粉煤灰在混凝土中的作用及对混凝土性能影响的机理分析
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粉煤灰对混凝土性能影响粉煤灰是在燃煤电厂烟囱中收集的灰尘,在从高温到温度急剧下降的过程中形成了大量表面光滑的球状玻璃体,其颗粒比水泥细,比表面积很大,因此具有很大的活性。
主要化学成分是无定型的Al2O3、SiO2,在碱性环境下极易发生反应,生成凝胶,而水泥水化过程中产生的Ca(OH)2正提供了这样的碱性环境,使粉煤灰在混凝土中的应用成为可能,并且对混凝土的性能有很大的影响!1.粉煤灰对水泥的水化和强度的影响1.1提高混凝土的强度虽然由于粉煤灰的水化速度慢而会导致混凝土的早期强度偏低,但粉煤灰混凝土的最终强度肯定不会低于普通混凝土。
粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的,因此它的水化速度比水泥慢,待水泥水化后,粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2反应形成硅酸钙凝胶,既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构,增强了界面薄弱层,又对水泥石孔结构起到填实的作用,而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2,从而提高了混凝土的强度。
混凝土的工作性能主要表现在混凝土的流动性、粘聚性和保水性等方面。
论文发表。
粉煤灰掺入混凝土后,降低了混凝土的砂率,从而可以减少细骨料对运输管壁的摩擦;粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用,使它们分布得更均匀,阻止了水泥颗粒的粘聚。
这些都有效提高了混凝土的流动性。
由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的碱性环境中被激发的,因此它并不参加初期的水化反应,在相同水胶比和胶凝材料用量的情况下,就相对提高了混凝土水化初期的水灰比,从而提高了混凝土的流动性和粘聚性。
粉煤灰延缓了初期的水化反应,还可以明显减少坍落损失,满足混凝土运输、浇筑的要求。
粉煤灰在混凝土中可以弥补水泥用量和细集料的细粉部分的不足,有利于提高混凝土的保水性,还可以堵截泌水的通道,从而减少泌水现象。
粉煤灰有效地改善了混凝土的工作性能,提高了混凝土的施工质量,也使混凝土的自密实和高可泵性成为可能。
1.2对水泥水化的影响水泥浆体各个龄期的化学结合水含量均随着粉煤灰的增加而降低,但是水泥浆体各个龄期的等效化学结合水量却随着粉煤灰掺入的增加而逐渐的增大。
浅述粉煤灰对混凝土性能的影响随着我国建筑科学技术的发展及近年来混凝土的高强化和高性能化,矿物细掺料已成为制备高性能混凝土必不可少的组分之一,其中,粉煤灰是一种具一定物理性质和经济效益的材料。
而我国目前煤灰的年排放量为3亿吨,因此积极推动粉煤灰的综合利用,可获得巨大的社会效益和经济效益.1.粉煤灰的三大效应及其对混凝土性能的影响根据文献资料,粉煤灰在混凝土中发挥作用主要依靠三大效应:即形态效应,活性效应,微集料效应。
此三项效应主导着粉煤灰对混凝土性能的影响,此三项效应主导着粉煤灰对混凝土性能的影响,其他作用大多源于这三项效应。
形态效应是指粉煤灰的颗粒形状、细度、级配等物理特性的综合作用,在新鲜混凝土的和易性、需水量、含气量等性能方面有显著的影响。
一般情况下,级配合理,颗粒形态良好的粉煤灰,会降低混凝土集料的空隙率,同时由于其细微颗粒在混凝土中起一定的润滑作用。
相反,颗粒形态不良的粉煤灰,通常含有杂质煤并且结构疏松,其颗粒形态不良,表面粗糙,致使混凝土单方用水量的增大。
形态效应较差的粉煤灰在早期混凝土的硬化过程中使水化反应迟缓,故而骨料周围的间隙不能够充分填实。
活性效应是指粉煤灰的火山灰效应。
