大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析

第一篇：大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析

大掺量粉煤灰混凝土的作用及其机理分析

2010-4-8 15:8

1.粉煤灰的主要作用

粉煤灰在混凝土中的主要作用表现在以下几个方面：

（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，是水泥水化更充分。

（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。

（5）粉煤灰高性能混凝土的性能粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒，比水泥粒子小得多，比表面积极大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝。掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响：

1.活性效应：在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会象树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。

2.微集料密实填充及颗粒形态效应：均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。

3.交互作用：水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。例如，水泥水化生成的Ca（OH）2是粉煤灰的活性激发剂，而被激发了的粉煤灰一旦水解，降低液相碱度，又会进一步促进未水化水泥水化。又如混凝土坍落度经时损失的原因之一是随着水化反应的进行，高效减水剂的浓度降低，通过SEM观察，发现超细粉末的粉煤灰颗粒存在大量比表面积相当大的微珠以及一定量的多孔海绵状的不规则小块，可吸附外加剂，是外加剂的理想载体由于粉煤灰水化反应缓慢，吸附在其上的高效减水剂在短时间内不会起作用，之后才随粉煤灰的水化得以逐渐释放，因此新拌粉煤灰混凝土的坍落度经时损失小。另外，目前生产的水泥含碱量不断提高，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，抑制碱——骨料反

应；水泥中C3A含量少，水化产生的热量少，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险；粉煤灰水化消耗大量Ca（OH）2，混凝土不耐蚀成分减少，因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。用高质量的粉煤灰取代部分水泥可大大改善新拌混凝土的工作性，因为：

（1）粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成，表面光滑致密，在混凝土拌合物中能起滚珠作用；

（2）新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒，释放更多的浆体来润滑骨料；

（3）能减少用水量，使混凝土的水灰比降到更小水平，减少泌水和离析现象；

（4）具有良好的保水性，有利于泵送施工良好的工作性可大大改善混凝土的外观质量，同时也是混凝土内在质量的保证大掺量粉煤灰混凝土的良好的工作性能，对于解决目前混凝土存在的许多问题有很重要的作用。通过对粉煤灰掺量不同的新拌高性能混凝土进行坍落度试验表明，掺加粉煤灰对混凝土工作性的改善十分明显，各掺量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基准混凝上。取代率大于40%以后，随着掺量的提高，由于粉煤灰的密度比水泥小，胶凝材料体积增大，需水量会有所上升，但即使粉煤灰掺量高达70%，混凝土坍落度仍大于基准混凝土。同时，在实践中可看到粉煤灰高性能混凝土的粘聚性·保水性好，无离析泌水现象。

2.粉煤灰在混凝土中的机理分析

（1）粉煤灰的形态效应粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。

（2）粉煤灰的微集料效应粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。

（3）粉煤灰的活性效应粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。

长期以来，国内外的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：在旱期强度要求很低，长期强度大约在2535MPa的大体积混凝土中，大掺量的替代水泥使用；在结构混凝土里较少量的替代水泥（10%～25%）；在强度要求很低的回填或道路基层里大量使用。由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性能能够大幅度的提高。

大掺量粉煤灰混凝土作为一种新型材料，具有自身独特的优越性，但是目前应用范围不大，这与人们的传统观念及技术上的差距有关。随着该项技术不断完善，大掺量粉煤灰混凝土一定会在各项建设中大显身手人类要寻求与自然和谐，大掺量粉煤灰混凝上必将以其优良的性能在保护环境、协调人类与自然的关系等方面起到积极的作用，拥有广阔的应用前景。

第二篇：高掺量粉煤灰碾压混凝土(HVFARCC)文献综述范文

高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）文献综述

专业：材 料 化 学

学生姓名：

郭

磊

指导教师：陈连发 副教授 完成时间：2013年4月3日

摘要

综述了大水胶比、高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）的定义、现在的发展状况、性能（抗压强度方面）、原材料要求、配合比设计等方面的特点。介绍了高掺量粉煤灰碾压混凝土在大坝、道路、桥梁、房屋、港口等工程中的应用情况。对高掺粉煤灰碾压混凝土的抗碳化能力有必要作进一步的研究。

关键字:大水胶比

高掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）1

第一章 概述及RCC的主要应用

第一节 概述

1.1 引言：

近年来，大掺量粉煤灰碾压混凝土（High Volume Fly Ash Running Compacted Concrete 简称HVFARCC）已经日趋发展成熟，并逐步在我国的桥梁、道路、水利、港口等工程中得到了越来越广泛的应用。

