粉煤灰混凝土应用学术论文

 

　　关键词:粉煤灰；混凝土；作用；应用；配合比设计

 

　　Abstract: Review of fly ash utilization situation, elaborated the application of fly ash in concrete and pay attention to the problem.

 

　　Key words: fly ash; concrete; mix design; application

 

　　中图分类号：TL372+.3      文献标识码：A      文章编号：2095-2104（2012）10-0119-02

 

　　前言：粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排除的一种工业废渣，随着各行业对粉煤灰的开发和利用，在近几年建筑企业的应用，特别在混凝土搅拌站的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”。粉煤灰在混凝土搅拌站中的利用，不但使造价大大降低，而且在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。

 

　　一、粉煤灰的组成

 

　　1、 燃料煤由有机物及无机物共同组成。有机物主要成分为碳、氢及氧，无机物主要成分为高岭石、方解石和黄铁矿。无机物经燃烧后成灰渣，其主要成分为硅、铝、铁氧化物及一定量的钙、镁、硫氧化物。

 

　　2、粉煤灰在锅炉中燃烧时，其无机矿物经过分解、烧结、熔融及冷却等过程。冷却后的粉煤灰基本上可分成玻璃体及晶体矿物两类。冷却速度较快时，粉煤灰的玻璃体含量较大，相反，冷却速度较慢，玻璃体容易析晶。一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳及次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50％以上。

 

　　二、粉煤灰在混凝土的应用

 

　　1、用来改善混凝土的工作性能，可以有效地改善混凝土的工作性能，提高混凝土的施工质量，也使混凝土的自密实和高可泵性成为可能。

 

　　混凝土的工作性能主要表现在混凝土的流动性、粘聚性和保水性等方面。粉煤灰掺入混凝土后，降低了混凝土的砂率，从而可以减少细骨料对运输管壁的摩擦；粉煤灰中含有的球状玻璃体，填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用，使它们分布得更均匀，阻止了水泥颗粒的粘聚。可以有效提高了混凝土的流动性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的碱性环境中被激发的， 因此它并不参加初期的水化反应，在相同水胶比和胶凝材料用量的情况下，就相对提高了混凝土水化初期的水灰比，从而提高了混凝土的流动性和粘聚性。

 

　　粉煤灰延缓了初期的水化反应，还可以明显减少坍落损失，满足混凝土运输、浇筑的要求。

 

　　2. 用来提高混凝土的耐久性，粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子级配，填充混凝土部分空隙，提高了混凝土的密实度。另外，粉煤灰的二次水化后生成部分填充了混凝土中的粗大毛细孔，进一步提高了混凝土的密实度。从而提高了混凝土的抗渗性和抗化学腐蚀性等，使混凝土的耐久性得到提高。

 

　　3、粉煤灰的水化反应消耗了混凝土中的Ca(OH)2会使混凝土孔隙水的碱性降低，而可能减弱钢筋表面形成的碱性保护膜，使粉煤灰混凝土的抗钢筋锈蚀能力有减弱趋势，但由于粉煤灰混凝土的密实性的提高，大大减小了氯离子侵入的可能，所以现有的实验和研究并未发现粉煤灰混凝土的抗钢筋腐蚀能力明显低于普通混凝土。

 

　　4、用来提高混凝土的抗裂性能粉煤灰的掺入减少了水泥用量，从而减少水泥水化过程中的硬化收缩，事实上，粉煤灰混凝土的硬化收缩甚至是负的，也就是说它的硬化过程是微膨胀变形的，这对混凝土的抗裂性非常有利。

 

　　粉煤灰二次水化的产物填充了混凝土的毛细孔，减少了混凝土中游离水的数量，阻断了泌水路线，这就大大减小了因泌水和水份蒸发引起的失水收缩。粉煤灰的应用提高了混凝土的密实性，也减少了骨料与胶合料间的沉缩变形。从而减少了混凝土的塑性收缩裂缝。

 

　　5、用来提高混凝土的强度 ，虽然由于粉煤灰的水化速度慢而会导致混凝土的早期强度偏低, 但粉煤灰混凝土的最终强度肯定不会低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的，因此它的水化速度比水泥慢，待水泥水化后，粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2 反应形成硅酸钙凝胶，既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构，增强了界面薄弱层，又对水泥石孔结构起到填实的作用，而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2, 从而提高了混凝土的强度。另外，粉煤灰水化速度较慢， 在相同水胶比的情况下可以使水泥的水化更充分， 粉煤灰水化后产生的H2O又会促进水泥的继续水化，从而进一步提高了混凝土的强度。

 

