粉煤灰作為一種活性礦物摻合料，由結(jié)晶體、玻璃體及少量未燃盡的炭粒組成，所含的活性組分主要是活性SiO 2、Al 2O3等，在水的作用下能與堿性物質(zhì)或者硫酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性質(zhì)的穩(wěn)定化合物。埃爾派，專(zhuān)注自主研發(fā)精細(xì)粉體粉碎設(shè)備20年。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：粉煤灰通常作為混凝土原材料的摻量使用，其組成、結(jié)構(gòu)和性能的技術(shù)信息是粉煤灰混凝土有關(guān)的重要技術(shù)參數(shù)。

　　1 粉煤灰的特性

　　1.1 粉煤灰的外形特征

　　粉煤灰的外觀可以看出：粉煤灰的外觀近似于水泥的顏色，介于乳白到灰黑之間。粉煤灰的顏色是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，可以反映出含碳量的多少和差異，在一定程度上可以反映粉煤灰的細(xì)度。直觀顏色越深、粒度越細(xì)的粉煤灰，其含碳量越高。

　　粉煤灰有低鈣粉煤灰與高鈣粉煤灰之分。粉煤灰的顏色偏黃證明為高鈣粉煤灰。高鈣粉煤灰中的游離氧化鈣含量高，體積安定性差，其抑制堿集料反應(yīng)能力不及低鈣粉煤灰。低鈣粉煤灰的顏色偏灰，廣泛用于基建混凝土工程中。

　　粉煤灰的顆粒呈多孔型蜂窩狀，比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附性能。粉煤灰在顯微鏡下的形態(tài)特征分規(guī)則與不規(guī)則兩種。

　　可以看出粉煤灰的微觀形態(tài)：粉煤灰是由玻璃體(一般為氧化硅和氧化鋁)、晶體(一般為莫來(lái)石和石英)及少量未燃炭構(gòu)成的復(fù)雜混合物。3種產(chǎn)物的比例與粉煤灰生產(chǎn)原材料及過(guò)程有關(guān)。一般情況下，玻璃體的含量大于50%。玻璃體中有光滑規(guī)則的球體形玻璃體粒子及形狀不規(guī)則少孔和多孔稀疏的球狀玻璃體等，而未燃炭多呈疏松多孔形式，它們互相交叉混合在粉煤灰中。

　　1.2 粉煤灰的物理特性

　　按粉煤灰的顆粒形貌可將粉煤灰分為：玻璃微珠、海綿狀玻璃體(包括顆粒較小、較密實(shí)、孔隙小的玻璃體和顆粒較大、疏松多孔的玻璃體)、碳粒。其中大部分是海綿狀玻璃體，顆粒分布極不均勻，必須通過(guò)研磨處理，改善其性能的差異性。

　　粉煤灰的顆粒直徑為0.5 ～300 μm，其密度為2.0~2.9g/cm3，堆積密度為0.53~1.26 g/cm3，比表面積為900~8000cm2/g ，吸水量為90%~130% 。

　　1.3 粉煤灰的化學(xué)特性

　　粉煤灰作為一種火山灰質(zhì)混合材料，由多種氧化物混合組成，主要包含O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、S、Na、K等化學(xué)元素。粉煤灰中的SiO2含量最高，高細(xì)度的SiO 2具有很高的活性，即在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2的堿性激發(fā)下，SiO2 能與Ca(OH)2迅速反應(yīng)，生成水化鈣凝膠(C-S-H)，提高混凝土強(qiáng)度并改善混凝土性能。

　　由于粉煤灰成分與水泥中的主要成分差不多，所以可以用來(lái)替代混凝土中的部分水泥來(lái)達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。粉煤灰反應(yīng)活性主要來(lái)自活性玻璃體SiO 2和Al 2O3的水化作用，在一定的堿性條件下生成具有水硬膠凝性能的化合物。