据资料表明,粉煤灰中有些成份具有胶凝作用。
粉煤灰的活性效应,主要影响到混凝土的强度,尤其是长龄期的强度。
因此,混凝土的设计龄期应采用较长龄期。
粉煤灰混凝土的强度主要是要求28天龄期与基准混凝土等强度。
试验表明,与基准混凝土等强度的28天龄期的粉煤灰混凝土的其他性能,基本上与同龄期的基准混凝土接近。
基于上述的活性效应的试验表明,这种28天龄期等强度的粉煤灰混凝土处于非成熟期,其后期强度潜力巨大。
粉煤灰混凝土90~180天龄期的后期强度可提高25%~30%;180天~360天龄期的强度可能增长55%~70%。
若按后期强度设计,采用添加粉煤灰的混凝土可节约20~50kg/m3水泥用量。
微集料效应是指粉煤灰玻璃微珠分散于混凝土中,起微细骨料的作用,对新鲜混凝土与硬化混凝土均产生影响。
混凝土中粉煤灰的反应机理和影响及其应用摘要:粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物,曾经被称为三“废”之一,而却因为其在混凝土的应用中而变“废”为“宝”。
虽然粉煤灰作为混凝土的掺合料已有多时,但是却依旧没有一篇文章具体将粉煤灰在混凝土的反应历程,以及粉煤灰对混凝土的性能的具体影响两个方面结合起来进行完整的论述。
因此,笔者将在小范围文献调研的基础上把粉煤灰的组成分类、粉煤灰在混凝土的反应机理以及粉煤灰对混凝土性能的影响,由此分析这三者之间的联系,并希望能够在工程应用中给出一些指导性的建议。
关键词:粉煤灰反应机理混凝土性能影响应用0.引言随着经济的发展,我国的电力事业也在不断地发展,而粉煤灰作为燃煤电厂的主要固体废物,其排出量也在不断地增长。
近年来,粉煤灰不断地作为混凝土的掺量料用于各种工程的建设过程当中,也逐渐开始了其变废为宝的过程的。
在这个过程中,人们对于粉煤灰的各种研究也在不断地进行着,其中包括粉煤灰的组成结构及其分类,粉煤灰在混凝土的各种反应机理,涉及混凝土的初期、中期以及反应后期,不同等级粉煤灰的不同掺量对混凝土的各种性能的影响并在此基础上形成了一些对于粉煤灰用于实际工程的意见与指导。
而本文,就将在小范围文献调研的基础上对以上讲到的三大研究方向的研究结果做一些简要的总结,并分析三者之间的一些联系,并在已有的基础上为工程施工提出一些意见。
1.粉煤灰的特性及其分类1.1粉煤灰的概念及其形成煤粉在高温下进行燃烧,之后会形成一种似火山灰质的混合材料,这种材料就叫做粉煤灰。
煤炭之中存在一部分不可以燃烧的东西,即煤的灰份。
当燃烧煤的发呆长将煤磨成100μm一下的煤粉,用预热空气喷入炉膛成悬浮状态进行燃烧,当煤粉在锅炉中经过燃烧之后,灰份就可以被分解析出,冷却之后就会形成灰渣。
其中,一部分灰渣的存在形态是非常细小的颗粒状,这部分灰渣就会混杂在高温形成的烟气中,并随着烟气的流动而离开炉膛,这就是粉煤灰,我们常说的是飞灰,通过集尘装置的作用,我们就可以获得这样的粉煤灰。
超细粉煤灰对混凝土水化热及物理力学性能的影响一、引言粉煤灰是煤燃烧后的主要固体废物,其广泛用于混凝土中以改善其性能。
传统的粗放型粉煤灰利用方式已不能满足现代建筑工程的需求,因此,超细粉煤灰的应用逐渐受到关注。
然而,目前关于超细粉煤灰对混凝土水化热及物理力学性能的影响仍存在争议。
本文将对此进行深入探讨,以期为相关领域提供有益参考。
二、超细粉煤灰的特性超细粉煤灰是一种粒径极小的粉煤灰,其具有较高的比表面积和活性指数。
相较于传统粉煤灰,超细粉煤灰具有更高的利用价值,可以显著改善混凝土的性能。
三、超细粉煤灰对混凝土水化热的影响超细粉煤灰具有较高的火山灰活性,可以与水泥水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等物质,这些物质可以填充混凝土内部的孔隙,提高混凝土的密实度。
此外,超细粉煤灰还可以延缓水泥的水化过程,降低混凝土的水化热。
四、超细粉煤灰对混凝土物理力学性能的影响超细粉煤灰可以显著改善混凝土的物理力学性能。