从HVFARCC的发展来看，二十世纪七十年代问世的水工碾压混凝土筑坝技术和减水剂尤其是高效减水剂的普及是促进HVFARCC应用技术快速发展的两个最主要的因素。

从开发HVFARCC的意义来看，它将普通混凝土、粉煤灰、和环保型低水泥用量混凝土的概念加以有机的结合，对于拓展三者的涵义，走新型建材、绿色建材的道路，具有重要意义。

从HVFARCC的效益来看，对于粉煤灰应用技术的提高，综合利用效益的提高，供需双方经济效益的提高，环境保护力度的提高等方面均有显著效果，粉煤灰混凝土不仅能节约水泥，还减少了细骨料，从而降低了混凝土成本，具有一定经济效益，同时利用粉煤灰，可减少占地面积，可改善环境污染，因此，具有一定的经济、技术、社会三重效益。

因此，HVFARCC的开发，是一条走“可持续发展”之路，走“绿色建材”之路的新型环保混凝土的技术路线的体现。为节约能源，改善环境和控制污染，高效消纳工业废渣走出了一条面面俱佳的新路。

1.2 定义

大掺量粉煤灰碾压混凝土（HVFARCC）碾压混凝土是和其他混凝土一样，也是有水泥、掺和料、砂石、骨料、外加剂和水等材料组成，但各成分所占比例同常态混凝土有较大差别。目前，我国的掺和料主要是粉煤灰。大多数文献认为HVFARCC的含义，是根据我国几十年来在混凝土中粉煤灰取代水泥率15%左右而谈的，即粉煤灰取代水泥率30%以上（含30%）配制的碾压混凝土可称为HVFARCC；但很多国家标准或规程都将粉煤灰掺量为40%做为上限，故本文根据我国经验和习惯把粉煤灰含量在30%以上的定义为HVFARCC。

1.3 研究的现状

HVFARCC对水泥、骨料无特殊的要求，基本与普通混凝土相同，为了配制性能良好的碾压混凝土，HVFARCC需掺用高效减水剂。为使混凝土的拌和物具有一定的含气量，改善混凝土的流动性，一般在掺高效减水剂的同时还要掺引气剂。如果有较高早期或后期强度要求的还需要加入相应的激发剂。

一些文献认为大掺量粉煤灰混凝土与普通混凝土在原材料方面最大的差别是要掺大量的粉煤灰。英国的Dunstan认为，不是粉煤灰的质量，而是其质量的变异性才是最重要的。高掺量、低质量粉煤灰可以配制出性能良好的碾压混凝土，只要其质量的变异性不是十分显著。加拿大的Malhotra用了美国8种高粉煤灰掺量、大水胶比配制了的碾压混凝土，抗压强度性能仅仅是我国现行规范的二级或三级标准。

更多文献认为，高粉煤灰掺量的碾压混凝土，粉煤灰对其强度的增长没有多大作用，更多的是为了利用粉煤灰的防渗作用。故在我国，大多是：在水胶比（一般小于0.4）很小时才掺用高粉煤灰，在大水胶比（一般在0.4~0.7之间）时掺用不超过30%的粉煤灰，也就是低粉煤灰用量。

第二节 RCC的主要工程应用及历程

2.1 早期的RCC的发展

碾压混凝土是近几十年发展起来的一种新型混凝土。它具有独特的性能，未凝固前碾压混凝土的性能与常规混凝土的性能完全不同，而凝固后有与常规混凝土的性能非常相近。

碾压混凝土是将土石方施工机械容量大、速度快、大面积作业的优点和混凝土强度高、耐久性强的特点融合到一体，从而达到快速经济施工的目的。

为了使土石方施工机械能在混凝土面上作业，碾压混凝土稠度又要很干，干到足以使推土机，振动碾、自卸汽车不下陷。碾压混凝土比工业民用建筑上的干硬性混凝土还要干，是一种坍落度为零的超干硬性混凝土。用维勃仪来进行测定即：碾压混凝土在一定频率的维勃仪上震动，达到液化所需要的时间，定义为碾压混凝土的稠度，又称碾压混凝土的工作度即VC值，单位为：秒（S）。从工艺学角度，经过振动碾碾压的混凝土，只有压实到接近密实容重，才具有结构设计 3

