-孔隙率模型、抗压强度-孔隙率模型,其相关系数都达到了90%以上,建立的数学模型可以为泡沫混凝土强度和干密度的预测提供一定的参照依据。

摘要：研究了粉煤灰掺量和水灰比对粉煤灰掺量较大的泡沫混凝土的干密度和抗压强度的影响,利用经验公式计算泡沫混凝土的孔隙率,重点研究泡沫混凝土的孔隙率和干密度、抗压强度的关系。研究结果表明随着粉煤灰掺量的增加泡沫混凝土的干密度和抗压强度均呈下降的趋势。当粉煤灰掺量由25%上升到30%时,不同水胶比的泡沫混凝土干密度下降均超过了60kg/m3;粉煤灰掺量由30%提高到40%时,不同水胶比的泡沫混凝土抗压强度下降的趋势都明显减小。以粉煤灰取代水泥后,孔隙率和干密度的拟合公式为Y=27126.8-64295.9 X+38334.4 X2,相关系数为0.9097;孔隙率和抗压强度的拟合公式为Y=58.7-142.2 X+86.3 X2,相关系数为0.9802。

粉煤灰对混凝土的影响 第9篇

1 试验材料

粉煤灰:攀枝花市宝利源II级粉煤灰;攀枝花市利源II级粉煤灰;六盘水市新发尔II级粉煤灰;四川江电II级粉煤灰;宜宾元亨II级粉煤灰。

水泥:峨胜P·O42.5水泥。性能见表1、表2。

骨料:(1)立洲电站人工碎石:5～20 mm、20～40 mm两级;(2)立洲电站人工砂。

外加剂:自选减水剂。

2 试验方法

以C20混凝土为基准混凝土,采用粉煤灰超量取代法对5种II级粉煤灰的最佳取代率和最优超量取代系数进行确定。对最佳取代率和最优超量取代系数下的试样强度和坍落度进行测定并比较和分析。对各种粉煤灰进行XRD、SEM观察和性能指标的测定,最终确定粉煤灰的物理化学性能对混凝土性能的影响。混凝土试块采用标准试模。

3 试验步骤

3.1 混凝土的基准配合比设计[2]

通过混凝土配合比初步计算,并参考已建大坝C20混凝土配合比资料,确定C20混凝土基准配合比见表3。表4为基准配合比混凝土性能测试结果,由试验结果可知,基准混凝土工作性和抗压强度均满足要求。

备注:碎石为5～20 mm和20～40 mm按1:1比例掺配。

3.2 粉煤灰的最佳取代率和最优超量取代系数

在C20混凝土基准配合比基础上,选取粉煤灰取代率分别为15%、30%、45%,粉煤灰超量取代系数分别为1.2、1.4、1.6,进行试验,测试混凝土工作性能和强度,确定粉煤灰最佳取代率及最优超量取代系数[3]。粉煤灰为六盘水新发尔II级粉煤灰。

由表5可知:(1)混凝土中掺入六盘水新发尔II级粉煤灰,降低了混凝土坍落度,且坍落度降低随粉煤灰掺量的增加而增大;在粉煤灰掺量一定的条件下,粉煤灰超量取代系数从1.2增加到1.6,对混凝土坍落度几乎没有影响。(2)降低了混凝土7d、28d抗压强度,且强度降低随粉煤灰掺量的增加而增大;在粉煤灰掺量一定的条件下,粉煤灰超量取代系数从1.2增加到1.6,混凝土7d、28d强度略微降低。(3)采用P·O42.5水泥配制C20混凝土,粉煤灰最佳取代率为30%,最优超量取代系数为1.6。因此选取6#粉煤灰混凝土配合比,对比研究不同粉煤灰对混凝土性能的影响,混凝土配合比见表6。

注:6～10分别采用宝利源、利源、新发尔、江电、元亨粉煤灰。

4 结果与讨论

4.1 试验结果

表6配合比试验结果见表7。

由表6及表7试验结果可知:(1)对比5种粉煤灰对混凝土工作性能的影响,四川江电II级粉煤灰改善混凝土工作性能作用明显,其余4种粉煤灰对混凝土工作性能影响一致,略微降低混凝土工作性能;(2)对比5种粉煤灰对混凝土强度的影响,攀枝花宝利源粉煤灰的7d、28d强度均加强,其余4种粉煤灰的掺入均降低混凝土7d、28d抗压强度,四川江电粉煤灰的强度损失相对少一些,六盘水新发尔粉煤灰强度损失较大。

4.2 粉煤灰的物相分析

根据XRD测试结果,可以发现,a粉煤灰中SiO2的含量最是这5种中最大的,同时含有部分伊利石和石膏,有少量的白云母、斜硅石、氢铝磷酸盐水合物和极少的莫来石;b～e样品中莫来石含量较大,b粉煤灰中莫来石含量最高;c粉煤灰中有少量的铝酸钙的水合物;d粉煤灰中有部分白云母,少量的赤铁矿和石膏;e粉煤灰中也有少量的石膏,同时含有少量的铝酸钙水合物和Cu(N3)2。