一方面,超细粉煤灰的微粒填充作用可以减少混凝土内部的孔隙,提高其密实度,从而增强其抗渗性能。
另一方面,超细粉煤灰的活性成分可以与水泥水化产物发生二次水化反应,生成更多的凝胶物质,增强混凝土的强度。
此外,超细粉煤灰还可以改善混凝土的抗裂性能和耐久性。
五、结论超细粉煤灰对混凝土水化热及物理力学性能具有显著影响。
通过合理利用超细粉煤灰,可以降低混凝土的水化热,提高其抗渗性、强度和耐久性。
然而,目前关于超细粉煤灰在混凝土中的应用仍需进一步研究和探讨,例如最佳掺量、作用机理等方面的问题。
未来可以通过开展相关实验研究,进一步揭示超细粉煤灰对混凝土性能的影响规律,为建筑工程提供更加科学合理的指导。
六、建议与展望在建筑工程中应用超细粉煤灰时,应充分考虑其特性及对混凝土性能的影响。
为了更好地发挥超细粉煤灰的优势,建议采取以下措施:1.加强实验研究:通过开展系统的实验研究,进一步揭示超细粉煤灰的作用机理及其对混凝土性能的影响规律。
粉煤灰对混凝土性能的作用1、粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质。
粉煤灰混凝土是指掺加粉煤灰的混凝土,包括用水泥厂生产中掺粉煤灰的硅酸盐水泥制备的混凝土。
通常所讲的粉煤灰混凝土是指配制混凝土混合料时将粉煤灰作为一种组分加入搅拌机配制而成的混凝土。
粉煤灰作为一种重要而已被普遍利用的混凝土辅料,一般具备改变基准混凝土的新拌、硬化和使用诸性能的能力。
随着对粉煤灰认识的逐渐深入,人们充分认识到利用粉煤灰已不仅仅是取代水泥、节约能源以及减少环境污染的问题,粉煤灰已经成为对混凝土改性的一种重要组分。
2、粉煤灰的特性2.1粉煤灰的物理性质粉煤灰的比重在1.95~2.36之间,松干密度在450 kg/m3~700kg/m3范围内,比表面积在220 kg/m3~588 kg/m3之间。
由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性,在松散状态下具有良好的渗透性,其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。
粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性,同比粘性土其压缩变形要小的多。
粉煤灰的毛细现象十分强烈,其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。
粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体,主要由氧化硅玻璃球组成,根据颗粒形状可分为球形颗粒与不规则颗粒。
球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠,若据其在水中沉降性能的差异,则可分出飘珠、轻珠和沉珠;不规则颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。
2.2粉煤灰的化学成分粉煤灰是一种火山灰质材料,来源于煤中无机组分,而煤中无机组分以粘土矿物为主,另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。
因此粉煤灰化学成分以氧化硅和氧化铝为主(含量约氧化硅48%,氧化铝含量约27%),其他成分氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质(烧失量)。
不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰,其化学成分差别很大。
3、粉煤灰对混凝土施工性能的影响掺加粉煤灰可以改变混凝土和易性,增加混凝土粘性,减少离析与泌水,降低由于水化热带来的混凝土温度升高,减少或消除混凝土中碱基料反应,同时,也可以节省水泥的用量。
摘要:研究了粉煤灰对新拌混凝土工作性能的影响。