所要求的强度、抗渗性和抗冻性。

据各国资料统计，碾压混凝土施工方法最多用于大坝工程和公路工程，经验证明也是最经济的方法。

2.2 RCC用于筑坝的发展

碾压混凝土用于筑坝的思想是在1970年和972年美国工程基金会在美国加利福尼亚州阿斯劳玛尔召开的两次会议上提出的。在“碾压混凝土快速施工”第一次会议上，拉菲尔（J．Ｍ．Ｒaphael）教授提出“最佳条件重力坝”论文。他是根据我国台湾石门坝围堰采用水泥砂砾土材料修筑的经验提出来的，该围堰高 ６５米，是用土坝施工机械填筑和压实。他提出了基于水泥土理论及应用的许多观点。他建议使用高效率、大容量的土石方运输机械和压实机械施工，并用水泥、砂砾石混合料作为筑坝材料。他还认为，水泥固结砂砾石材料的抗剪强度较高，从而可以坝的断面比典型的土石坝较小；因此使用类似于土石坝施工的连续浇筑的方法，与传统的混凝土坝施工方法相比，能缩短施工时间并减少施工费用等。更重要的是能使工程提前产生效益。1972年，在阿斯劳玛尔召开的“混凝土坝经济施工”会议上，美国天纳西流域管理局的罗伯特康农（Rober W.Cannon）发表了题为《用土料压实方法建造混凝土坝》的论文，进一步发展了拉菲尔的设想。康农介绍了在泰斯.福特（Tims Ford）坝实验块上，无坍落度的贫混凝土用自卸车运输、前端装载机铺筑，振动碾压实的试验结果。1973年，在第十一届国际大坝会议上，莫法特（A.I.B.Moffat）宣读了题为《适用于重力坝施工的干贫混凝土研究》的论文。他推荐将早在20世纪50年代英国路基上使用的干贫混凝土用于修筑混凝土坝，用筑路机械将其压实。他预计，坝高在40米以上的坝，将造价降低15%。

碾压混凝土用于筑坝，于1960~1961年期间在我国台湾省石门坝的心墙上曾用过。但对于碾压混凝土坝的发展产生过重要影响的是巴基斯坦塔贝拉（Tarbela）坝的遂洞修复工程。1974年，该坝的泄洪遂洞出口被洪水冲垮，修复工作必须在春季融雪之前完成，于是采用碾压混凝土进行修复。在42天时间里铺筑了35万立方米碾压混混凝土。举世瞩目的三峡工程三期碾压混凝土围堰工程自2002年12月16日施工以来，创造了5项世界纪录：浇筑仓面面积世界最大，最大仓面达到19012平方米；月浇筑强度47．6万立方米；碾压混凝土日 4

浇筑、班浇筑、小时浇筑量分别达到21066立方米、7438．5立方米、1278立方米，分别刷新了世界纪录。这有力的证明了碾压混凝土施工的快速性和我国在碾压混凝土施工方面技术的先进性凝土，日平均铺筑量8300余立方米，最大日铺筑强度达1.8万立方米。

2.3 碾压混凝土筑坝的特点

碾压混凝土是由水泥、掺和料、水、砂、石子、及外加剂等六种材料组成。我过碾压混凝土由于掺用较大比例的掺和材料，故一般使用强度不低于32.5 MPa的普通硅酸盐水泥。为了适应碾压施工，碾压混凝土拌和物属于超干硬拌和物。拌和物粘聚性较差，施工过程中粗骨料易发生分离，为减少以至避免粗骨料分离现象，一般都限制粗骨料最大粒径不大于80mm，且适应当减少最大粒径级粗骨料所占的比例。砂中细粉（我国是指小于0.16 mm的颗粒）含量对改善碾压混凝土的性能有不可忽视的作用。我国水利水电行业标准《水工碾压混凝土施工规范》推荐碾压混凝土使用的人工砂中，细粉含量达到10~20%。为适用碾压混凝土的连续、快速碾压施工，一般不在碾压混凝土中设置冷却水管以降低碾压混凝土的温升。因此，碾压混凝土中的水泥用量应尽可能的降低。但是，为了满足施工对拌和物工作度及坝体设计对碾压混凝土提出的技术性能要求，碾压混凝土的水泥用量有不宜过小。这就存在矛盾。解决矛盾的可行而有效的方法是在碾压混凝土中掺用较大比例的掺和材料。外加剂是碾压混凝土必不可少的组成材料之一。碾压混凝土中胶凝材料较少、砂率大，为了改善拌和物的施工性能，必须加入减水剂。减水剂的加入可以降低拌和物的VC值（Vibrating Compacted Value，即在固定振动频率及振幅，固定压强条件下，拌和物从开始至表面泛浆时所需要的时间），改善其粘聚性或抗离析性能。碾压混凝土大面积施工的特点，要求拌和物具有较厂的初凝时间，以减少冷缝的出现，改善施工层面的粘结特性，为此必须加入缓凝剂。在严寒的地区使用碾压混凝土，还有必要考虑加入引气剂，以提高碾压混凝土的抗冻性能。由于碾压混凝土拌和物的干硬性以及掺合材料的吸附性，因此碾压混凝土拌和物掺入外加剂的量要略大于常态混凝土。