4.3 粉煤灰的扫描电镜分析

通过5种粉煤灰的SEM图片可以看出:a粉煤灰属于循环流化床粉煤灰[4],粉煤灰样品均为一些大小不一的不规则形状颗粒,颗粒之间呈松散状态,没有发现玻璃体球形颗粒。颗粒极小,表面附着有少量碳粒。可以得出a粉煤灰的钙含量较高[5]。其余4种粉煤灰均为煤粉炉粉煤灰。b中,颗粒主要以较为规则的球体形式存在,包括子母珠和珠连体[6],表面附着极少碳粒,有少量的片层状结构。c中,主要由极不规则的玻璃球体组成,表面附着较多碳粒,部分球体表面为片层状结构。d中,几乎全部由规则的玻璃球体组成,表面几乎没有缺陷,附着有极少的碳粒和片层状结构,所以该粉煤灰的比表面积较大。e中,主要以球状颗粒存在,部分颗粒表面存在缺陷,附着有极少的碳粒。

4.4 粉煤灰性能指标

根据表8可以发现,a粉煤灰的筛余是最小的,达到了Ⅰ级灰的标准,拥有较小的细度;d粉煤灰的需水比是最小的,达到了Ⅰ级灰标准;b和e粉煤灰烧矢量较小,同时b粉煤灰中SO3和游离CaO含量最小;5种粉煤灰的含水量基本一致。

4.5 作用机理分析

根据粉煤灰参与水泥混凝土水化的机理,一般需要等水泥水化过程基本完成后,再和水泥水化产生的Ca(OH)2进行二次水化,形成C-S-H凝胶,从而提高混凝土的后期强度[7]。而宝利源粉煤灰的早期强度得到了加强,由于其拥有较小的细度,粉煤灰中的活性成分也就越容易和水泥中的Ca(OH)2水化形成C-S-H凝胶[8]。晶体颗粒也较小,大多是富含Al-O、Si-O的层状硅酸铝酸盐类。较小的细度可以加速粉煤灰中的活性成分Al-O、Si-O与水泥水化形成的的Ca(OH)2水化,提前形成了大量C-S-H、C-A-H凝胶,将粉煤灰的后期强度贡献提前[9]。又根据SEM和XRD观察,其中有部分伊利石和石膏,同时有少量的白云母,而伊利石和白云母里面有大量的结合态的SiO2、Al2O3等活性成分,因此它的活性成分含量是5中粉煤灰中最高的,而石膏中有大量的结合态CaO,从SEM照片a也可以看出其中钙含量高,有助于形成钙钒石[10],这对提高混凝土的自硬性有着较大帮助,从而提高早期强度。同时,其中的氢铝磷酸盐水合物也可能对混凝土的二次水化提前有帮助,激发了粉煤灰活性。

江电粉煤灰的坍落度增加了,和易性增强,这是因为其拥有规则的玻璃球体微观形貌,拥有较大比表面积,同时其拥有较小的需水比,使得新拌混凝土流动性好,同时增强了混凝土拌和物的抗分离性,可塑性强。由于粉煤灰中玻璃球体的活性最高[11],因此它的活性较高,强度不如宝利源是由于活性成分含量相对少了,但是同其余三种粉煤灰比较,早期强度损失较少,这是由于其结构致密,一定程度上增加了混凝土的密实度而减少了早期强度损失。

新发尔粉煤灰早期强度损失较大,工作性能有所降低。它的细度、烧失量和SO3是五种粉煤灰中最高的,粉煤灰的烧失量可以在一定程度上反映粉煤灰中未燃尽的碳粒含量,而粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔,是一种惰性物质不仅对粉煤灰的活性不利,而且对粉煤灰的压实也不利[12]。而SO3在矿渣混凝土中的作用明显[13],而在普通硅酸盐混凝土中,SO3的作用不是很明显。从它的SEM图片看来,晶体颗粒中有大量的片状壳结构的不规则球体,且颗粒较大对混凝土性能是不利的。

5 结 论

在粉煤灰掺入P.O42.5水泥混凝土中,石膏的含量对于提高混凝土的早期强度作用明显。在一定的范围内,石膏含量越高,混凝土早期强度越高。SiO2、Al2O3活性成分的含量决定的混凝土二次水化后的强度,含量越高,二次水化后混凝土的强度高。同时细度对混凝土强度的影响明显,粉煤灰越细,水化反应更完全,混凝土强度越高[14]。氢铝磷酸盐水合物可能对粉煤灰的活性成分有激发作用[15], 从而促进活性成分更早参与水化,从而提高混凝土的早期强度。粉煤灰的需水比和微观形貌对混凝土的工作性能作用明显,需水比越小,混凝土和易性越好,工作性能越好。微观结构中规则的玻璃球体比例越大,混凝土工作性能越好。

摘要：试验根据四川木里河电站的粉煤灰比选项目,通过测定在粉煤灰采用超量取代法的最优参数下5种粉煤灰掺入的混凝土强度和坍落度,对粉煤灰进行性能检测、XRD分析、SEM观察,确定并分析粉煤灰不同的性能指标、物相及微观结构对混凝土性能的影响。