【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鈣含量在3%左右，它對(duì)膠凝體的形成是有利的。國(guó)外把CaO含量超過(guò)10%的粉煤灰稱(chēng)為C類(lèi)灰，而低與10%的粉煤灰稱(chēng)為F類(lèi)灰。C類(lèi)灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F(xiàn)類(lèi)灰常作混凝土摻和料，它比C類(lèi)灰使用時(shí)的水化熱要低。粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成較多玻璃體，在水化反應(yīng)中會(huì)促進(jìn)堿硅反應(yīng)。但MgO含量過(guò)高時(shí)，對(duì)安定性帶來(lái)不利影響。粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一種惰性物質(zhì)不僅對(duì)粉煤灰的活性有害，而且對(duì)粉煤灰的壓實(shí)也不利。過(guò)量的Fe2O3對(duì)粉煤灰的活性也不利。 由于煤粉各顆粒間的化學(xué)成分并不完全一致，因此燃燒過(guò)程中形成的粉煤灰在排出的冷卻過(guò)程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化鋁含量較高的玻璃珠在鐵礦，另外，粉煤灰中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，冷卻速度較快時(shí)，玻璃體含量較多：反之，玻璃體容易析晶。可見(jiàn)，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。其礦物組成的波動(dòng)范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來(lái)石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無(wú)水石膏等，非晶體礦物為玻璃體、無(wú)定形碳和次生褐鐵礦，其中玻璃體含量占50%以上。粉煤灰的結(jié)構(gòu)是在煤粉燃燒和排出過(guò)程中形成的，比較復(fù)雜。在顯微鏡下觀察，粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的混合體。混合體中這三者的比例隨著煤燃燒所選用的技術(shù)及操作手法不同而不同。其中結(jié)晶體包括石英、莫來(lái)石、磁鐵礦等；玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規(guī)則的玻璃體球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。拌混凝土的和易性受漿體的體積、水灰比、骨料的級(jí)配、形狀、孔隙率等的影響。摻用粉煤灰對(duì)新拌混凝土的明顯好處是增大漿體的體積，大量的漿體填充了骨料間的孔隙，包裹并潤(rùn)滑了骨料顆粒，從而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料顆粒可以減少漿體與骨料間的界面摩擦，在骨料的接觸點(diǎn)起滾珠軸承效果，從而改善了混凝土拌和物的和易性。 粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水。粉煤灰的摻入可以補(bǔ)償細(xì)骨料中的細(xì)屑不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性，同時(shí)粉煤灰作為水泥的取代材料在同樣的稠度下會(huì)使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而摻用粉煤灰對(duì)防止新拌混凝土的泌水是有利的。 摻用粉煤灰，可以提高混凝土的后期強(qiáng)度。有試驗(yàn)資料表明，在混凝土中摻入粉煤灰后，隨著粉煤灰摻量的增加，早期強(qiáng)度（28天以前）逐減，而后期強(qiáng)度逐漸增加。粉煤灰對(duì)混凝土的強(qiáng)度有三重影響：減少用水量，增大膠結(jié)料含量和通過(guò)長(zhǎng)期火山灰反應(yīng)提高強(qiáng)度。 