碾压混凝土虽属混凝土但又有别于常态混凝土。碾压混凝土拌和物与常态混凝土拌和物比较，骨料用量多、水泥用量较少，虽掺用一定量的掺和材料，但胶 5

凝材料浆用量仍较少。拌和物不具有流动性，坍落度为零粘聚性小，一般不泌水。拌和物在振动压实机所施加的振动和动压力作用下，胶凝材料浆由凝胶转变为溶胶（即发生液化）而具有一定的流动性。固相颗粒位置得到重新排列，颗粒之间产生相对位移，彼此接近。小颗粒被挤压填充到大颗粒之间的空隙中，空隙里的气体因受挤压而逐渐逸出，拌和物逐渐密实。因此，碾压混凝土拌和物的振动压实既具有混凝土的基本特性，也具有土料压实的一些特性。碾压混凝土的特定施工方法要求拌和物必须具有适当的工作度——既能承受住振动碾在其上行走不陷落，又不能过于干硬，以免振动碾难于或无法将其碾压密实。

碾压混凝土与常态混凝土比较，技术性能有其明显的特点：由于碾压混凝土中掺有较大比例的掺和料，而多数掺和料早期水化反应较少，使硬化`碾压混凝土的绝热温升明显低于常态混凝土，最高温升出现时间明显推迟，温降缓慢；碾压混凝土的自生体积变形及干缩变形明显小于常态混凝土。

在实际工程中碾压混凝土的性能受到施工质量的影响较大。施工层面的粘结质量对碾压混凝土的性能影响尤其突出。

2.4 碾压混凝土在公路上的发展

碾压混凝土的另一个广泛应用领域是公路工程。碾压混凝土路面的特点是承受车辆磨蚀；冬天承受冻融破坏和防冰化学剂作用；强度要求高，28天龄期抗压强度30~40MPa，弯曲抗压强度4.5 MPa；路面要求密实和平整。

早在第一次世界大战前后，比利时、丹麦、德国、法国及其它一些欧洲国家已有人碾压修筑了水泥混凝土路面。但是，由于当时具有的碾压手段难以保证良好的工程质量，这种筑路技术未能得到发展。

我国是从80年代初开始进行碾压混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局开始进行室内试验，1982年铺筑第一段试验路。1983年、1984年，安徽省公路局和交通部公路科学研究所及江苏省交通厅合作，进行了扩大试验，取得了不少研究成果。1988年开始的国家科技工作引导性项路面发展对策及修筑技术研究》中，又组织江苏省公目《我国水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通厅等单位对碾压混凝土路面修筑技术进行了研究。从施工机械来看，当时进口的大型沥青摊铺等机械还比较少，即使拥有这些机械的单位一般也不愿用来铺筑碾压混凝土路面，只能采用人工或小型机械施工，路面质量难以提高。因此，这一时期的 6

研究成果主要为采用人工或中小型配套机械施工的各种复合式碾压混凝土路面或用于较低等级公路的全厚式碾压混凝土路面施工技术。随着高等级公路的迅速发展，进口的高密实度摊铺机、振动压路机等大型设备越来越多，国内的一些筑路机械生产厂家也纷纷研制或引进技术生产施工机械，因此公路工程单位的大型机械保有量迅速增加，再加上京津塘高速公路等一些工程明确规定水泥稳定基层必须采用“厂拌机铺”，改变了一些工程技术人员的认识，从而为我国高等级公路碾压混凝土路面施工中采用高密实度摊铺机等大型机械创造了条件。1991年在国家“八五”重点科技项目(攻关)《高等级公路水泥混凝土路面材料及应用开发研究》中，交通部组织交通部公路科学研究所、山西省交通厅和广西壮族自治区交通厅等单位进行了碾压混凝土路面成套技术的研究，以应用于高等级公路为目标，从材料、施工技术、抗滑技术、接缝技术等方面进行了系统研究，在路面平整度、抗滑及接缝等方面取得了突破性进展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术。

2.5 桥梁工程中的应用

1995年在美国佛罗里达州的一座海边高架桥下部的混凝土中采用了HVFARCC，用粉煤灰取代了50%的水泥。日本采用粉煤灰、矿粉复合材料在名石跨海大桥的预应力桥墩中应用了70%以上的高掺量粉煤灰碾压混凝土。我国在建的滨州黄河公路大桥的钻孔灌注桩和承台均为C25~C30普通混凝土。采用等量取代法，最大粉煤灰掺量为30%。

