粉煤灰在混凝土中的应用

西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第Ⅲ页摘要对粉煤灰混凝土的形态效应及各项性能作了综述性介绍,针对粉煤灰的作用和掺量对混凝土性能的影响以及粉煤灰混凝土在施工中应注意的一些问题进行了分析。关键词：粉煤灰混凝土性能掺量西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第Ⅳ页目录第1章绪论……………………………………………………………………11.1前言………………………………………………………………………11.2粉煤灰概念………………………………………………………………1第2章粉煤灰基本效应………………………………………………………12.1形态效应…………………………………………………………………22.2火山灰效应………………………………………………………………22.3微机料效应………………………………………………………………2第3章粉煤灰对混凝土性能的影响…………………………………………43.1混凝土的和易性…………………………………………………………43.2混凝土的强度值…………………………………………………………43.3混凝土的热学性能………………………………………………………43.4混凝土的抗碳化性能……………………………………………………43.5混凝土的抗渗性…………………………………………………………53.6钢筋抗锈蚀性……………………………………………………………5第4章粉煤灰在混凝土中的应用……………………………………………64.1粉煤灰的作用……………………………………………………………64.2粉煤灰对混凝土的影响…………………………………………………74.3室内试验与现场浇注……………………………………………………9第5章大掺量粉煤灰混凝土…………………………………………………115.1粉煤灰施工注意事项……………………………………………………12第6章粉煤灰混凝土在客运专线中的应用实例……………………………14第7章粉煤灰混凝土的可持续发展…………………………………………16结论……………………………………………………………………………16致谢……………………………………………………………………………17参考文献………………………………………………………………………18第1章绪论1.1前言作为工业副产品粉煤灰的排放量十分巨大，而混凝土能够充分地利用工业废渣粉煤灰的潜在活性，减少水泥用量，降低混凝土生产成本;变废为宝，化害为利，节约堆放粉煤灰的大量宝贵土地;更大程度地发挥高性能优势，改善混凝土工作性、耐久性和物理力学性能。粉煤灰混凝土既能节约水泥，又能消耗大量的粉煤灰，对于减轻环境负荷十分有效。粉煤灰混凝土作为一种新型材料，具有自身独特的优越性，随着对其性能的研究，粉煤灰混凝土的各项性能不断得到改善，一定会在土木工程建设中拥有广阔的应用前景。1.2粉煤灰概念粉煤灰：又称飞灰，是火力发电厂用煤粉做燃料时，从其烟气中收集下来的灰渣。呈浅灰色或黑色的细小粉状物，比重1.9～~2.4，松散干容重一般为550～800kg/m3，主要以玻璃体状态存在，其活性主要决定于玻璃体的含量，以及无定形的氧化铝和氧化硅的含量。而对用于混凝土的粉煤灰，是要经过多道工序加工而成的。目前国内对粉煤灰的已经发布了标准的应用规范。但粉煤灰作为矿物掺合料，对改善混凝土高强度、高流动性、高体积稳定性、高环保性和耐久性起到重要的作用，具有良好的社会效益和经济效益。西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第2页第2章粉煤灰的基本效应粉煤灰在水泥混凝土中主要有三个基本效应,即形态效应、火山灰效应和微集料效应。控制这三个效应向有利方向发展，即可利废为宝、改善混凝土的性能。2.1形态效应粉煤灰的形态效应，主要是指粉煤灰的颗粒形貌、粗细、表面粗糙程度等特征在混凝土中的效应。粉煤灰微珠颗粒可以起到滚珠的作用，降低混凝土拌和的内摩擦力而提高流动性。粉煤灰的密度小于水泥，因而等量替代后可增加浆体的体积，从而改善对粗细集料的润滑程度，也有利于提高混凝土拌合物的流动性。此外，还可以提高混凝土的匀质性、粘聚性和保水性。