粉煤灰及类煤灰混凝土的应用技术

粉煤灰及类煤灰混凝土的应用技术

朱小凌

广东欣丰工程质量检测有限公司

摘要：近年来煤灰加工技术的发展，使煤灰变废为宝，加工后的一级粉煤灰可等量替代（一般为30%）水泥，每吨可降低成本180元，同时寿命也可延长三倍。本文从粉煤灰及类煤灰对混凝土的影响出发，分析了粉煤灰及类煤灰混凝土的应用技术。

关键词：粉煤灰；类煤灰；混凝土；应用技术；

粉煤灰及类煤灰在混凝土中的合理使用，不但能部分替代水泥，降低工程造价，而且由于其特有的性能可以很有效地用于各种使用要求的混凝土中，改善和提高混凝土的性能。[2]在现代混凝土中，粉煤灰已经与水泥、集料、水和外加剂同样重要，是矿物外加剂，也可称为第二胶凝材料，是混凝土的一种组分。

一、粉煤灰及类煤灰技术

在国标GBJ146-90中规定各级粉煤灰适用范围如下：Ⅰ级粉煤灰适用于跨度小于6米的预应力混凝土好钢筋混凝土。Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。Ⅲ级粉煤灰适用于无筋混凝土。C30及其C30以上的无筋粉煤灰混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，对于预应力混凝土、钢筋混凝土，设计强度等级在C30及其C30以上的无筋混凝土所有粉煤灰，经试验论证，可采用上述规定低一级的粉煤灰。

粉煤灰是根据它含游离氧化钙的量来分类的，可分为F类（低钙灰）、C类（高钙灰）和复合灰。C类粉煤灰通常是指火力发电厂采用褐煤、次烟煤作为燃料而排放出的一种氧化钙成分较高的粉煤灰。由于C类粉煤灰中含有较高的游离氧化钙，容易出现安定性不良问题，因此为保证工程质量，对C类粉煤灰要求：在水泥中掺30%粉煤灰后，其雷氏法安定性应合格，当实际工程中粉煤灰掺量大于30%时，应按工程实际掺量进行安定性检验。

粉煤灰颜色是决定其质量好坏的重要指标，F类粉煤灰颜色偏灰，C类粉煤灰偏黄，有时还发红。红色的粉煤灰铁氧化物更多，与水泥、外加剂适应性差，混凝土坍落度损失大，此时除了要做烧失量、活性、安定性试验外，还要进行混凝土配合比试验。

二、粉煤灰对混凝土的影响

（一）掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性

新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料颗粒可以减少浆体与骨料间的界面摩擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果，从而改善了混凝土拌和物的和易性。

（二）粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水

粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。

（三）掺用粉煤灰，可以提高混凝土的后期强度

有试验资料表明，在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28天以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。

当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中的Ca（OH）2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。粉煤灰在混凝土中，当Ca（OH）2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，就开始发生火山灰效应。但由于在Ca（OH）2薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应，反应产物在层内逐级聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较大增长。随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰混凝土早期强度较低、后期强度增长较高的主要原因。

（四）掺粉煤灰可降低混凝土的水化热

混凝土中水泥的水化反应是放热反应，在混凝土中掺入粉煤灰由于减少了水泥的用量可以降低水化热。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量，[3]例如，若按重量计用粉煤灰取代30％的水泥时，可使因水化热导致的绝热温升降低15％左右。众所周知，温度升高时水泥水化速率会显著加快，研究表明：与20℃相比，30℃时硅酸盐水泥的水化速率要加快1倍。一些大型、超大型混凝土结构，其断面尺寸增大，混凝土设计强度等级提高，所用水泥强度等级高，单位量增大，施行新标准后水泥的粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高，这是导致许多混凝土结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。粉煤灰混凝土可减少水泥的水化热，减少结构物由于温度而造成的裂缝。

（五）掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性

在混凝土中掺粉煤灰对其冻融耐久性有很大影响。[1]当粉煤灰质量较差，粗颗粒多，含碳量高都对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加，其抗冻融耐久性降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻性的效果。水泥混凝土中如果使用了高碱水泥，会与某些活性集料发生碱集料反应，会引起混凝土产生膨胀、开裂，导致混凝土结构破坏，而且这种破坏会继续发展下去，难以补救。近年来，我国水泥含碱量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含碱外加剂的普遍应用，更增加了碱集料反应破坏的潜在危险。在混凝土中掺加粉煤灰，可以有效地防止碱集料反应，提高混凝土的耐久性。

三、C类粉煤灰（高钙灰）类和F类煤灰对混凝土性能的影响

GB/T1596-2005《用于水泥混凝土粉煤灰》规定C类粉煤灰即氧化钙含量于10%高钙粉煤灰。高钙粉煤灰通指火力发电厂采用褐煤、烟煤作燃料排放种氧化钙较高粉煤灰种既含定数量水硬性晶体矿物含潜性物质材料。优点：与普通粉煤灰相比高钙粉煤灰粒径更用作水泥混合材或混凝土掺合料具减水效、早期强度发展快等优点。缺点：含定量游离氧化钙使用用作水泥混合材及混凝土、砂浆掺合料能造体积安定性良等系列。

F类灰是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。一般影响较低，常作混凝土掺和料，它比C类灰使用时的水化热要低。

结语

通过对粉煤灰的研究分析，我们知道这是制作水泥的一种原材料，具有一定的活性。在水泥混凝土中掺一定量的粉煤灰，既可以替代一部分水泥，节约成本，又能增加和易性，减少泌水、离析现象，改善混凝土的性能。具有缓凝、减水，提高密实度和后期强度，降低水化热，抑制干裂、收缩，增强抗酸碱反应能力的作用。近年来已在国内外引起广泛的关注，并得到大量的推广应用。虽然很多制度还不太完善，但我们相信随着经济的发展实践经验的增多，粉煤灰将会最大程度的发挥对混凝土作用，提高利用率。

参考文献：

[1]刘俊华，单雪强，张春光，等.粉煤灰对混凝土耐久性的影响[J].河南建材，2018，（1）：2-3.

[2]王长龙，陈烈，李峰，等.粉煤灰矿渣超细矿物掺合料制备及应用[J].煤炭技术，2017，（10）：267-269.

[3]张晓静.粉煤灰、矿粉复合双掺在大体积混凝土配合比中的应用[J].四川建材，2018，（2）：7-8，10.