参考文献

1．高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术的研究(课题总报告).1996，2

2．高等级公路碾压混凝土路面施工技术的研究(85—403—01—03专题总报告).1996，2

3．高等级公路碾压混凝土路面材料的研究(85—403—01—02专题总报告).1996，2

4．高等级公路碾压混凝土路面施工技术指南(课题共用分报告).1996，2

5．碾压混凝土施工工艺及施工组织微机管理系统（发表日期：2003-9-11 来源：山西省交通厅

6．《黄河规划设计》高掺量粉煤灰对碾压混凝土耐久性影响研究 张涛 韩志广

第三篇：转载脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料及其作用机理的研究摘要

转载脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料及其作用机理的研究摘要所属专业:物理化

学

脱硫粉煤灰是安装有脱硫装置的燃煤电厂用电收尘方法收集而得到的固体废弃物,它是一种火山灰质材料,自身不具有或仅具有微弱的胶凝性.本论文用脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料,并研究其作用机理,主要可以分为以下三部分.第一部分通过一定的物理和化学方法对脱硫粉煤灰的性质进行了分析和评价,试验表明脱硫粉煤灰在细度、粒径分布、比表面积、含水率等物理性能方面都和普通粉煤灰相近,而用X-荧光进行化学成分分析表明脱硫粉煤灰中的SiO<,2>和Al<,2>O<,3>的总含量比普通粉煤灰要高,其它组分的含量和普通粉煤灰相近.第二部分主要通过单独掺加和复合掺加的方法进行了水泥胶砂和水泥混凝土试验,并测试了其力学性能,试验表明,单掺脱硫粉煤灰制作水泥胶砂和水泥混凝土时,胶砂和混凝土的强度随着脱硫粉煤灰掺量的增加而下降;当复合掺加制作水泥胶砂和水泥混凝土时,则体现了较好的复合效应;另外通过对掺复合掺合料的混凝土在镁盐和硫酸钠溶液中浸泡后测试其强度并观察微观形貌后表明.第三部分对部分水泥胶砂和水泥混凝土的微观结构极及其发展过程进行了分析探讨,通过SEM观察发现,掺脱硫粉煤灰的水泥胶砂其主要水化产物为C-S-H和C-H;掺复合掺合料的混凝土的主要水化产物为C-S-H和C-H,还有少量钙矾石;本论文还采用XRD和DTA对掺复合掺合料的混凝土进行了物相分析,探讨了脱硫粉煤灰对水泥混凝土性能的改善作用,并分析了复合掺合料的复合效应.另外为了找到最佳的试验配方和试验条件,本文还采用线性回归的方法和支持向量机的方法分别对脱硫粉煤灰胶砂和脱硫粉煤灰混凝土的28天力学性能数据进行了处理和分析,最后得到较为合理的试验配方和矿物之间的复合方式,简化了人为分析的繁琐,并对以后的试验方案的设计有一定指导意义.本论文的单掺和复合掺加脱硫粉煤灰的水泥胶砂和水泥混凝土试验,在技术上有创新性,同时为以后脱硫粉煤灰高附加值的综合利用提供了很好的技术参数,具有应用价值;另外本论文的研究为燃煤电厂的脱硫粉煤灰找到了很好的出路,具有很高的社会效益、环境效益及经济效益.关键字:脱硫粉煤灰,活性激发,品质,微观分析,支持向量机

第四篇：粉煤灰对混凝土的正面作用

粉煤灰对混凝土的正面作用

(1)混凝土拌和料和易性得到改善

掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。

(2)混凝土的温升降低

掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。

(3)混凝土的耐久性提高

由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。通常3既的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。

(4)变形减小

粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。

(5)耐磨性提高

粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。

(6)成本降低

掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%～15%，因而可降低混凝土的成本。

1.6.2 粉煤灰对混凝土的负面作用

(1)强度发展较慢、早期强度较低

由于粉煤灰的水化速度小于水泥熟料，故掺加粉煤灰后混凝土的早期强度低于普通混凝土，且粉煤灰掺量越高早期强度越低。但对于高强混凝土，掺加粉煤

灰后混凝土的早期强度降低相对较小。粉煤灰混凝土的强度发展相对较慢，故为保证强度的正常发展，需将养护时间延长至14d以上。

(2)抗碳化性、抗冻性有所降低

粉煤灰的二次水化使得混凝土中氢氧化钙的数量降低，因而不利于混凝土的抗碳化性和钢筋的防锈。而粉煤灰的二次水化使混凝土的结构更加致密，又有利于保护钢筋。因此，粉煤灰混凝土的钢筋锈蚀性能并没有比普通混凝土差很多。许多研究结果也不完全一致，有的认为钢筋锈蚀加剧，有的则认为钢筋锈蚀减缓。无论什么结果，掺加粉煤灰时，如果同时使用减水剂则可有效地减缓掺加粉煤灰所带来的抗碳化性减弱，从而提高对钢筋的保护能力。

