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1、粉煤灰于混凝土中的作用研究应用技术与设计粉煤灰于混凝土中的作用研究刘大鹏 1 化志国 2（ 1. 湖北工业大学建筑与土木工程学院，湖北武汉 430068 ；2. 北京天恒泓混凝土有限公司，北京 100102 ）摘 要：粉煤灰作为排放量较大的工业废渣之一，长期以来无法利用，一度造成环境的污染。随着科学技术的进步，粉煤灰逐渐得到应用，其中混凝土中的使用量逐年增长。本文介绍粉煤灰的形成、成分、分类、作用机理、掺加方式等。通过试验（粉煤灰掺量对混凝土强度的影响试验等）、数据计算（掺加粉煤灰前后混凝土的碱含量）等方法，阐明粉煤灰在混凝土中起到的积极的作用。 关键词：粉煤灰，和易性，强度增长率，碱含量，水
2、化热1 粉煤灰在混凝土中的作用机理根据粉煤灰的化学特征、几何特征和物理特征，将粉煤灰在水泥混凝土中的作用机理归结为三个基本效应：1.1 粉煤灰的形态效应粉煤灰的形态效应是指粉煤灰由其颗粒的外形形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。粉煤灰颗粒中绝大部分为表面光滑的玻璃微珠，尺寸在几微米到几十微米，所以掺入混凝土中可以起到滚珠润滑作用，同时可以不增加甚至减少混凝土拌合物的用水量。形态效应是粉煤灰在混凝土中起到的最基本的效应。1.2 粉煤灰的活性效应粉煤灰的活性效应又称为粉煤灰的火山灰效应，是指粉煤灰在混凝土中其活性成分所发生的化学效应。粉煤灰的活性取决于它的火山灰反应能力，即粉
3、煤灰中的 SiO2 和 Al2O3与 Ca（ OH） 2 反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应物的能力。这些水化物可以起到一定的强度作用。1.3 粉煤灰的微集料效应粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀的分布在胶凝材料的浆体内，起到填充各微粒空隙和毛细孔的作用，以改善混凝土的密实度和改善混凝土的孔结构。粉煤灰的三个效应之间是同时共存且相互影响的关系。其主次关系是根据混凝土的具体情况决定的。 水泥 Kg 306 288 270 252 234 216 198 180 162 144 126 108 90水 Kg 175 175 175 175 175 175 175
4、 175 175 175 175 175 175砂 Kg 799 799 799 799 799 799 799 799 799 799 799 799 799石 Kg 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 10162 粉煤灰在混凝土中起到的作用通过了解粉煤灰的作用机理，可以充分了解到粉煤灰在混凝土中将起到许多积极的效应，而在粉煤灰在混凝土中的使用，根据其质量和目的的不同，分为等量取代、超量取代法、外掺法等三种掺加方式。下面就谈谈粉煤灰给混凝土带来的改善：2.1 粉煤灰可以明显改善混凝土的工作性混凝土的工作性包括
5、流动性、粘聚性、保水性。通过了解粉煤灰的作用机理，知道粉煤灰的形态效应和微集料效应都对混凝土和易性的改善有积极的作用。由于粉煤灰可以在混凝土中起到滚珠润滑作用，同时可以作为微集料起到填充各微粒空隙和毛细孔的作用。这两方面的作用可以明显提高混凝土都流动性和保水性。通过调整粉煤灰的不同掺量还可以对混凝土的粘聚性起到一定的调节作用。2.2 粉煤灰在混凝土中能够起到一定的增强作用一方面，优质的粉煤灰可以起到一定的减水作用，在胶材不变的情况下，可以通过减低水胶比提高混凝土强度。另一方面由于粉煤灰本身具有一定的火山灰活性，可以参与到水泥的水化过程中，在保证混凝土强度的前提下，降低混凝土中水泥的用量，节约成
6、本。但是只有合理的掺量才能更好的发挥粉煤灰的这一作用。下面结合表1 的试验结果分析一下粉煤灰掺量对混凝土强度的影响：为了方便数据分析，在配比计算时未考虑粉煤灰的超量系数，用等量取代的方法来进行配合比设计。抗压强度（Mpa）R7 29.8 31.3 30.5 31.0 29.0 29.8 23.1 18.9 16.4 15.4 11.7 10.4 6.8R7 % 135 140 146 134 138 141 131 129 140 156 143 146 145R28 44.1 46.1 44.6 44.6 39.0 41.6 35.4 32.8 29.2 27.3 20.6 19.8 13.
