浅谈粉煤灰在混凝土中的应用.pdf

2 0 1 5 年第 3 期( 总 2 0 3期) 安徽建筑 D OI ： 1 0 1 6 3 3 0 j c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 5 0 3 0 8 1 雪 建 筑 材 料 谈粉煤灰在混凝土中的应用 Di s c u s s i o n o n F l y As h i n t h e Ap p l i c a t i o n o f Co n c r e t e 井旭 东 ( 淮 南 市 建 筑 管 理 处， 安 徽 淮 南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要： 文章结合粉煤灰的三大效应， 即形态效应、 活性效应和微集料 效应 ， 从粉煤灰的性 能着手 ， 分析 混凝土 中掺 加粉煤灰后 ， 对 混凝 土性 能的影响 ， 为粉煤 灰应用于工厂化 生产混凝土方面提供 参考。 关键词： 粉煤灰； 混凝土； 性能； 应用 中图分类号： T U5 2 8 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 ) o 3 - o l 7 8 0 2 1 概述 粉煤灰是燃烧煤粉后收集的灰粒， 其主要化学成分为二氧 化硅 ( 4 5 6 5 ) 、 三氧化二铝( 2 0 一 3 5 ) 、 三氧化二铁( 5 一 1 0 ) 、 氧化钙( 5 ) 等， 粉煤灰掺入混凝土后 ， 不仅可以替代 部分水泥， 降低混凝土成本 ， 保护环境， 而且能与水泥互相取长 补短， 均衡协和， 改善混凝土性能， 具有明显的技术经济效益。 长期以来， 国内外在混凝土中常掺有一定量粉煤灰， 但作 为水泥的替代材料，绝大多数情况下是以如下三种方式应用 的： 在早期强度要求很低 ， 长期强度大约在 2 5 3 5 MP a的大体 积水工混凝土中， 大掺量地替代水泥使用； 在结构混凝土里较 少量地替代水泥( 1 0 2 5 ) ； 在强度要求很低的回填或道路 基层里大量掺用。 2 粉煤灰最主要的三大效应 2 1形态效应 在显微镜下显示， 粉煤灰中含有 7 0 的玻璃微珠， 粒形完 整， 表面光滑， 质地致密。这种形态对混凝土而言， 无疑能起到 减水 、 致密和匀质作用， 促进初期水泥的解絮作用， 改变拌和物 的流变性质， 初始结构以及硬化后的多种功能， 尤其对泵送混 凝土能起到良好的润滑作用。 2 2活性效应 因粉煤灰系人工火山灰质材料 ， 所以又称之为“ 火山灰效 应” 。这一效应能对混凝土起到增强作用和堵塞混凝土中的毛 细组织， 提高混凝土的抗腐蚀能力。 2 3微 集料效应 粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑， 在水泥中可以相当于未 水化的水泥颗粒， 极细小的微珠相当于活泼的纳米材料， 能明 显地改善和增强混凝土的结构强度， 提高匀质性和致密性。 这三种效应相互关联， 互为补充， 粉煤灰的品质越高， 效应 越大。了解混凝土的微结构的特性及其对性能的影响后 ， 就可 以更好地认识粉煤灰在混凝土中的作用。 安 徽 3 粉煤灰在 混凝 土中的作 用 建 筑 墨 作 者 简 介 ：井 旭 东 (1969 - ) ，男 ，安 徽 淮 南 人 ，毕 业 于 安 徽 理 工 大 学 ，工 程 师 ，主 要 从 事 检 测 试 验 工 作 。 3 1掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性 新拌混凝土的和易性受浆体的体积、 水胶比、 骨料的级配、 形状、 孔隙率等的影响。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处 是增大浆体的体积 ， 大量的浆体填充了骨料间的孔隙 ， 包裹并 润滑了骨料颗粒， 从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可 塑性 。 由于粉煤灰的容重( 表观密度 ) 只有水泥的 2 1 3左右， 而且 粒形好( 质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠 ) ， 因此能填充得更密 实， 在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。 3 2粉煤灰可抑制新拌 混凝 土的泌水 粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足， 中断砂浆中 泌水渠道 的连续性 ， 同时粉煤灰作 为水 泥的取 代材料在 同样 的 稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低， 因而掺用粉煤 灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。 