劣质粉煤灰由于含有较多不规则的多孔颗粒和未燃尽的碳，而导致需水量增加和保水性变差，对混凝土带来负面效应;因此在选用粉煤灰厂家时一定要严格把关，做好检测工作，选用优质粉煤灰。2.2火山灰效应(活性效应)粉煤灰属于活性矿物掺合料。粉煤灰中含有的玻璃态的氧化硅和氧化铝属于活性氧化硅和活性氧化铝，它们可以与水泥水化生成的氢氧化钙和水发生水化反应(该水化反应亦称二次反应)，生成具有水硬性特点的水化硅酸钙、水化铝酸钙等，并填充于毛细孔隙内。这些水化产物同样具有强度，特别是水化硅酸钙，该水化反应在28d时较弱，特别是在7d以内，而在28d以后逐步明显。粉煤灰的细度越大，即颗粒越小，活性越高，水化反应能力越高;温度越高水化反应能力越强，强度增长越快。当温度低于5时该水化反应基本停止，强度发展缓慢.火山灰效应可以提高混凝土以后的强度，以后的强度要高于不掺粉煤灰的混凝土，且龄期越长该差异越大。因而对早期承载能力要求不大的工程可利用其60d、90d、180d时的强度。2.3微集料效应西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第3页粉煤灰微珠具有极高的强度，其填充在水泥颗粒间的空隙，既减少了毛细孔隙，又起到了微骨架作用。随水化的不断进行，粉煤灰的水化产物与未水化的粉煤灰内核的粘结力不断提高，这也有利于提高粉煤灰的微集料效应。除上述三个基本效应外，粉煤灰还有许多其它效应，如免疫效应(抑制碱集料反应效应、提高耐腐蚀性效应等)、减热效应(降温升效应)、泵送效应等，不过这些效应都离不开上述三个基本效应。西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第4页第3章粉煤灰对混凝土性能的影响3.1混凝土的和易性和易性是混凝土性能中一项十分重要的技术性质。良好的和易性，能使混凝土拌合物易于施工操作，其质量均匀，成型密实。在混凝土施工中，如果用粉煤灰替代部分水泥或者细骨料，可以在保持原有和易性的情况下，减少用水量及混凝土的泌水率，防止离析；或者保持用水量不变时，增大塌落度（通常和易性以塌落度的方式来测量）。这是因为粉煤灰是由大小不等的球状玻璃体组成，表面光滑致密，在混凝土拌和中起到润滑的作用。同时，粉煤灰颗粒比水泥颗粒小，均匀分布在水泥颗粒中，阻止了水泥颗粒粘聚，使存在于水泥颗粒之间的部分自由水释放出来，从而改善其和易性。3.2混凝土的强度值混凝土的抗压强度值通常作为评定混凝土质量的重要指标。以部分粉煤灰取代水泥时，由于粉煤灰在水泥浆体中并不参与化学反应，真正作为胶凝材料的是水泥，而胶凝材料的水化产物是混凝土中各材料组合在一起的纽带，也是最容易受到破坏的部分。在混凝土成型的后期，粉煤灰中的火山灰质活性料生成物，与水化产物结合在一起，导致混凝土早期强度可能稍有降低，而后期强度则比普通混凝土稍高或与之相等。如果大掺量粉煤灰，混凝土强度值要比普通混凝土强度值偏低。3.3混凝土的热学性能在混凝土拌和过程中，水泥水化时集中放出大量的热，特别是大体积混凝土，施工时，白天与晚上以及混凝土表面和内部温差大，易产生裂缝。由于粉煤灰活性比水泥低，水化时不参与水化反应，若适量掺入粉煤灰，可以相对减少胶凝材料中熟料C3S和C3A相对含量，水化时水化热相应降低，可以防止施工中混凝土开裂。同时，使混凝土干缩减少5%，弹性模量提高5%~10%。3.4混凝土抗碳化性能西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第5页混凝土碳化指水泥石中水化产物与环境中的CO2作用，生成碳酸盐或者其他物质的反应。由于粉煤灰在常温下发生的化学反应慢，混凝土中的碱含量与吸收的CO2的能力降低，在一定程度上，改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的密实度，改善其抗碳化性能。3.5混凝土抗渗性由于粉煤灰取代部分水泥或细骨料，在保持原来和易性基础上，能减少用水量，相应降低水灰比。另外，粉煤灰的活性物质发生二次水化反应，使得粉煤灰具有一定的胶凝性，填充了水泥水化后微小空隙，使混凝土密实度得以提高。因此，适量掺入粉煤灰，其抗渗性比普通混凝土好，且在使用时采用超量取代要比等量效果更好。3.6钢筋抗锈蚀性粉煤灰与混凝土中Ca（OH）2发生反应,降低了混凝土中的碱性，对钢筋锈蚀不利。