　　1.4 粉煤灰的適用混凝土范圍

　　粉煤灰的主要特點(diǎn)是資源多、成本低、適用范圍廣;缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度偏低。粉煤灰可用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B混凝土、蒸養(yǎng)混凝土、地下工程混凝土、水下混凝土、抗化學(xué)侵蝕混凝土和抑制堿骨料反應(yīng)混凝土等除需要早強(qiáng)外的各種類(lèi)型混凝土。粉煤灰按質(zhì)量劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)，其適用范圍如下：

　　(1 )Ⅰ級(jí)粉煤灰可用于抗凍、防腐蝕等有耐久性設(shè)計(jì)要求的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)工程。

　　(2 )Ⅱ級(jí)粉煤灰廣泛用于鋼筋混凝土及素混凝土結(jié)構(gòu)工程中，不宜用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。當(dāng)Ⅱ級(jí)粉煤灰的需水量比小于100%時(shí)，可用于有抗凍、防腐蝕等有耐久性要求的混凝土。

　　(3 )Ⅲ級(jí)粉煤灰主要用于C30以下的素混凝土。

　　2 粉煤灰對(duì)混凝土的影響

　　2.1 拌制混凝土用粉煤灰的技術(shù)要求

　　2.1.1 細(xì)度要求

　　細(xì)度要求用45 μm的負(fù)壓篩析儀法進(jìn)行，篩析時(shí)間不大于3min，標(biāo)準(zhǔn)按《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法》(GB/T1345)執(zhí)行。Ⅰ級(jí)粉煤灰細(xì)度不大于12.0%;Ⅱ粉煤灰細(xì)度不大于30.0%;Ⅲ級(jí)粉煤灰細(xì)度不大于45.0%。2018年6月1日正式實(shí)施《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2017)，代替《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)，要求Ⅱ級(jí)粉煤灰細(xì)度不大于30.0%(原為25.0%)。

　　2.1.2 需水量比

　　粉煤灰的需水量比和燒失量不可忽視。需水量比測(cè)定試驗(yàn)方法是測(cè)定試驗(yàn)?zāi)z砂和對(duì)比膠砂(用0.5 ～1.0mm 的標(biāo)準(zhǔn)砂)的流動(dòng)度，二者達(dá)到規(guī)定流動(dòng)度范圍時(shí)的加水量之比即為粉煤灰的需水量比。

　　需水量比體現(xiàn)了粉煤灰對(duì)混凝土最直觀的工作性能，以及對(duì)硬化后混凝土的強(qiáng)度，是粉煤灰和水的混合物達(dá)到某一流動(dòng)度下所需的用水量，粉煤灰需水量越小，工程利用價(jià)值越高。

　　2.1.3 燒失量

　　粉煤灰的燒失量即粉煤灰中未燃碳的有害成分：燒失量大多表現(xiàn)出含碳量高，用于混凝土中的粉煤灰需水量也大，配制的混凝土的工作性差，蹋損過(guò)大不利于振搗;需水量大導(dǎo)致混凝土的水膠比也增加，嚴(yán)重影響了粉煤灰的作用發(fā)揮，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度偏低;另一方面還會(huì)影響混凝土耐久性等諸多因素?！惰F路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2018 )中的6.2.2條明確了粉煤灰中未然燒顆粒對(duì)外加劑具有很強(qiáng)的吸附作用，尤其對(duì)引氣劑、凍融環(huán)境應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰中的燒失量，凍融破壞環(huán)境下混凝土所用粉煤灰的燒失量不宜大于3.0%。SO3、CaO 與C3A (即鋁酸三鈣)會(huì)生成鈣礬石，鈣礬石體積膨脹會(huì)導(dǎo)致混凝土的破壞，因此，鐵路混凝土應(yīng)選擇低鈣粉煤灰。