3 3掺用粉煤灰。 可以提高混凝土的后期强度 试验资料表明， 在混凝土中掺入粉煤灰后， 随着粉煤灰掺 量的增加， 早期强度( 2 8 d以前) 逐减而后期强度逐渐增加。粉 煤灰对混凝土强度的后期有三重影响： 减少用水量， 增大胶凝 材料含量和通过长期火山灰反应提高强度。 当原材料和环境条件一定时， 掺粉煤灰混凝土的强度增长 主要取决于粉煤灰的火山灰效应， 即粉煤灰中玻璃态的活性氧 化硅、 氧化铝与水泥浆体中的氢氧化钙作用生成碱度较小的二 次水化硅酸钙、 水化铝酸钙的速度和数量。 在高水胶 比的水泥浆里 ， 水泥颗粒被水分隔开( 水所占体 积约为水泥的 2倍 ) ， 水化 环境 优异 ， 可 以迅速地生 成表 面积增 大 l O 0 0 倍的水化物， 有良好的填充浆体内空隙的能力。 粉煤灰 虽然从颗粒形状来说， 易于堆积得较为密实， 但是它水化缓慢 ， 生成的凝胶量少 ， 难以填充密实颗粒周围的空隙， 所以掺粉煤 灰水泥浆的强度和其他性能总是随掺量增大 ( 水泥用量减少) 呈下降趋势( 当然在早龄期就更加显著) 。 在低水胶比的水泥浆里情况就不一样了， 不掺粉煤灰时 ， 高活性的水泥因水化环境较差 ， 即缺水而不能充分水化， 所以 随水灰比下降 ， 未水化水泥的内芯增大， 生成产物量下降 ， 但由 于颗粒间的距离减小， 要填充的空隙也同时减小 ， 因此混凝土 强度得到迅速提高。这种情况下用粉煤灰代替部分水泥 ， 在低 水胶比条件下( 例如 0 3左右) ， 水泥的水化条件相对改善 ， 因 为粉煤灰水化缓慢， 使混凝土实际的“ 水灰比” 增大， 水泥的水 化因而加快 ，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显 ( 例如掺量为 5 0 左右， 初期实际水灰 比则接近 0 6 ) ， 水泥水化 程度的改善， 则有利于粉煤灰作用的发挥， 然而与此同时， 需要 粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小 ， 所以其水化能力差 的弱点在低水胶比条件下被掩盖 ， 而它降低温升等其它优点则 依然起着有利于混凝土性能的作用。 3 4掺粉煤灰可降低混凝土的水化热 众所周知， 昆 凝土中水泥的水化反应是放热反应 ， 在混凝 土中掺入粉煤灰， 由于减少了水泥的用量可以降低水化热。水 安徽建筑 2 0 1 5年第 3期 总 2 0 3期 ) 化放热的多少和速度取决于水泥的物理、 化学性能和掺入粉煤 灰的量 ， 譬如若按重量计用粉煤灰取代 3 0 的水泥时， 可使因 水化热导致的绝热温升降低 1 5 左右。 温度升高时水泥水化速 率会显著加快 ， 研究表面： 与 2 0 C相比， 3 0 时硅酸盐水泥的 水化速率要加快 1 倍。一些大体积混凝土结构， 由于设计强度 等级提高， 所用水泥的强度也随之提高， 单位水泥用量的增大， 加之现在的水泥越磨越细， 施工现场养护不足 ， 这些不利因素 的叠加， 致使混凝土硬化过程中温升明显加剧 ， 是导致很多混 凝土结构在施工期间拆除模板就发现大量裂缝的原因。 粉煤灰 混凝土可降低水泥的水化热 ，减少构件由于温度而造成的裂 缝 。 3 5掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性 在混凝土中掺粉煤灰对其冻融耐久性有很大影响。 当掺用 质量较好的粉煤灰同时可以适当降低水胶比， 可以收到改善抗 冻性的效果， 但是当粉煤灰质量较差 、 颗粒较多、 含碳量高对混 凝土抗冻融性有不利影响， 随着掺量的增加 ， 其抗冻融耐久性 降低 。 4结语 由于混凝土技术的进展， 使混凝土可以在比较低的水胶比 条件下制备，这就使粉煤灰在混凝土中的作用出现显著的变 化。而近些年来水泥活性增大、 混凝土设计等级提高促使水泥 用量增大 ， 以及构件断面尺寸加大 ， 在混凝土体温度上升的前 提下， 进一步促进了粉煤灰在混凝土中作用的发挥， 以至可以 说： 粉煤灰在许多情况下可以起到水泥所起不到的作用， 成为 优质混凝土必不可少的组分之一。 我国的水泥产量多年来居世界首位， 占 1 3以上。同时我 国粉煤灰的年排量也是居世界首位。 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， 使混凝土材料可 长久地持续应用于基础设施建设中的高度上来认识。 因此大量 推广粉煤灰混凝在我国土木建筑工程中的应用， 是一件于国 于民有显著效益的事业， 必定有强大的生命力， 有广阔的发展 前景。 