粉煤灰混凝土的抗冻性较普通混凝土有所降低，特别是采用劣质粉煤灰时。对有抗冻性要求的混凝土应采用优质粉煤灰，当抗冻性要求较高时应掺加引气使含气量达到要求的数值，即可保证混凝土达到优良的抗冻性.如三峡大坝用混凝土中掺入20%～30%的Ⅰ级粉煤灰和引气剂，抗冻性达到F300。

在相关著述中，沈、张两位专家详细阐述了粉煤灰在混凝土中的作用和机理。这些作用和机

理，如今被业内人士称之为粉煤灰最主要的三大效应。

第一，“形态效应”。在显微镜下显示，粉煤灰中含有70％以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密。这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种

功能，尤其对泵送混凝土，能起到良好的润滑作用。

第二，“活性效应”。粉煤灰的“活性效应”因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“火山灰效应”。这一效应能对混凝土起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织，提高

混凝土的抗腐蚀能力。

第三，微集料效应。粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑，在水泥中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显地改善和增强混凝土及制品的结构强

度，提高匀质性和致密性。

这三种效应相互关联，互为补充。粉煤灰的品质越高，效应越大。

第五篇：粉煤灰在混凝土中的应用

三、粉煤灰在混凝土中的作用

了解混凝土的微结构的特性及其对性能的影响后，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，如前所述，由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。

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，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而它降低温升等其它优点则依然起着有利于混凝土性能的作用。以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，我们可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对于长期以来沿用的静态堆积而言的。即通常在选择原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的，但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应该是更为密实的。上述大掺量粉煤灰混凝土的例子中，每方混凝土的用水量仅100kg左右，要比目前配制普通混凝土少几十公斤，就是明显的证据。有人曾进行过低水灰比（水胶比）掺/不掺粉煤灰净浆的结合水测定试验[6]：掺有30%粉煤灰，水胶比为0.24的净浆，要比水灰比为0.24的纯水泥浆在28d时的结合水还多，证实上述掺粉煤灰后改善了水泥在低水灰比条件下水化程度的说法。因此低水胶比条件下，大掺量粉煤灰混凝土的强度发展与空白混凝土接近，而后期仍有一定幅度的增长，在一定范围内随掺量变化的影响不大。当然，粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激发作用的氢氧化钙含量减少，使粉煤灰的水化条件劣化，所以在不同条件下存在一最佳粉煤灰掺量，并不是越大越好。

2）温度的影响 众所周知，温度升高时水泥水化的速率会显著加快。研究表明：与20℃相比，30℃时硅酸盐水泥的水化速率要加快一倍。由于近些年来大型、超大型混凝土结构物的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝设计土强度等级的提高，使所用水泥标号提高、单位用量增大；又由于水泥生产技术的进展，使其所含水化迅速的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，导致混凝土硬化时产生的温升明显加剧，温峰升高。举一个典型的例子：97年北京一栋建筑物底层断面为1.6m×1.6m的柱子，模板采用9层胶合板材料，施工季节为夏季，混凝土浇筑后柱芯的温峰达到110℃。

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，混凝土水胶比的降低，又会使因水泥水化产生的自身收缩增大，同样产生弹性拉应力；而混凝土的水灰比（水胶比）降低，早期水化加快，混凝土的弹性模量随强度的提高而增大，进一步加剧了弹性拉应力增长；与此同时，混凝土的粘弹性，即对于弹性拉应力的松弛作用却显著地减小，这一切，都导致近些年来许多结构物在施工期间，模板刚拆除或以后不久就发现表面大量裂缝。除了凝固前的塑性裂缝以外，硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长（实际上不可见裂缝的长度和深度，要远比可见裂缝大得多）。为了防止可见裂缝的出现，目前常采取外包保温措施，以减小内外温差，这种做法被认为是有效措施而迅速地得到推广。但是没有注意到：由于外保温阻碍了混凝土水化热的散发，加剧了体内的温升，混凝土体温度升高，使水泥水化加速，早期强度发展更加迅速，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变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达到屈服点而滑移，从而可能影响结构的使用功能。

与水泥相比，粉煤灰受温度影响更为显著，即温度升高时它的水化明显加快。所以当混凝土浇注时环境温度与混凝土体温度较高时，对纯水泥混凝土来说，由于温升带来不利的影响，而对掺粉煤灰混凝土来说，则不仅温升下降，减小了混凝土因温度开裂的危险，同时由于加快火山灰反应，还提高了28天强度。举一个很有意思的例子：德国在修建一条新铁路时，其隧道衬砌曾严重地开裂，当时要求混凝土10h强度不低于12MPa；后来修改了规定：以隔热的立方模型浇注的试件12h最高强度为6MPa；如果超过了，就要增加粉煤灰的掺量来更多地代替水泥。

