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粉煤灰对混凝土影响及其应用方向[摘要]本文综述了粉煤灰的形成过程,并对粉煤灰在混凝土中的机理加以概述。然后介绍了粉煤灰对混凝土各方面性能的影响,最后对粉煤灰混凝土的应用及研究方向进行展望。 [关键词]粉煤灰;混凝土;耐久性 [中图分类号]TQ172.71+5 [文献标识码]A [文章编号]1009-9646(2010)08-0035-02 一、前言 粉煤灰作为矿物外加剂的应用研究,可追溯到20世纪30年代,美国学者R.K.Davis等进行了粉煤灰在混凝土中的应用研究。1948年～1953年美国垦务局在建造蒙大拿州的俄马坝工程时,大量应用了芝加哥的粉煤灰取得了预期的改善性能和节约水泥的优良效果。此后。许多国家在大坝工程中广泛应用粉煤灰。 二、粉煤灰的形成 第一阶段,粉煤在开始燃烧时,其中气化温度低的挥发分,首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出,使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰,颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状,但因多孔型性,使其表面积更大。 第二阶段,伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高,其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物,此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体,尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同,但比表面积明显地小于多孔炭粒。 第三阶段,随着燃烧的进行,多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒,其孔隙率不断降低,圆度不断提高,粒径不断变小,最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体,颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别,小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。 最后形成的粉煤灰(其中80%～90%为飞灰,10%～20%为炉底灰)是外观相似,颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分,炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒,或是炉渣。这些东西有足够的重量,燃烧带跑到炉子的底部。 三、粉煤灰对混凝土的影响 1　粉煤灰对混凝土强度的影响 粉煤灰对混凝土强度的影响,根据粉煤灰品质不同,其影响规律略有不同。对优质的I级粉煤灰来说,在掺入量小于10%时,不仅强度有所提高,而且早期强度也不下降。但当掺量超过一定值后,混凝土早期强度略有下降,但后期强度仍可高于不掺粉煤灰的基准混凝土。当水灰比较小时,低掺量粉煤灰对强度影响较显著,对高掺量粉煤灰影响率下降。 Ⅱ级粉煤灰是目前工程上用量最大的粉煤灰品种,对混凝土强度的影响规律基本与I级灰相似。只是早期强度比I级灰更低,即使掺量较小时,早期强度通讯行也低于基准混凝土。另一方面,由于Ⅱ级粉煤灰相对强度活性较小,对混凝土强度的贡献率低于I级粉煤灰,因此,再配合比设计时通常采用超量取代法,以保证混凝土的后期强度。 Ⅲ级灰也可以在混凝土工程中使用,但一般只用于低强度等级的混凝土结构,很少用于高强度等级的混凝土结构,特别是预应力混凝土结构,而烧失量和需水量比较小时,对混凝土性能改善作用还是较大的。 2　粉煤灰对混凝土耐久性的影响 根据国内外经验,粉煤灰混凝土的碳化深度大于基准混凝土的往往是在以下几种情况下发生的:使用质量较低的粉煤灰;粉煤灰掺量过大,尤其是矿渣水泥再掺大量的粉煤灰,粉煤灰等量取代部分水泥,或直接用粉煤灰水泥取代普通水泥;粉煤灰混凝土标号较低,一般都在C30以下,水灰比较大,在0.6以上。但如果水泥用量不减少,再外掺粉煤灰取代部分砂子,这样的粉煤灰混凝土抗碳化能力就可以增加;当粉煤灰掺量不大于40%是,与矿渣粉复合使用,可以改善抗碳化性能。同时掺用粉煤灰和减水剂,即采用“双掺”的技术措施,还可以更好地发挥粉煤灰的效应,保证提高粉煤灰的抗碳化能力。 四、粉煤灰混凝土的应用 粉煤灰作为混凝土的掺合料是利用粉煤灰一个重要途径,是一项很有社会经济效益的工作。随着水泥价格的上涨,粉煤灰混凝土的经济效应将更加显示出来,粉煤灰混凝土的应用范围近几十年来已有很大的扩展,可以说在建筑工程和土木工程的各部位,无论在现浇还是在预制构件方面都得到了应用其用途已遍及到各种预拌混凝土;现浇基础地面和梁、板、柱;大坝、道路、隧道、港湾和地下工程;各种钢筋混凝土预制构件和水泥制品。 五、粉煤灰混凝土的发展方向 当前,可持续发展的议程,已使混凝土施工行业接受把粉煤灰当作一种有价值的资源。粉煤灰不仅能改善混凝土的性能,使其更具竞争优势,成为全球第一的建筑材料,而且,还使其成为更具生态友好型的材料。这正是英国混凝土研究中心自1977年来从事粉煤灰研究的核心所在。目前,对混凝土研究的挑战在于:如何使粉煤灰的应用在全球得到谨慎和安全的推广。虽然统计资料显示,粉煤灰的使用比例日益增长,但情况不容乐观。全球将其掩埋的总吨位数,