长期以来，国内外在混凝土中常掺入一定量粉煤灰。优质粉煤灰在混凝土中的合理使用，不但能部分替代水泥，节约工程造价，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。因而在现代混凝土的世界中，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。

实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其长期性能得到大幅度改善，对延长结构物的使用寿命有重要意义。对于粉煤灰的作用机理，从主要是火山灰材料特性的作用（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充于水泥水化生成物的间隙，使其更加密实），逐步扩展到它还具有形态效应、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天以后时间里的强度。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应用，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。果真如此吗？下面我们借用科研成果说明问题，可望消除成见。

1、煤灰对新拌混凝土的和易性影响

新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、配合比设计、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。用粉煤灰取代等重量的水泥，粉煤灰的体积要比水泥约大30%。强度要求按重质比大于1：1（又称超量取代）用粉煤灰取代水泥时，多加的粉煤灰增大了细屑含量，因此增大了浆体—骨料比。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—骨料间的界面摩擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果，从而改善了新鲜混凝土的和易性。

2、粉煤灰对新拌混凝土泌水的影响

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利的。

3、粉煤灰对混凝土拌合物引气作用的影响

新拌混凝土的空气含量一般在3%以内，与水泥的细度、骨料形状、级配以及震捣密实的程度等有关。当混凝土中掺入粉煤灰时，由于细屑组分的影响会使混凝土的空气含量减少1%左右。对烧失量超过6%的粉煤灰，由于碳颗粒在冷却过程中变成了封闭的玻璃态，因而防止了对引气剂吸附，保持了混凝土拌合物的原有含气量。

4、煤灰对混凝土拌合物凝结时间的影响

掺粉煤灰的混凝土虽然初凝、终凝一般都能满足规范要求，但掺粉煤灰一般会使混凝土的凝结时间延长，粉煤灰导致的缓凝受其掺量、细度、化学成分等的影响，但对凝结时间影响更显著的是水泥性能，用水量，环境

温、湿度等，与这些因素相比，粉煤灰的影响是极小的。

5、掺粉煤灰对混凝土抗压强度的影响

混凝土的抗压强度主要取决于水灰比，对掺与不掺粉煤灰的混凝土，如果二者的早期强度相同，则粉煤灰混凝土的后期强度将高于不掺的，粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减小用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。

如果用粉煤灰以等重量比例来取代水泥，则混凝土的早期强度将要降低；如果以2～3倍水泥质量的粉煤灰取代之，则3d强度稍低于不掺粉煤灰的，28d强度则大致相当，90d或更长龄期则高于不掺的。

当水泥用量不变时，增大粉煤灰的掺量，则各龄期的强度都增大。当粉煤灰的掺量为水泥的120%时强度提高最大，而当粉煤灰的掺量提高到水泥的160%左右时，强度则稍微降低。如果混凝土拌和物中胶结料的体积保持不变且水泥部分地由粉煤灰取代，则强度会随粉煤灰的增大而降低，这是很明显的。

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决定于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与混凝土的水泥浆体中的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。一些研究认为：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，反应产物在层内逐渐聚集，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，这就是掺粉煤灰的混凝土早龄期强度较低，后龄期强度增长较多的主要原因。

6、掺粉煤灰对混凝土水化热的影响

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可以降低水化热，这是由于减少了水泥的用量。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，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显著加快。研究表明：与20ºC相比，30ºC时硅酸盐水泥的水化速率要加快1倍。由于近年来大型、超大型混凝土结构的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝土设计强度等级提高，使所用水泥等级提高，单位用量增大；又由于施行水泥新标准后，使早强矿物硅酸三钙含量提高，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。如某工程底层断面为1.6mX1.6m的柱子，模板采用9号胶合板材料，施工季节为夏季，混凝土浇筑后柱心的温峰达到110ºC。在达到温峰后的降温期间，混凝土产生温度收缩（也称热收缩）引起弹性拉应力；另一方面混凝土的水灰比（水胶比）降低，早期水化加快，混凝土的弹性模量随强度提高而增大，进一步加剧弹性拉应力增长。这是导致近些年来许多结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。这种硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长。为了防止可见裂缝的出现，常采取外包保温的方法，以减少内外温差，因而被认为是有效措施得到迅速推广。但是却忽略了，由于外保温阻碍了混凝土水化热的散发，进一步加剧体内的温升，使混凝土体内温度继续升高，水泥水化加速，早期度发展更加迅速，因此也更容易出现裂缝，只是由于钢筋的约束和对应力的分散作用，使少量宽而长的可见裂缝转化为大量分散的不可见裂缝，它们将为侵蚀性介质提供通道，影响结构混凝土的耐久性。同时较大的弹性拉应力还可能引起钢筋屈服产生滑移，从而影响结构的使用功能。

与纯水泥混凝土一样，掺粉煤灰的混凝土由于水泥的水化随本体温度升高而加快，因此强度发展也要加快。这使得粉煤灰混凝土，即使是大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下，很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。有研究资料表明：掺30%的粉煤灰后，不仅温升可以降低近100ºC，使温度收缩和开裂的危险减小，同时由于温升相同，其抗压强度在3d之前就超过了纯水泥混凝土。

8、掺粉煤灰对混凝土碳化和钢筋锈蚀的影响

通过长期研究和工程实践，尤其是近年来的工程调研资料表明，防止掺粉煤灰混凝土碳化，首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实度。密实度差的不掺粉煤灰的混凝土同样有碳化问题。研究和调查结果表明，当用矿渣水泥掺15%粉煤灰，普通水泥掺20%粉煤灰，硅酸盐水泥掺25%粉煤灰时，采用超量取代法设计混凝土配合比，满足等稠度和等强度的要求时，对混凝土的碳化深度，钢筋锈蚀性能与不掺粉煤灰混凝土相比均明显地增大。

过去曾有人提出，粉煤灰含硫是否会使粉煤灰混凝土中的钢筋锈蚀加重问题。国外

学者认为：

（1）只要混凝土里面的石灰不被溶出，混凝土内就保持碱性环境，钢筋周围就能保持

一层氢氧化铁保护膜。这可阻止水与氧气渗入到钢筋表面，保护钢筋不致锈蚀。掺粉煤

灰实质上没有改变这种碱性环境。

（2）掺粉煤灰，因产生火山灰—石灰反应而提高了混凝土的抗渗性。火山灰凝胶似乎还可减少混凝土中的石灰溶出量。

（3）混凝土中的碱性环境不适宜于硫酸盐对钢筋的腐蚀作用。

9、粉煤灰与碱—骨料反应碱—骨料反应是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。当向混凝土中掺进粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的碱反应，能够防止这种过度的膨胀。可见，粉煤灰对抑制混凝土中的碱—骨料反应是有利的。下载本文