摘要：粉煤灰是以煤为燃料的火电厂和集中供热锅炉排出的烟气中收集的细灰，属于工业废料。因表面张力作用其颗粒呈多孔状，孔隙率为50%～80%，具有较高的吸附活性，在混凝土中掺入适量的粉煤灰后，可以减少混凝土的徐变、水化热、热能膨胀性，使其和易性、可泵性都得到较好的改善。混凝土中粉煤灰的掺入不仅节约水泥，降低生产成本，而且物尽其用，变废为宝。
关键词：粉煤灰；混凝土性能；配合比
引言
粉煤灰又称飞灰，是现代工业的附属产品，属火山灰制材质，通常所指的粉煤灰为火力发电厂煤粉燃烧后经装置收集的物质。目前国内粉煤灰处于高排放量低利用率的阶段，大部分粉煤灰在灰库中滞留，如何有效利用粉煤灰是目前所面临的问题。粉煤灰多呈灰褐色，含有较多硅铝化合物，在工程中主要用在混凝土，路基回填，墙体、砖体材料等方面，而其中作为混凝土的掺合料是解决粉煤灰问题的主要途径之一。随着建筑结构等的不断发展，对混凝土性能的要求也越来越高。但高性能常伴随高成本，寻找价格便宜、来源丰富的材料来配制高性能混凝土，就显得尤为重要。
1 组成混凝土的材料及其作用
混凝土是由水泥、水、粗细骨料、掺合料、外加剂等六大原材料制成的复合材料。混凝土中粗细骨料起骨架及稳定作用；水泥与水形成的水泥浆填充集料间的空隙，通常包裹在集料的表面，在硬化前起到润滑作用使混凝土具有一定的流动性，硬化后它把集料胶结成坚硬的人造石材，产生一定的力学强度；掺合料及外加剂的加入主要是改善混凝土性能，节约水泥。
2 目前主要研究方向
2.1 强度影响
大量研究表明，大掺量粉煤灰替代水泥后，混凝土的早期强度发展较为缓慢，后期强度则提高较多，一般情况下其抗压强度在28 d6个月期间增长幅度较大。这是由于随着龄期的增长，大掺量粉煤灰混凝土水化程度逐渐提高，水化产物增多，强度、密实性不断提高，甚至高于基准混凝土。在实际工程中，由于大掺量粉煤灰混凝土存在早期强度较低的特性，导致现场施工拆模时间延长，影响施工工期。改善大掺量粉煤灰混凝土的早期强度，对大掺量粉煤灰混凝土在工程中的应用推广意义重大。为解决此问题，诸多学者进行了大量的研究。有研究发现，将纳米材料（纳米Si O2或纳米Ca CO3）适量添加到混凝土中等量代替水泥后，混凝土的抗压强度和抗拉强度，尤其是早期强度有较大幅度的提高，纳米材料对混凝土早期力学性能的改善优于后期。但是限于目前纳米材料的昂贵价格，纳米混凝土还未能广泛应用。若能解决纳米材料成本问题或者选取其他廉价的掺合料来改善粉煤灰混凝土早期强度低的问题，可大大推动粉煤灰的开发利用。
2.2 抗渗性能
粉煤灰轻骨料由细密的多孔结构组成，内部结构与普通混凝土相比较，水泥石部分差异不大，但具有较少的沉降孔和接触孔，这些空隙的存在为混凝土提供了更多的存水空间，这些水分会随着混凝土养护龄期的不断增长对混凝土产生养护作用，粉煤灰轻骨料独有的粗糙表面，也会有利于水泥砂浆的粘结性能的提高，使混凝土形成的更加密实，而且使轻骨料表面的胶凝材料强度有所提高。这样就会形成一个以水泥砂浆紧紧包围住粉煤灰轻骨料的整体，并且互相隔离，致密，不会有连续的渗水通道产生。相比之下，普通混凝土的粗骨料表面更加光滑，水泥砂浆很难对其有良好的包裹作用，粘结性能较弱，这个界面区会比较薄弱，再由于外力、温度以及湿度等变化的共同作用，会形成有毛细孔连接的桥梁，产生较多的原生缺陷，水分会更加容易的进入到混凝土内部，这说明粉煤灰轻骨料混凝土的抗渗性能比普通混凝土要好。
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2.3 干缩变形
