裝配式施工知識分享：淺論粉煤灰混凝土的應用及應注意的問題
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一、改善混凝土的工作性能
混凝土的工作性能主要表現(xiàn)在混凝土的流動性、粘聚性和保水性等方面。粉煤灰摻入混凝土后, 降低了混凝土的砂率, 從而可以減少細骨料對運輸管壁的摩擦; 粉煤灰中含有的球狀玻璃體, 填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層; 粉煤灰對水泥顆粒起到物理分散作用, 使它們分布得更均勻, 阻止了水泥顆粒的粘聚。這些都有效提高了混凝土的流動性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的堿性環(huán)境中被激發(fā)的, 因此它并不參加初期的水化反應, 在相同水膠比和膠凝材料用量的情況下, 就相對提高了混凝土水化初期的水灰比, 從而提高了混凝土的流動性和粘聚性。粉煤灰延緩了初期的水化反應, 還可以明顯減少坍落損失, 滿足混凝土運輸、澆筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以彌補水泥用量和細集料的細粉部分的不足, 有利于提高混凝土的保水性, 還可以堵截泌水的通道, 從而減少泌水現(xiàn)象。粉煤灰有效地改善了混凝土的工作性能, 提高了混凝土的施工質(zhì)量, 也使混凝土的自密實和高可泵性成為可能。
二、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級配, 填充混凝土部分空隙, 提高了混凝土的密實度。另外, 粉煤灰的二次水化后生成的C- S- H填充了混凝土中的粗大毛細孔, 進一步提高了混凝土的密實度。從而提高了混凝土的抗?jié)B性和抗化學腐蝕性等, 使混凝土的耐久性得到提高。粉煤灰的火山灰化學反應, 消耗了混凝土中大量的Ca(OH)2 和游離CaO, 可以減少硫酸鹽侵蝕混凝土生成鈣礬石的機會, 也可以非常有效地抑制堿骨料反應, 從而避免混凝土發(fā)生膨脹破壞。
粉煤灰的水化反應消耗了混凝土中的Ca(OH)2會使混凝土孔隙水的堿性降低, 而可能減弱鋼筋表面形成的堿性保護膜, 使粉煤灰混凝土的抗鋼筋銹蝕能力有減弱趨勢, 但由于粉煤灰混凝土的密實性的提高, 大大減小了氯離子侵入的可能, 所以現(xiàn)有的實驗和研究并未發(fā)現(xiàn)粉煤灰混凝土的抗鋼筋腐蝕能力明顯低于普通混凝土。
三、提高混凝土的抗裂性能
粉煤灰的摻入減少了水泥用量, 從而減少水泥水化過程中的硬化收縮, 事實上, 粉煤灰混凝土的硬化收縮甚至是負的, 也就是說它的硬化過程是微膨脹變形的, 這對混凝土的抗裂性非常有利。粉煤灰二次水化的產(chǎn)物填充了混凝土的毛細孔, 減少了混凝土中游離水的數(shù)量, 阻斷了泌水路線, 這就大大減小了因泌水和水份蒸發(fā)引起的失水收縮。粉煤灰的應用提高了混凝土的密實性, 也減少了骨料與膠合料間的沉縮變形。從而減少了混凝土的塑性收縮裂縫。粉煤灰水化后改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu), 增強了水泥石和骨料間的界面強度, 減少泌水情況的發(fā)生, 也減少了混凝土內(nèi)部缺陷, 這些都降低了混凝土內(nèi)微裂縫出現(xiàn)的機率, 提高了混凝土的抗裂能力。粉煤灰混凝土的水化熱峰值比普通混凝土明顯降低, 峰值發(fā)生時間明顯推遲, 減弱了混凝土構(gòu)件特別是大體積混凝土中的溫度梯度, 減少了混凝土的內(nèi)外溫差, 從而減小混凝土中的拉應力, 避免裂縫的出現(xiàn)。
粉煤灰可以降低混凝土的早期強度, 減小初期彈性模量, 提高早期應力松弛能力, 這對提高混凝土的抗裂性能有很大的好處。因為混凝土是一種彈、粘、塑性的混合體, 收縮變形所產(chǎn)生的拉應力部分會被徐變松弛所釋放, 釋放后的實際應力超過混凝土的抗拉應力后混凝土才會出現(xiàn)裂縫。
四、提高混凝土的強度
雖然由于粉煤灰的水化速度慢而會導致混凝土的早期強度偏低, 但粉煤灰混凝土的最終強度肯定不會低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在堿性環(huán)境下才能激發(fā)出來的, 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產(chǎn)生的Ca(OH)2 反應形成硅酸鈣凝膠, 既改善了水泥石和粗骨料間的界面結(jié)構(gòu), 增強了界面薄弱層, 又對水泥石孔結(jié)構(gòu)起到填實的作用, 而且消耗了強度和穩(wěn)定性都較差的Ca(OH)2, 從而提高了混凝土的強度。另外, 粉煤灰水化速度較慢, 在相同水膠比的情況下可以使水泥的水化更充分, 粉煤灰水化后產(chǎn)生的H2O又會促進水泥的繼續(xù)水化, 從而進一步提高了混凝土的強度。對于粉煤灰早期強度低的問題, 一方面可以取較長時間的強度值作為評價混凝土強度等級的標準, 如60d強度、90d強度等。另一方面, 可以在加入粉煤灰的同時, 再摻入活性較高的磨細礦渣粉, 兩種材料復摻后, 在混凝土強度發(fā)展上能起到互補的作用。
五、需注意的幾個問題
(一)粉煤灰在混凝土中的適宜摻量
較小摻量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水_化熱, 只有摻量超過25%時, 粉煤灰對混凝土的性能才會有明顯的改善, 粉煤灰混凝土最佳摻量范圍為30%-50%。但由于水泥本身所能提供的堿性環(huán)境是有限的, 因此在未摻入粉煤灰活化劑的情況下, 粉煤灰的摻量不宜大于20%, 若要加大粉煤灰的摻量, 就必須同時摻入粉煤灰活化劑。
(二)粉煤灰混凝土的抗碳化問題
粉煤灰的水化反應消耗了混凝土中的Ca(OH)2, 使混凝土的堿性降低, 會加大混凝土的碳化深度。雖然不能因碳化問題而影響粉煤灰的推廣使用, 但混凝土的碳化是混凝土耐久性的一個重要指標, 應給予足夠的重視。
(三)粉煤灰的質(zhì)量控制
粉煤灰混凝土特別是大摻量的粉煤灰混凝土對粉煤灰的質(zhì)量要求比較高, 而粉煤灰的質(zhì)量波動又比較大, 電廠收集的可直接用于混凝土工程的只是很少數(shù), 這就要積極探索粉煤灰加工的先進方法, 嚴格控制用于混凝土工程的粉煤灰質(zhì)量。只有選擇了質(zhì)量穩(wěn)定的粉煤灰, 才能保證混凝土質(zhì)量的控制, 才能有效推進粉煤灰在混凝土中的大規(guī)模應用。
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