研究结果表明,随着粉煤灰掺量增加,胶凝材料的相对需水量将降低,坍落度增大,坍落度经时损失减小,泌水及离析得到改善。
关键词:新拌混凝土;工作性能;粉煤灰粉煤灰混凝土的工作性能主要包括需水量、坍落度、坍落度损失、泌水及离析等。
粉煤灰对混凝土工作性能的改善。
主要是通过其中的玻璃微珠及细小颗粒的形态效应及微集料效应进行的。
这种改善作用主要表现在与工作性能相同的等效混凝土浆体对比上。
1 粉煤灰对新拌混凝土需水量的影响试验采用粉煤灰等量取代水泥的方法来研究增加粉煤灰掺量对降低胶凝材料需水量的效果。
试验结果如图1所示,并回归出相对需水量与粉煤灰掺量的2次相关关系式:y=0.0018x2-0.3372x+100.0086R2=0.996(1)图1和式(1)都表明:需水量随着掺灰量增加而减小;当掺灰量<50%时,需水量减小幅度较大;当掺灰量>50%时,需水量减小幅度很小。
这说明掺灰量过大并不能有效降低胶凝材料的需水量。
2 粉煤灰对新拌混凝土坍落度的影响首先进行掺灰量对混凝土坍落度的影响试验,然后将研究结果绘成图2,同时回归出混凝土坍落度与粉煤灰掺量的2次相关关系式:y=-0.0101x2+1.6292x+190.2217R2=0.944(2)图2和式(2)表明:混凝土的坍落度随掺灰量增加而增大:当掺灰量<50%时,坍落度增加较快;当粉煤灰掺量>50%时,坍落度增加较为平坦。
这说明掺灰量过大对增加混凝土的坍落度无益。
当前很多混凝土都是在搅拌站生产的。
由于搅拌站与施工场地有一定距离,施工中要求混凝土的坍落度损失越小越好。
本试验测试出了不同掺灰量下混凝土1h和3h的坍落度,见图3。
从图3可以看出,经过1h和3h,混凝土坍落度的减小幅度随着掺灰量增加而下降,特别是当掺灰量<50%时。
这说明适当掺入粉煤灰能有效减小混凝土的坍落度损失。
3 粉煤灰对新拌混凝土泌水和离析的影响混凝土中加入粉煤灰,能弥补水泥和细集料的不足,降低需水量,阻塞泌水通道,从而改善混凝土的泌水性,增加混凝土的防渗能力。
粉煤灰对混凝土强度的影响及在混凝土中的应用粉煤灰对混凝土强度的影响及在混凝土中的应用摘要:在混凝土中掺入粉煤灰起到节能减排、降低水化热、改善工作性能、防盐碱侵蚀、降低温度敏感性及降低工程造价等重要意义。
本文以工程实例详细阐述了粉煤灰各不同比例掺入量对混凝土强度及其它性能的影响,并根据试验结果作为进行施工配合比选择的依据。
关键词:混凝土强度掺入粉煤灰配合比中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:1前言粉煤灰是火力发电厂从煤粉锅炉排出的烟气中收集到的细微粉末,其数量在电厂煤粉锅炉排出的煤灰渣量中占最大比例。
煤粉在锅炉炉膛中呈悬浮状态燃烧,其中的不燃物大量混杂在高温烟气中,由于其表面张力的作用,形成大量细小的球形颗粒,并从废气中收集下来的细颗粒粉末。
随着社会的进步、科学的发展及人民生活水平的提高,工厂的生产及人民日常生活越来越依靠电力作为动力,使得电力需求大幅增长,电力工业迅速发展,发电产生的粉煤灰数量急剧增加,中国成为世界消耗煤炭最多的国家之一。
不加以利用的为废弃污染物,其堆放需要占用大量土地,用因其为煤燃烧后的烟气中收细微粉末,露天堆放的粉煤灰产生扬尘成为大气环境污染源头,若排入河道会造成河流淤塞,而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
在进行混凝土拌制时掺入粉煤灰不仅能够改善混凝土性能,减少水泥用量,降低工程造价,且在利于环境保护,所以将粉煤灰利于混凝土中具有特殊的技术、经济、环保意义。
某高层建筑结构采用C30、C35、C40及C45等强度等级的混凝土,数量巨大,如果在混凝土施工中掺入粉煤灰,取代部分水泥用量,不仅能够改善混凝土性能,同时也能够取得良好的经济效益,应在建筑施工中进行广泛推广应用。