以上说明：由于混凝土技术的进展，使混凝土可以在比较低的水胶比条件下制备，这就使粉煤灰在混凝土中的作用出现显著地变化。而近些年来水泥活性增大、混凝土设计等级提高促使水泥用量增大，以及构件断面尺寸加大，在混凝土体温度上升的前提下，进一步促进了粉煤灰在混凝土中作用的发挥，以至可以说：粉煤灰在许多情况下可以起到水泥所起不到的作用，成为优质混凝土必不可少的组分之一。

3）室内试验与现场浇注 长期以来，人们对于混凝土强度——其质量控制主要指标（通常也就是唯一指标）的评价，一直是根据在实验室里制备的小试件（由于骨料最大粒径的减小，试件尺寸从200×200×200mm减小到现在的100×100×100mm），经规定龄期的标准养护（20±3℃；RH≥90%），然后在试验机上破型得到的数据进行。Idorn[7]在91年曾拟文指出：在特定实验室条件下取样制备试件进行试验作为控制质量的方法，而不去开发以物理化学为科学依据的控制方法，是不合乎当今时代的错误。

试验室制备的试件与工程中浇筑构件的实际情况存在着明显的差异：

1）制备试件时的成型条件与工程实际振捣密实的情况不相符，因此不能反映实际结构物中混凝土的振实程度（孔隙率）、沉降程度（离析、泌水）等；

2）试件养护时的温、湿度与实际构件的情况不同，而这种差异随着现代工程结构断面尺寸明显增大、施工中忽视养护的情况使反差更加剧。如前所述，混凝土构件体内的温升及其对

3）室内试验与现场浇注 室内试验结果要反映工程施工中混凝土浇筑的实际情况。

长期以来，人们对于混凝土强度——其质量控制主要指标（通常也就是唯一指标）的评价，一直是根据在实验室里制备的小试件（由于骨料最大粒径的减小，试件尺寸从200×200×200mm减小到现在的100×100×100mm），经规定龄期的标准养护（20±3℃；RH≥90%），然后在试验机上破型得到的数据进行。Idorn[6]在91年曾拟文指出：在特定实验室条件下取样制备试件进行试验作为控制质量的方法，而不去开发以物理化学为科学依据的控制方法，是不合乎当今时代的错误。

试验室制备的试件与工程中浇筑构件的实际情况存在着明显的差异：

1）制备试件时的成型条件与工程实际振捣密实的情况不相符，因此不能反映实际结构物中混凝土的振实程度（孔隙率）、沉降程度（离析、泌水）等；

2）试件养护时的温、湿度与实际构件的情况不同，而这种差异随着现代工程结构断面尺寸明显增大、施工中忽视养护的情况使反差更加剧。如前所述，混凝土构件体内的温升及其对混凝土水化过程的不利影响、随后降温时的变形以及产生的内应力，小试件是反映不出来的，更无法反映上述普通混凝土与大掺量粉煤灰混凝土在温升影响下的反差（纯水泥混凝土后期强度比小试件偏低，而大掺量粉煤灰混凝土强度发展加速和提高）。

3）自由变形的试件和受配筋及其他条件约束的实际构件，在现代结构配筋曰益密集、混凝土水胶比明显降低的情况下，对结构混凝土性能产生的影响差异加大：试件在初龄期自身收缩增大时，强度会呈提高趋势；而实际结构中混凝土早期强度提高（弹性模量增大）、自身收缩加剧时，则因变形受约束，引起很大的拉应力从而导致开裂，强度与耐久性降低。

以上说明：室内试验结果难以完全反映工程施工中混凝土浇筑的实际情况。正是从这个角度出发，许多国家从事混凝土技术研究时，越来越重视足尺试验（与实际结构物尺寸相同或者成比例缩小）和对于实际结构物的现场检测。如上所述，其结果正和小试件的相反。对于大掺量粉煤灰混凝土，或者从更广泛的意义上来说，在混凝土技术领域里的研究方面，我们与先进国家的差距，可能更突出地反映在这些问题上（当然还有其他方面的，例如配制混凝土时所用骨料的变异性大，因此试验结果的重现性差；室内试验混凝土的搅拌、成型和养护条件有待改善等等），而不是如有些人误认为的：因为国内粉煤灰、水泥、外加剂等原材料的质量存在着很大差距，因此得不出类似结果。

四、大掺量粉煤灰混凝土

既然粉煤灰在混凝土中的作用如此重要，为什么粉煤灰混凝土，主要是大掺量粉煤灰混凝土长时间得不到推广呢？在这里提出一个新的看法：目前许多规范中规定的钢筋混凝土中的掺量限制（例如25%），对配制中低强度的混凝土来说，恰恰是最不利于发挥粉煤灰作用的掺量。换句话说，粉煤灰必须用大掺量，才能发挥良好的效果。这是为什么呢？

