粉煤灰在高性能混凝土中的应用
1、 概述
在现如今建筑行业中，高性能混凝土是近年发展起来的一种新材料，高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。高性能混凝土具有高工作性、高强度和高耐久性，通常需要使用矿物掺合料和化学外加剂。粉煤灰就是其中一种掺合料，它是工业废料，量大，价廉，不需加工即可满足配制高性能混凝土的要求。
2 混凝土的结构与性能
为了解粉煤灰在混凝土中的作用，先看混凝土的结构组成与性能的关系。混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒的粗骨料(石子)填充；粗骨料颗粒的空隙由细骨料(砂子)填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙；水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，并包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。混凝土在拌制中，在骨料颗粒上形成过渡区。通过试验表明：即使所用骨料非常致密，混凝土的渗透性也要比相应的水泥浆体低一个数量级。因为过渡区的影响，使混凝土在比它两个主要相能够承受的应力低得多的时候就被破坏；由于过渡区大量孔隙和微裂缝存在，所以虽然硬化水泥浆体和骨料两相的刚性很大，但受它们之间传递应力作用的过渡区影响，混凝土的刚性和弹性模量明显地减小。过渡区的特性对混凝土的耐久性影响也很显著。因为硬化水泥浆体和骨料两相在弹性模量、线胀系数等参数上的差异，在反复的荷载、冷热循环与干湿循环作用下，过渡区作为薄弱环节，在较低的
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拉应力作用下其裂缝就会逐渐扩展，使外界水分和侵蚀性离子易于进入，对混凝土及钢筋产生侵蚀作用。
3 粉煤灰高强混凝土的物理力学性能 3.1 强度
在物理作用方面，粉煤灰的掺入可分散水泥颗粒，使水泥水化更充分，提高了水泥浆的密实度，降低混凝土的泌水，有利于混凝土中骨料水泥浆界面强度的提高；在化学火山灰作用方面，粉煤灰颗粒与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙胶体，有利于混凝土强度的提高。
3.2 和易性
粉煤灰对混凝土和易性的改善作用包括： （1）优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，其表面光滑无棱角，性能稳定，在混凝土泵送、振捣过程中起类似润滑的作用；（2）新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒，释放更多的浆体来润滑骨料，有利于混凝土工作性能的提高；（3）掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时品质良好的粉煤灰在同样稠度下能减少混凝土的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降到更低水平，减少泌水和离析现象。
3.3 徐变
28 d龄期以前，混凝土强度较低，其相应龄期的徐变应变也较普通混凝土的大，然而与普通混凝土等强度的粉煤灰混凝土在此后所有龄期的徐变均小于普通混凝土。
3.4 耐久性
由于粉煤灰减少了混凝土的孔隙，使混凝土的抗渗性明显提高，改善了混凝土的抗化学腐蚀的能力，还能有效地减小碱骨料反应引起的混凝土膨胀，极大地提高了混凝土的耐久性。
3.5 水化热
用粉煤灰代替部分水泥能有效降低水化热，降低混凝土的绝热升温。 3.6 抗渗性
粉煤灰的三种效应均能提高混凝土的抗渗性： 形态效应：粉煤灰混凝土的铝硅
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酸盐玻璃微珠，可填充水泥浆体，提高混凝土抗渗性； 活性效应：粉煤灰中SiO2，Al2O3与水泥的水化物反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的抗渗性； 微集料反应：粉煤灰中微细颗粒分布于水泥颗粒之间，有利于混合物的水化反应，增加了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。
3.7 对碱骨料反应的影响
碱骨料反应是指骨料中的活性氧化硅和水泥中的碱发生反应，生成吸水产物，体积增大，导致混凝土的膨胀和开裂。混凝土碱骨料反应的发生条件除骨料具有碱活性外，还需混凝土具有高碱性，还要有水。粉煤灰取代部分水泥，不仅能降低混凝土的有效含碱量，还能产生物理化学作用，抑制碱骨料反应。
4 粉煤灰应用中应注意的问题
（1）首先应考虑粉煤灰的掺量，根据规范要求粉煤灰的掺量不应大于25%，但在低标号(混凝土强度小于30 MPa)混凝土配制中，根据经验替代水泥量应不大于40%。（2）部分粉煤灰不适合用于混凝土，例如：火电厂脱硫、脱硝的添加剂混入粉煤灰，有些高钙灰，对混凝土有害。（3）预应力混凝土不得使用粉煤灰，粉煤灰对预应力损失会造成一定的负面影响。（4）粉煤灰在运输、储存过程中，注意防止受潮，变质的粉煤灰不得使用在混凝土施工中。
5 结语
用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗渗抗冻、抑制碱集料反应效果显著，体积稳定性和耐久性良好。任何强度等级的混凝土按高耐久性进行设计，都可以做成高性能混凝土，因而被广泛应用于普通建筑工程中。粉煤灰作为燃煤电厂的副产品，量大且来源稳定，如果利用不好，不仅占地、占水域，而且污染环境。对于工程中添加粉煤灰作为混凝土的成分，不但节约了成本，提高了混凝土的强度，而且明显改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性，具有显著的技术、经济和社会效益。
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粉煤灰在高性能混凝土中的应用-工程技术研究0558