7、7R28 % 200 206 213 193 186 196 201 223 250 276 251 279 2912019 年第 22 期表 1 粉煤灰不同掺量对混凝土强度影响外加剂 粉煤灰 Kg 7.9 7.9 7.9 7.9 7.97.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9用量 Kg 54 72 90 108 126 144 162 180 198 216 234 252 270掺量 % 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75R3 22.0 22.4 20.9 23.1 21.0 21.2 17.6 14.7 11.7 9.9 8
8、.2 7.1 4.725通过表 2 和表 3 反应了粉煤灰的掺量对混凝土自身碱含量的影响。粉煤灰可以降低带入混凝土中的有效碱含量，且掺量越高，混凝土单方碱含量越低。同时粉煤灰的还能滞留混凝土中的碱，它的活性组分可以与碱反应生成碱硅凝胶，从而减少与活性集料反应的碱。但是只有当粉煤灰达到一定掺量时，且自身碱含量控制一定水平下时，才能很好的发挥它的抑制作用。3 现阶段粉煤灰在使用中存在的一些问题近些年随着建筑行业的快速发展，混凝土的年产量逐年增高，对粉煤灰的需求量也越来越大。但是由于一些煤电站逐渐改用天然气作为燃料，导致粉煤灰产量下降，粉煤灰供应出现越来越紧张的趋势，粉煤灰的质量也随之下降。而且在粉
9、煤灰行业里也存在一些造假的问题，普遍的方法包括；1、将质量较差、筛分细度较高的粉煤灰经过粉磨，降低其细度，来冒充优质产品。这种做法虽然提高了粉煤灰的细度，但是它破坏了粉煤灰的颗粒形态，使其改善混凝土性能的能力大大降低。2、在粉煤灰中添加一些价格较低的掺合料，以降低整体成本。添加的掺合料包括木钙、石粉等。这种做法会使粉煤灰的一些性能发生改变，从而影响混凝土的质量。综上，在混凝土中掺加粉煤灰，不仅是对废弃物的应用，对环保的贡献，同时也对混凝土起到了积极的作用，是一个双赢的结果。通过科学的掺加方法，合理的掺量，可以改善混凝土的工作性；降低水泥的掺量；提高耐久性；降低混凝土水化热等等，对混凝土的性能改
10、善，技术发展，起到了明显的作用。所以对粉煤灰的使用一定要严把质量关，保证合格的产品用于混凝土生产，才能真正的发挥粉煤灰的自身价值。参考文献1 张承志等著 . 第二章混凝土原材料及配合比设计J. 建筑混凝土 .2019 （01）2 国标 . 第一章至第六章 GB/T1596 -2019 用于水泥和混凝土中的粉煤灰，2019 （ 08） .粉煤灰1.34外加剂0.213 北京建设委员会 . 第六章掺矿物掺合料混凝土的工程应用， DBJ01-95-2019 预防混凝土结构工程碱含量集料反应规程， 2002 （ 09） .作者简介：刘大鹏（1983），男，黑龙江省齐齐哈尔市富裕县人，湖北工业大学，建筑
11、与土木工程学院在职研究生（在读），工程师，研究方向：商品混凝土。6065化志国（1983）男，北京市密云县人，本科，工程师，研究方向：商品混凝土。图1-1粉煤灰掺量与强度增长率的关系图R7 : 7天强度增长率R7 =R7/R3*100%R28 : 28 天强度增长率R28 =R28/R3*100%在此用强度增长率直观的表明配比在相应龄期内强度的增长比例。通过表1 的试样结果，可以观察到粉煤灰取代量在40%以内时，混凝土各龄期强度没有较大的波动，并且没有随着掺量的增加而出现强度明显降低的现象，体现了粉煤灰在保证混凝土强度的前提下，可以较大比例的降低水泥的用量，达到节约成本的目的。同时通过观察图
12、1 中的 7 天、 28天强度增长率，发现粉煤灰掺量由45%到 75%时，虽然各龄期强度均出现明显降低，但其7天强度增长率基本与前一部分保持一致。而28 天强度增长率明显高于掺量在40%以下时的强度增长率，且这个数值随着掺量的增加明显增加，证明粉煤灰在混凝土中的使用的确对强度增加有着积极的作用，而且随着掺量的增加混凝土度后期强度增长也有较为明显的提高，对混凝土后期强度，尤其是28 天以后相当长的一段时间内作用更为明显。2.3 粉煤灰可以明显改善混凝土的耐久性，抑制混凝土中的碱集料反应粉煤灰的形态效应和微集料效应证明，掺加粉煤灰可以提高混凝土的密实度，而密实度的增加有利于混凝土抗冻、抗渗、抗腐蚀
13、及抗碱集料反应等性能的提高，同时粉煤灰可以抑制碱集料反应，表2 和表 3 反应了粉煤灰的掺量对混凝土自身碱含量的影响。表 2 原材碱含量材料 碱含量 %水泥 0.37水 0砂 0石 0混凝土单方碱含量=水泥单方用量x水泥碱含量+外加剂单方用量x外加剂碱含量+水单方用量x水碱含量+粉煤灰单方用量X粉煤灰碱含量X15%注：粉煤灰有效碱含量换算系数：15%表 3 粉煤灰不同掺量对混凝土碱含量影响，FA 掺量 % 碱含量计算时使用表1 相应配合比15 20 25 30 3540 45 50 551.35 1.26 1.23 1.20 1.17 1.14 1.11 1.07 1.04 1.010.980.952019 年第 22 期26