如上所述，掺用粉煤灰要想取得良好效果，水胶比必须低，而中低强度混凝土的水泥用量通常在350kg/m3以下。这种条件下，即使掺用再好的减水剂，水灰比（水胶比）也只能在0.50左右。因为再减小时，浆体体积就满足不了填充骨料空隙并形成足够厚度润滑层的需要。当掺加粉煤灰时，由于它比水泥轻，等重量替代水泥时可以增大胶凝材料的体积，所以可以使混凝土的水胶比降低。但是当其掺量较小时（如规定的25%以内），增大胶凝材料的体积有限，降低水胶比的作用也就有限。前面谈到的加拿大CANMET进行的大掺量粉煤灰混凝土性能之所以优异，正是因为它在胶凝材料用量为350kg/m3的条件下，粉煤灰占到57%以上，从而将水胶比降低到0.30左右获得的结果。我们重复了它的胶凝材料比例进行试验，因此也得到了类似的效果。

大掺量粉煤灰混凝土不仅强度发展效果良好，而且各种耐久性能也十分优异。由于能够明显降低水化温升，也大大减小了混凝土早期出现开裂的危险，可以说是一种适用于除了早期强度要求非常高以外，能够满足各种工程条件，尤其是侵蚀性严酷环境要求的高性能混凝土。例如公路路面板、桥面板就是这样一类结构，不仅工作环境严酷，而且需要耐磨性良好。大掺量粉煤灰混凝土的后期强度增长幅度大，恰好满足了这样的要求——强度和耐磨性随着时间不断增长。但是目前的耐磨性试验不适宜于判断这种混凝土的耐磨性，因为通常就在28天龄期进行快速试验——用钢球在试件上快速旋转产生的磨耗量来评价。这也说明：推广新材料、新技术需要伴随试验评价方法的改进。

当然，任何事物都有它的两面性，大掺量粉煤灰混凝土也存在局限性。其中，粉煤灰—水泥—化学外加剂之间的相容性，表现为混凝土水胶比能否有效地降低，使粉煤灰能充分发挥作用，自然是应用这种混凝土首先要检验的问题。一般来说，当水胶比只能在0.40以上时，在中等强度要求的混凝土中使用的效果就可能成问题了。其次，由于大掺量粉煤灰混凝土的水泥用量大幅度减少，因此对于水泥质量的稳定性和粉煤灰品质的稳定性就比较高，当两者的质量产生波动时，会给使用效果带来明显的影响。不过大掺量粉煤灰混凝土的水胶比较低这一特性，也有减小混凝土性能波动的益处。同时，从拌合物的工作度检验中，操作人员比较易于获得粉煤灰质量发生了波动的信息，便于及时采取措施减小或避免损失。此外，工程所在地附近一定半径范围里，有可以适用的粉煤灰来源也十分重要，过长的运输距离不仅使粉煤灰使用费用增加，也给及时满足工程对粉煤灰货源的需求带来困难。

另外，在使用大掺量粉煤灰混凝土时，需要注意以下施工条件和事项：

1）配制混凝土的骨料级配良好，以减小空隙率，利于水胶比降低，保证使用效果；

2）必须采用强制性搅拌机拌合这种混凝土，以保证其均匀性，由于它比较粘稠，在出机口、罐车进料口、入泵口以及摊铺过程要采取相应措施；

3）混凝土坍落度应控制比普通混凝土减小（不影响泵送与震捣）；浇注后，要及早喷洒养护剂或覆盖外露表面，但一般情况下无需喷雾或浇水养护；

4）气温过低时，要采用保温养护措施，且适当延缓拆模时间，使混凝土硬化和强度发展满足施工需要。

五、混凝土材料的可持续发展

混凝土材料是当今用量最大、用途最广泛的建筑材料，据统计，每年全世界的耗用量接近100亿吨。如此巨大的用量，伴随着生产、使用过程带来矿石资源、能源的消耗，以及对大气和环境造成的污染，已引起全世界业内的关注。

我国的水泥产量多年来居世界首位，占1/3以上。同时我国粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于发展基础设施建设的需要，有关部门仍在计划投资建设更多水泥厂。过去在混凝土里掺用粉煤灰，是为了节约水泥、降低工程材料费用，今天对混凝土掺用粉煤灰的认识，应该提高到保护环境、保护资源，使混凝土材料可长久地持续应用于基础设施建设中的高度上来认识。

大掺量粉煤灰混凝土不仅可以改善混凝土的各项性能，延长混凝土结构的使用寿命，同时可以大幅度减小耗费能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量，因此也是一种绿色混凝土。从这个角度出发，推广大掺量粉煤灰混凝土在我国土木建筑工程中的应用，是一件于国于民有显著效益的事业，必定有强大的生命力，有广阔的发展前景。