當(dāng)原材料和環(huán)境條件一定時(shí)，摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)主要取決于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰中玻璃態(tài)的活性氧化硅、氧化鋁與水泥漿體中的Ca(OH)2作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣的速度和數(shù)量。粉煤灰在混凝土中，當(dāng)Ca(OH)2薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時(shí)，就開(kāi)始發(fā)生火山灰效應(yīng)。但由于在Ca(OH)2薄膜與粉煤灰顆粒表面之間存在著水解層，鈣離子要通過(guò)水解層與粉煤灰的活性組分反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在層內(nèi)逐級(jí)聚集，水解層未被火山灰反應(yīng)產(chǎn)物充滿(mǎn)到某種程度時(shí)，不會(huì)使強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。隨著水解層被反應(yīng)產(chǎn)物充滿(mǎn)，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長(zhǎng)，這就是摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較高的主要原因。 摻粉煤灰可降低混凝土的水化熱?；炷林兴嗟乃磻?yīng)是放熱反應(yīng)，在混凝土中摻入粉煤灰由于減少了水泥的用量可以降低水化熱。水化放熱的多少和速度取決于水泥的物理、化學(xué)性能和摻入粉煤灰的量，例如，若按重量計(jì)用粉煤灰取代30％的水泥時(shí)，可使因水化熱導(dǎo)致的絕熱溫升降低15％左右。眾所周知，溫度升高時(shí)水泥水化速率會(huì)顯著加快，研究表明：與20℃相比，30℃時(shí)硅酸鹽水泥的水化速率要加快1倍。一些大型、超大型混凝土結(jié)構(gòu)，其斷面尺寸增大，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高，所用水泥強(qiáng)度等級(jí)高，單位量增大，施行新標(biāo)準(zhǔn)后水泥的粉磨細(xì)度加大，這些因素的疊加，導(dǎo)致混凝土硬化過(guò)程溫升明顯加劇，溫峰升高，這是導(dǎo)致許多混凝土結(jié)構(gòu)物在施工期間，模板剛拆除時(shí)就發(fā)現(xiàn)大量裂縫的原因。粉煤灰混凝土可減少水泥的水化熱，減少結(jié)構(gòu)物由于溫度而造成的裂縫。摻粉煤灰可改善混凝土的耐久性。在混凝土中摻粉煤灰對(duì)其凍融耐久性有很大影響。當(dāng)粉煤灰質(zhì)量較差，粗顆粒多，含碳量高都對(duì)混凝土抗凍融性有不利影響。質(zhì)量差的粉煤灰隨摻量的增加，其抗凍融耐久性降低。但當(dāng)摻用質(zhì)量較好的粉煤灰同時(shí)適當(dāng)降低水灰比，則可以收到改善抗凍性的效果。水泥混凝土中如果使用了高堿水泥，會(huì)與某些活性集料發(fā)生堿集料反應(yīng)，會(huì)引起混凝土產(chǎn)生膨脹、開(kāi)裂，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞，而且這種破壞會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去，難以補(bǔ)救。近年來(lái)，我國(guó)水泥含堿量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含堿外加劑的普遍應(yīng)用，更增加了堿集料反應(yīng)破壞的潛在危險(xiǎn)。在混凝土中摻加粉煤灰，可以有效地防止堿集料反應(yīng)，提高混凝土的耐久性。，其作用機(jī)理不同于普通的混凝土?！?，在如此高水膠比的水泥漿中，水所占據(jù)的體積大約為水泥固體體積的兩倍以上。水泥顆粒周?chē)谐渥愕乃峁┙o水泥水化，水泥從顆粒表面開(kāi)始水化，生成表面積增大1000倍左右的水化產(chǎn)物，并具有良好的向周?chē)臻g擴(kuò)散、填充的能力。