混凝土的玻璃球形颗粒含量较多，结构具有致密性，无裂缝，加之粉煤灰仅有很小的内比表面积和很弱的吸附水能力，所以双掺混凝土具有很高的抗裂度，改善了脆性性质。相关测试结果表明，基准混凝土早期收缩以及塑性收缩均大于双掺混凝土，双掺混凝土的收缩极限保持在 540 － 720 × 10－ 6范围内，也比基准混凝土低很多。虽然在一段时间之后双掺混凝土收缩值将与基准混凝土持平，但考虑到抗裂性只和早期干缩程度有关，所以双掺混凝土具有良好的抗裂性，说明通过粉煤灰的适量掺加，能起到抑制混凝土早期干缩，提高抗裂性的作用。
2.4 抗碳化研究
混凝土的碳化指的是水泥中的水化产物和外界的二氧化碳发生作用，生成硅酸盐等物质的现象。混凝土碳化后碱度降低，内部环境由碱性向酸性发展，使得混凝土内部的钢筋丧失钝化保护。混凝土碳化的主要影响因素有三个：外界环境的二氧化碳浓度，内部化学因素和内部的物理因素。其中，内部的物理因素主要指二氧化碳由混凝土外部向内部的扩散，而扩散速率则主要受混凝土孔隙情况影响，因此，混凝土的密实度是影响混凝土碳化的一个非常重要的因素。粉煤灰是具有活性的掺合料，主要含有Si O2和Al2O3，这些成分与水泥水化产物反应后填充了混凝土内部成型时出现的一些孔隙和孔洞，降低了混凝土的孔隙率，切断了二氧化碳进入混凝土内部的通道，使得混凝土的抗碳化能力得到改善。研究发现，粉煤灰的掺量在一定掺量范围（30%左右）时，混凝土的后期抗碳化能力较好。而大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能随粉煤灰掺量的增加（超过50%）有降低趋势，需要采取其他措施来提高抗碳化性能。
3 粉煤灰的掺入对混凝土拌合物性能的影响
通过以上试配数据显示可知，混凝土拌合物的坍落度，随着粉煤灰掺量的增大而非线性趋势增加。在粉煤灰掺入量不超过30% 时，混凝土的粘聚性和保水性较好，反之，则变差。由此说明适量的粉煤灰掺入，可以提高混凝土拌合物的保水性、粘聚性等工作性。分析其原因，因混凝土拌合物出现泌水是由较重颗粒下沉所致。粉煤灰的密度较水泥的小，与水泥相比在混凝土中不易产生沉降，从而减小了混凝土的离析现象，同时，粉煤灰中的玻璃微珠及细小颗粒，填充了水泥内部的空隙，使混凝土内部空隙率降低，泌水通道细化减少，提高了拌合物的保水性；粉煤灰替代部分水泥后，增加混凝土的胶凝浆体，从而增加了拌合物粘聚性；粉煤灰的微粒填充了混凝土中原本由水填充的孔隙，使得这部分被释放出来，提高了拌合物的工作性。良好的混凝土工作性，有利于提高混凝土的强度、耐久性，增强混凝土的抗冻性和抗渗性。由此可见，混凝土中粉煤灰适量的掺入，使混凝土有更好的流动性、密实性，便于混凝土的施工。
结束语
随着地球环境问题的日益严重，世界呼吁混凝土的绿色发展，积极发展粉煤灰轻骨料混凝土不仅可以符合“4E协合”（即节能、节水、节电和保护环境）的原则，循环再利用粉煤灰资源，更大的节约我们的现有资源和能源，而且满足“绿色高性能混凝土”的要求，更加有利于保护我们赖以生存的自然和社会环境，走可持续发展的道路，符合当今社会的需求，给我们的后代产生了良好的生存环境，并可以满足他们的需求。所以，对粉煤灰轻骨料混凝土的加强研究与应用是及其必要的，对结构使用寿命的延长，节能、减排、环保，对促进粉煤灰轻骨料混凝土的绿色发展具有重要的理论和现实意义。
参考文献：
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[2] 朱永祥，林祖宏，梁冠军．铜矿尾砂绿色混凝土的力学性能及耐久性试验研究[J].延安大学学报（自然科学版），2014，（4）：31－35．
论文作者:徐洪英
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 骨料论文; 水泥论文; 强度论文; 水化论文; 孔隙论文; 《基层建设》2018年第13期论文;