　　6、目前我市混凝土搅拌站主要用的是Ⅱ粉煤灰，此类粉煤灰用量约占水泥量的10%-50%,粉煤灰主要用于:大体积混凝上；泵送混凝上；高低标号混凝上；抗渗混凝土；灌浆材料等混凝土中。粉煤灰在混凝上应用广泛，在建筑工程以及商品混凝土和预制构件等方面广泛使用。主要用于我市重点工程和南水北调、高层建筑等工程。

 

　　三、应用粉煤灰的配合比设计及注意要点

 

　　1、原材料技术要点

 

　　水泥---纯硅或42.5以上的普通水泥

 

　　粉煤灰--I级或II级以上优质等级灰（高钙或低钙都可），选择粉煤灰品质以细度、烧失量＜150%最佳

 

　　石子-商品混凝土所用正常石子即可

 

　　砂子--商品混凝土所用正常砂子即可，注意细度模数以上中偏粗为宜

 

　　外加剂--减水率大于20%以上（以当地所水泥品种为准）并且具有激活粉煤灰早期活性的功能

 

　　水---自来水或饮用水

 

　　2、混凝土配合比要点

 

　　由于水泥和粉煤灰比重不同，因此混凝土配合比设计按绝对体积法设计

 

　　粉煤灰的取代量是根据不同强度等级混凝土来决定的

 

　　在满足可施工性情况下，水胶比尽量小

 

　　注重激活粉煤灰的早期活性，便于提高混凝土的早、中强度

 

　　随着粉煤灰掺量的增大，注重混凝土的流变性能的变化

 

　　3、配合比设计案例

 

　　以C30混凝土为例，Ⅱ粉煤灰的价格是65元/吨，水泥的价格是350元/吨，按每立方混凝土用粉煤灰用量来计算，每立方米混凝土可降低成本20元，焦作市有十几家混凝土搅拌站，十几家混凝土搅拌站平均年产约250000余立方混凝土，年增经济效益50余万元。

 

　　（见附表）

 

　　附表：

 

　　序号设计 强度等级水kg水泥kg砂 kg碎石kg粉煤灰kg外加剂kg坍落度mm3d抗压强度MPa28d抗压强度MPa

 

　　1C301753147611065645.29180士232.043.5

 

　　2C301753797611065-----5.29180士231.944.8

 

　　四、需注意的几个问题

 

　　1、粉煤灰在混凝土中的适宜掺量。较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水化热，粉煤灰的掺量不宜过大， 若要加大粉煤灰的掺量， 就必须同时掺入粉煤灰活化剂。粉煤灰的品质越高，效应越大。所以我们在应用粉煤灰时应根据水泥、混凝土、粉煤灰制品的不同要求选用适宜和定量的粉煤灰。

 

　　2、粉煤灰混凝土的抗碳化问题。粉煤灰的水化反应消耗了混凝土中的Ca(OH)2，使混凝土的碱性降低，会加大混凝土的碳化深度。虽然不能因碳化问题而影响粉煤灰的推广使用，但混凝土的碳化是混凝土耐久性的一个重要指标，应给予足够的重视。

 

　　3、特别是大掺量的粉煤灰混凝土对粉煤灰的质量要求比较高，而粉煤灰的质量波动又比较大，电厂收集的可直接用于混凝土工程的只是很少数， 这就要积极探索粉煤灰加工的先进方法，严格控制用于混凝土工程的粉煤灰质量。只有选择了质量稳定的粉煤灰，才能保证混凝土质量的控制，才能有效推进粉煤灰在混凝土中的大规模应用。

 

　　五、 结束语

 

　　粉煤灰作为一种活性矿物掺合料， 对发展绿色高性能混凝土起到了越来越大的作用。粉煤灰是工业“三废”之一，所造成恶劣的环境污染长期困扰着我们。随着人们对粉煤灰研究和认识的深入，逐渐将其应用到工程领域，变废为宝。尤其在混凝土中，作为活性矿物掺合料得到了很大的开发和广泛的应用。 粉煤灰在混凝土中的充分应用，既是提高和改善混凝土性能的需要，又是节能减排、保护环境。利用大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土，可以获得巨大的经济效益和社会效益，有着十分重大的意义。

 

　　综上所述，粉煤灰科学技术是一项综合性、边缘性科学技术。其技术的可持续发展，依赖于其它学科的最新进展。若能合理利用，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品。

 

　　参考文献：

 

　　1、JGJ22-2000普通混凝土配合比设计规程

 

　　2、GBJ146-90粉煤灰混凝土应用技术规范

 

　　3、GB1596-91用于水泥和混凝土的粉煤灰