如果在這種漿體中摻入粉煤灰以代替部分水泥，雖然從顆粒形狀來(lái)說(shuō)，粉煤灰呈球形易于堆積得較為密實(shí)，但是它水化緩慢生成的凝膠量比同體積的水泥少得多，難以填充粉煤灰顆粒自身周?chē)目障叮該椒勖夯宜酀{的強(qiáng)度及其他性能與純水泥漿相比有所下降，并且摻量越大(水泥用量減少)這種下降的趨勢(shì)越明顯，這種現(xiàn)象在水化早期更加明顯。而高性能混凝土的最大特點(diǎn)是水膠比低，膠凝材料用量大，由于水膠比低，水所占據(jù)的空間小，需要填充的空隙也減少，同時(shí)，由于高效減水劑的作用，膠凝材料顆粒呈高度分散狀態(tài)，顆粒間距以及生成的水化凝膠粒子間距減小，水泥凝膠體密實(shí)且分子間范德華力與普通混凝土相比明顯加大。這些因素使得高性能混凝土的微觀結(jié)構(gòu)得到改善，其強(qiáng)度比普通混凝土有很大提高。對(duì)于這種低水膠比、膠凝材料用量大的高性能混凝土，如果不摻粉煤灰，完全使用水泥，顆粒周?chē)商峁┧嗨乃坑邢?，水泥的水化程度降低，未水化的水泥?nèi)核增大。盡管需要填充的空隙小，未完全水化所生成的水化產(chǎn)物量也足以密實(shí)地填充水泥顆粒間空隙，但將有相當(dāng)量的未水化的水泥顆粒內(nèi)核長(zhǎng)期殘存，這部分水泥沒(méi)有發(fā)揮膠凝材料的活性作用，只是作為填充料存在于水泥石中，如果混凝土長(zhǎng)期工作處于濕潤(rùn)環(huán)境中，混凝土吸水使這些水泥水化，還會(huì)引起體積膨脹，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果摻入粉煤灰代替部分水泥，保持水膠比不變，由于早期粉煤灰水化很緩慢，相當(dāng)于增大了水與水泥的相對(duì)量，使水泥的水化條件得到改善，水化程度提高，生成的水化產(chǎn)物量增大，使得水泥凝膠體填充得更加密實(shí)。同時(shí)，球形顆粒的粉煤灰在水泥漿體中的分散效果良好，粉煤灰顆粒與水泥顆粒間的距離小，水化產(chǎn)物向粉煤灰顆粒遷移的距離短，生成的水化產(chǎn)物多，大量的Ca(OH)2能很好地激發(fā)粉煤灰從表面開(kāi)始水化，粉煤灰顆粒內(nèi)部不能完全水化的內(nèi)核充當(dāng)了上述不摻粉煤灰時(shí)的水泥顆粒未水化內(nèi)核的填充作用。所以，在宏觀上摻入一定量粉煤灰的高性能混凝土的強(qiáng)度接近于純水泥混凝土的強(qiáng)度。根據(jù)上述分析可知，在普通混凝土中摻入粉煤灰只起到填充料的作用，而在低水膠比的高性能混凝土中，摻入的粉煤灰對(duì)水泥石的微觀結(jié)構(gòu)的形成有以下積極作用:，摻入的粉煤灰使實(shí)際的水灰比有所增大，水泥的水化程度提高，盡管減少了部分水泥，但水泥水化生成的凝膠體的量沒(méi)有同步減少。，顆粒之間距離小，水化產(chǎn)物擴(kuò)散距離小，同時(shí)水化產(chǎn)物量大，對(duì)粉煤灰的二次水化激發(fā)作用強(qiáng)，粉煤灰的活性效應(yīng)比普通混凝土中發(fā)揮得好。，在新拌在新拌狀態(tài)下能改善混凝土的工作性，混凝土硬化后作為微粉填料填充凝膠間的空隙，使水泥石的微觀結(jié)構(gòu)得到改善。因此低水膠比條件下，適量粉煤灰的摻入不會(huì)明顯降低混凝土的強(qiáng)度和其他性能，與普通混凝土相比可以適當(dāng)加大粉煤灰的摻量。研究試驗(yàn)結(jié)果表明，粉煤灰作為高性能混凝土用礦物摻料，主要發(fā)揮了以下的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)作用:l)提高水泥與高效減水劑的相容性。2)改善混凝土拌合物的工作性，延緩或減小工作度損失。3)降低混凝土水化硬化過(guò)程中、尤其是水化初期的水化熱溫升。4)提高混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，減小混凝土的滲透性，改善耐久性。5)減少水泥用量，消化工業(yè)廢料，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的方針。6)降低混凝土成本，提高混凝土生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。2．5粉煤灰的存在形態(tài)粉煤灰是以顆粒形態(tài)存在的，且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態(tài)各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類(lèi)