基于以上几点，适量掺入粉煤灰对于混凝土性能改善起到良好的作用。西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第6页第4章粉煤灰在混凝土中的作用4.1粉煤灰的作用了解粉煤灰的基本效应及其对混凝土性能的影响后，就可以更好地认识粉煤灰在混凝土中的作用。粉煤灰的主要作用可以包括以下几方面：（1）填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。（2）对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。（3）粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物（与水泥中硅酸盐的水化产物相同），而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。（4）粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。下面对粉煤灰在混凝土中的作用及其机理做一些具体地分析。长期以来，国内外在混凝土中常掺有一定量粉煤灰，但作为水泥的替代材料，绝大多数情况下是以如下三种方式应用的：在早期强度要求很低，长期强度大约在25~35MPa的大体积水工混凝土中，大掺量地替代水泥使用；在结构混凝土里较少量地替代水泥（10~25%）；在强度要求很低的回填或道路基层里大量掺用。对于粉煤灰的作用机理和应用技术，多年来进行了大量的研究工作，取得了不少进展，这些进展对粉煤灰在混凝土中的应用起了一定的推动作用。如掺用的方法从等量替代水泥，发展到超掺法、代砂法以及与化学外加剂同时使用的双掺法。对于粉煤灰的作用机理，从主要是火山灰质材料特性的作用（消耗了水泥水化时生成薄弱的，而且往往富集在过渡区的氢氧化钙片状结晶，由于水化缓慢，只在后期才生成少量C-S-H凝胶，填充于水泥水化生成物的间隙，使其更加密实），逐步发展到分析它还具有形态效应、填充效应和微集料效应等。但无论哪一方面的研究成果，似乎都改变不了这样一个事实：在混凝土中掺粉煤灰要降低混凝土的强度，包括28天龄期以后一段时间里的强度，其他性能当然也相应受到不同程度的影响，而西南交通大学成人专科毕业设计（论文）第7页且这些影响要随着掺量的增大而加剧。这个事实始终禁锢着粉煤灰在混凝土中，尤其是结构混凝土中的掺量，而且似乎形成了这样一种成见：掺用粉煤灰是以牺牲结构混凝土的品质为代价的。事实上，目前国内对于高效减水剂的应用，使混凝土的水胶比可以大幅度降低，从而使掺用粉煤灰的效果大为改善，使大掺量粉煤灰混凝土的性能能够大幅度地提高。4.2粉煤灰对混凝土的影响4.2.1水胶比的影响水胶比的上述变化为什么影响这么大呢？在高水胶比的水泥浆里，水泥颗粒被水分隔开（水所占体积约为水泥的两倍），水化环境优异，可以迅速地生成表面积增大1000倍的水化物，有良好地填充浆体内空隙的能力。粉煤灰虽然从颗粒形状来说，易于堆积得较为密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充密实颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆的强度和其他性能总是随掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（当然在早龄期就更加显著）。在低水胶比的水泥浆里情况就不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降，但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙也同时减小，因此混凝土强度得到迅速提高。这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下（例如0.3左右），水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土实际的“水灰比”增大，水泥的水化因而加快，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（例如掺量为50%左右，初期实际水灰比则接近0.6），水泥水化程度的改善，则有利于粉