　　2.2 粉煤灰對(duì)新拌混凝土的摻量研究

　　以C35 泵送混凝土配合比為例：坍落度160 ～200mm ，砂率(Ps)=44%。

　　水泥：重慶合川冀東水泥有P ·O42.5。

　　粉煤灰：重慶華珞Ⅱ級(jí)灰(細(xì)度 22%，燒失量3.0%，需水量比100%)。

　　機(jī)制砂：重慶合川高枧(細(xì)度模數(shù)Mx=2.8 )。

　　碎石：重慶合川高枧，顆粒級(jí)配5 ～20mm (5~10mm30% ，10~20mm70% )，最大粒徑為26.5mm。

　　外加劑：重慶天耀TY-J25 型聚羧酸高性能減水劑(減水率27%)。

　　水：地下水。

　　摻入不同替代量粉煤灰的混凝土的配合比

　　摻加粉煤灰在混凝土中起到了和水泥類(lèi)似的水化作用，從而節(jié)約了大量的水泥，還有其細(xì)度也低，節(jié)約了細(xì)骨料，降低了成本。相對(duì)于使用純水泥的混凝土，添加了粉煤灰的混凝土，由于其水化的需水量小于水泥的水化熱，從而減少了混凝土用水量和降低了熱能膨脹性。又由于粉煤灰在堿性條件下生成具有水硬膠凝性能的產(chǎn)物與混凝土中水泥產(chǎn)物交叉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的抗?jié)B透性能。

　　經(jīng)濟(jì)效益也卓見(jiàn)成效：它的替代摻量相當(dāng)于節(jié)約10% ～30% ，甚至達(dá)45%以上的水泥用量。在《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)中粉煤灰的影響系數(shù)明確了摻量與影響系數(shù)關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)環(huán)境及影響條件經(jīng)試驗(yàn)確定最佳摻量。

　　2.3 粉煤灰對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響

　　混凝土強(qiáng)度是混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，粉煤灰的加入對(duì)混凝土強(qiáng)度影響至關(guān)重要.

　　不摻粉煤灰與不同摻量粉煤灰C35 混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度

　　2.4 粉煤灰對(duì)抗氯離子滲透性能的影響

　　2.5 摻粉煤灰對(duì)混凝土的溫度影響

　　粉煤灰能顯著降低水泥水化產(chǎn)生的溫升。因?yàn)樗膿饺?，在保持混凝土的膠凝材料總量不變的條件下，相應(yīng)降低了混凝土中的水泥用量，因而水泥的水化熱量降低，摻量越大，降低越多。盡管其本身在混凝土中將產(chǎn)生火山灰反應(yīng)，要釋放水化熱，但是，這種反應(yīng)滯后于混凝土中的水泥水化反應(yīng)，而且時(shí)間也很長(zhǎng)，其反應(yīng)熱可以忽略不計(jì)。所以，粉煤灰有良好的溫峰消減效應(yīng)，能減少因溫升過(guò)大造成的混凝土開(kāi)裂，尤其是提高了大體積混凝土穩(wěn)定性。

　　2.6 粉煤灰在混凝土中的其他性能影響

　　粉煤灰顆粒小，可以填充到水泥顆粒中間的空隙中，使混凝土更加密實(shí)，同時(shí)由于粉煤灰二次水化作用的生成物會(huì)堵塞混凝土中的滲透通道，所以摻粉煤灰混凝土的抗?jié)B透能力增強(qiáng)。摻入粉煤灰的混凝土能減少Ca(OH)2的含量，有效提高抗弱酸腐蝕能力，使堿集料膨脹反應(yīng)所需的水分減少，增加電阻率，抵抗鋼筋銹蝕。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　綜合以上粉煤灰的各種特性及對(duì)混凝土的影響來(lái)看，根據(jù)粉煤灰的不同性質(zhì)對(duì)其加以應(yīng)用，可使其發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，因此其值得在基建行業(yè)尤其是混凝土施工中加以合理利用并全面推廣。

　　當(dāng)前，粉煤灰技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在建材及固廢領(lǐng)域，在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)約能源與固廢處理的大環(huán)境下，埃爾派專(zhuān)注精細(xì)粉碎20年，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)比對(duì)，自主研發(fā)精細(xì)粉碎設(shè)備，在該領(lǐng)域獲得國(guó)家專(zhuān)利。

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