参考文献 【 l 】 G B T S 0 0 8 1 2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 】 北京： 中 国建筑工业 出版社 ，2 0 0 2 【 2 】 G B ， r 5 0 0 8 o _ 2 o o 2 ， 普通混 凝土拌合物性 能试 验方法标准 s 1 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 【 3 】 G B T1 5 9 6 2 0 0 5 ， 用于水 泥和混 凝土 中的粉煤 灰【 S 】 北京 ： 中 国标 准出版社， 2 0 0 5 4 】 J I S A 6 2 0 1 1 9 9 9 ， 混凝土用粉煤灰【 S 】 北京 ： 中国标准出版社， 1 9 9 9 ( 上接 第 1 7 7页) 的研究方面， 研究结果表明， R A C梁与普通混凝土梁基本相同， 但 R A C梁有较大的挠度和裂缝宽度， 开裂弯矩较低， 且服从平 截面假定。 在抗剪强度的研究方面， 对不同配筋率、 剪跨比和配 箍率的 R A C梁进行了抗剪试验， 结果表明： R A C梁抗剪设计不 能沿用普通混凝土的设计方法。对取代率为 5 0 的 R A C梁抗 剪性能进行了研究 ， 对比分析表明： R A C梁抗剪承载力和斜裂 缝分布同样受配箍间距的影响较大。 通过对比再生混凝土梁和 普通混凝土梁的挠度发现， 在正常使用情况下， 再生混凝土梁 要 比普通混凝土粱大 1 0 2 5 ，在极限状 态下要 大 3 0 5 0 ， 对于 R A C粱受剪切破坏的试验研究指出， 取代率越大 的梁抗剪承载力越低。 2 3 2 R A C柱国内外研究现状 对 R A C柱的研究国外鲜见报道， 部分学者对钢管 R A C柱 的受力性能进行了试验研究 ，研究了不同偏心距下的 R A C柱 的受压破坏特征 ， 分析结果表明： 随着加载偏心距的增大， R A C 柱有明显的轴心受压破坏、 大小偏压破坏 、 界限压弯破坏的破 坏特征，而 R A C取代率对破坏形态的影响不大。进行了 R A C 短柱轴心受压试验， 结果表明： R A C柱与普通混凝土柱具有相 似的破坏机理。对不同配筋率 ， 剪跨 比为 1 7 5 、 取代率分别为 5 0 和 1 0 0 的4根短柱进行了抗震性能试验， 结果表明： R A C 柱的承载力随着再生粗骨料的增加而逐渐降低。 研究了不同掺 量下 R A C大偏压长柱的变形和承载能力 ， R A C柱变形能力较 普通混凝土柱大， 而随着取代率增加， 承载力却无规律下降。 2 3 3 R A C梁 一柱节点国内外研究现状 国外学者对于全取代率下的节点进行了抗震性能试验， 并 研究了 R AC中掺加粉煤灰对节点性能的影响，指出粉煤灰对 于改善节点抗震性能有较好的作用。 国内学者则完成了不同取 代率的 R A C框架边节点的抗震性能试验研究， 研究结果表明： R A C节点的抗震性能仍满足抗震设防要求。对钢筋与 R A C之 间的粘结锚固以及梁柱节点受力性能进行了研究 ， 相比普通混 凝土节点， R A C节点在相同设计参数的情况下， 在低周反复荷 载作用下的耗能能力要比普通混凝土节点稍有降低。 3 结论 国内外学者对 R A C的研究 ，主要是针对不同取代率下 R A C的基本力学性能 、 耐久性 以及结构的性能进行研 究 ， 但 是 对于 R A C的性能改善仅仅从基本力学角度进行了探索性的初 步试验研究 ， 研究仍套用普通混凝土的相关规范， 较少考虑现 行规范对 R A C以及性能改善后 R A C的适用性。此外。 从节约 资源、 改变粗放型生产方式的角度考虑， 变废为宝 ， 利用建筑垃 圾制备可应用于建筑、 道路等设施的混凝土， 是改善城市建设 环境、 发展低碳和循环经济的一个有效途径， 有利于我国经济 建设可持续发展，其研究成果具有重要的理论意义和社会效 益 。 参考文献 【 l 】 肖建庄 再生混凝土【 M 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 【 2 】 李维红 浅析 2 1 世纪建筑材料的再生循环与利用和可持续发展【 J 1 大连大 学学报 。 2 0 0 0 ( 4 ) 【 3 】 李佳彬 再生混凝土基本力学性能研究【 D 】 上海： 同济大学， 2 0 0 5 4 】 兰 阳 再生混凝土梁受力性 能研究【 D 】 上海： 同济大学 ，2 0 0 5 5 】 周静海 ， 杨永生， 等 再生混凝土柱轴心受压承载力研究【J l_ 沈阳建 筑大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 8 ( 4) 【6 】 尹海鹏， 曹万林， 等 不同配筋率的再生混凝土柱抗震性能试验研 究 震灾防御技术， 2 O L O ( 1 ) 【 7 】 吴波， 刘伟， 等 再生混合钢筋混凝土短柱的轴压性能试验【 J 1 工程 抗震与加 固改造 。 2 0 1 0 ( 3 ) 8 】 杨有福 钢管再生混凝土构件受力机理研究f J 1 工业建筑 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) 9 】 孙跃东 再生 混凝土框架 抗震 性 能试 验研究 【 D 】 上 海 ： 同济大学 ， 2 0 0 6 _ I _ I 盎 l 建 筑 材 料 安 徽 建 筑 固