2粉煤灰在混凝土中的作用1)粉煤灰的形态效应主要是指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙程度等物理方面的特征在混凝土中的产生应用效果。
粉煤灰主要由微珠颗粒组成,圆形的微珠能够起到滚珠的作用,降低混凝土拌和物中各种组成材料的内摩擦力而提高流动性。
1、粉煤灰对混凝土和易性的影响在优质(如I级)粉煤灰中大量的微型颗粒对混凝土中较大颗粒骨料之间的啮合产生润滑作用,减少用水量,一般优质灰可减少用水量5%~8%:另一方面由于粉煤灰的密度较低(只相当水泥密度的2/3)在用等量取代水泥时,掺加粉煤灰后混凝土体积中胶凝材料增加,从而增大了混凝土的塑性。
由于优质粉煤灰具有减水作用,使用水量降低,同时,粉煤灰中微型颗粒填充混凝土的内部孔隙,从而改善混凝土内部结构,进而使混凝土内部的原先相互连通的孔隙被其阻隔,内部自由水不易流动,泌水性能得到改善,而富有粘聚性,提高混凝土搅拌过程中的各项性能,这种性能的提高尤其适用于混凝土用于泵送运输方式。
混凝土泵送运输情况下,掺入一定比例的粉煤灰,可以有效提高混凝土的可输送性,节省混凝土中的水泥用量,并一定程度上对泵送机械起到保护作用。
2、粉煤灰对混凝土含气量的影响混凝土工程中掺入粉煤灰会导致混凝土中含碳量增加,进而引起混凝土搅拌过程中含气量的降低,比如在碾压混凝土中由于粉煤灰掺量较多,往往使要达到一定要求含气量,必须掺加比普通混凝土多数倍的引气剂用量。
由于粉煤灰有一定的缓凝作用,混凝土掺加粉煤灰后,会增长混凝土的凝结时间,粉煤灰掺量越大,混凝土凝结时间越长。
3、粉煤灰对混凝土强度的影响粉煤灰火山灰效应和减水效果是粉煤灰影响混凝土强度的两个决定性因素。
粉煤灰品质越好,其减水效果越明显,在某些一定的和易性和胶材用量条件下,减水意味着减小水胶比,有利于提高强度。
由于水泥的胶凝性比粉煤灰的胶凝性高,所以粉煤灰需要在催化剂的作用下产生二次水化反应。
因此,混凝土在掺入粉煤灰后会出现早期混凝土强度提升缓慢,后期提升快的特点。
掺加粉煤灰混凝土的3,7d 强度低于不掺的混凝土,但是到了90d,粉煤灰的水化反应加快,可能接近或达到不掺粉煤灰的混凝土。
随着龄期延长,粉煤灰的活性发挥更快些,到180d就有可能超过不掺粉煤灰的混凝土。
水工混凝土工程中,利用掺入粉煤灰后混凝土后期强度提升快的特点,可以有效提高和改善混凝土的各项性能。
水泥与混凝土生产Cement and concrete production6粉煤灰对混凝土性能的影响探讨李爱忠(厦门美益集团有限公司,福建厦门361000)中图分类号:TQ172 文献标识码:B 文章编号1007-6344(2019)10-0006-01摘要:粉煤灰会对混凝土的诸多性能产生极其重要的影响,粉煤灰越细,其中活性与水泥中的Ca(OH)2 结合度越高,保证施工的正常运行,使其中的保水性、黏聚性以及流动性保持的越好,同时也能增强混凝土的抗压强度,让混凝土的抗渗性得到增强。
本文将对粉煤灰对混凝土性能的影响进行探讨。
关键词:粉煤灰;混凝土性能;影响0 引言粉煤灰也叫飞灰,是一种比较常见的矿物参和料,将其应用于建造领域中,可以减少排放量,从而减少环境的污染。
在混凝土中加入适量的粉煤灰,可以节省水泥用量,降低施工成本,也可以使混凝土的和易性得到改善。
但是经常会出现劣质粉煤灰的现象,给生产带来很大的麻烦,因此我国相关人员一直在积极探索如何将粉煤灰更好的应用于建筑领域[1]。
1 概述粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物,主要由SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等元素构成,是我国当前存在严重污染现象的工业废渣之一。
如果处理不当,就会激起大量尘土,造成严重的大气污染;如果不慎流入水系,会阻塞河道.因此,处理粉煤灰必须要采取合适的方式,寻找处理粉煤灰的最佳渠道,进行资源的合理利用,如可作为混凝土的参和料等。
粉煤灰具有如下特征:颜色会会不断变化,慢慢从乳白色变到灰黑色,颜色因具有明显的变换,所以一直是测量质量的重要指标,能够比较直观的反应碳含量的多少,并在某种程度上可以显示粉煤灰的细度,颜色比较深的粉煤灰通常粒度都会较细,也就预示着含碳量比较高。
2 国内外粉煤灰应用情况粉煤灰的用途主要有以下几个方面:(1)应用粉煤灰制成的的加气混凝土砌块,主要是通过一些系列工序加工将水泥和石灰制成的多孔混凝土砌块,主要作为新型墙体材料,材料和质地比较轻,具有保温节能的作用,原材料分别是粉煤灰、石灰、水泥、石膏、发气剂等,其中比例占得最多的就是粉煤灰,大多占原料料的70%左右,这些原材料进行一道道工序加工之后,形成了粉煤灰加气混凝土,粉煤灰加气混凝土的制作方法如下:首先需要对原材料进行加工,搭配相应的原料,然后将原材料进行均匀搅拌,紧接着开始浇注,再是进行发气,使原材料稠化,稠化之后进行切割,最后进行蒸压养护。
混凝土中掺入粉煤灰的原理一、引言混凝土是目前建筑领域中最常用的材料之一,但是常规的混凝土存在着一些问题,比如强度不够高、耐久性差等。
为了解决这些问题,人们开始研究掺入粉煤灰的混凝土。
二、粉煤灰的介绍粉煤灰是一种由燃煤产生的细粉状灰烬,主要由氧化硅、氧化铝和氧化钙等组成。
由于其细小的颗粒和高度玻璃化特性,粉煤灰具有良好的反应性和细密性,能够在混凝土中起到一定的增强作用。
三、粉煤灰掺入混凝土的原理1.减少水灰比水灰比是混凝土中水分和水泥的质量比,影响混凝土的强度和耐久性。
掺入粉煤灰可以减少水灰比,因为粉煤灰本身就含有一定的水性,能够吸收混凝土中的水分,从而降低水灰比,提高混凝土的强度和耐久性。
2.填充空隙由于粉煤灰的粒径很小,可以填充混凝土中的空隙。
这些空隙是由于混凝土中的骨料和水泥颗粒之间的间隙所形成的,如果不填充这些空隙,混凝土就会出现裂缝,影响其强度和耐久性。
3.反应生成新的水化产物粉煤灰是一种活性的矿物质,能够和水泥发生反应生成新的水化产物,从而提高混凝土的强度和耐久性。
这些新的水化产物一般是硬化物或者胶凝物,能够填充混凝土中的空隙,增强混凝土的强度。
4.减少水泥的使用量掺入粉煤灰可以减少混凝土中水泥的使用量,因为粉煤灰本身就含有一定的硅酸盐和铝酸盐等成分,能够和水泥一起发生反应,从而减少水泥的使用量,节约成本。
四、粉煤灰掺入混凝土的影响因素1.粉煤灰的类型和性质不同类型和性质的粉煤灰对混凝土的影响不同,一般而言,活性较高的粉煤灰对混凝土的增强作用较大。
2.掺入量掺入量是影响混凝土性能的重要因素,如果掺入量过多,反而会降低混凝土的强度和耐久性。
3.砂率、水灰比、骨料、掺合料等因素这些因素也会影响混凝土性能,需要在掺入粉煤灰时进行综合考虑。
五、结论综上所述,掺入粉煤灰可以提高混凝土的强度和耐久性,主要是通过减少水灰比、填充空隙、反应生成新的水化产物和减少水泥的使用量等方式来实现的。
但是,掺入粉煤灰的影响因素较多,需要进行综合考虑,才能达到最好的效果。
粉煤灰在混凝土中的作用及对混凝土性能
影响的机理分析
宁靖
(深圳市福盈混凝土实业有限公司,广东深圳20151027)
【摘要】本文对粉煤灰在混凝土中的作用及对混凝土性能影响的机理分析, 粉煤灰掺入混凝土后,不仅可以取代部分水泥,降低混凝土的成本,保护环境,而且能与水泥互补短长,均衡协合,改善混凝土的一系列性能,粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益。
本人根据自己的实际经验,总结了一些方法,并且在施工中收到了良好的效果,供大家参考。
【关键词】粉煤灰;混凝土;作用;混凝土性能;机理分析
一、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(二氧化硅)和AI2O3(三氧化二铝)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。
二、粉煤灰指标对混凝土性能的影响
粉煤灰对混凝土最直观的影响是新拌混凝土工作性能的需水量比,和对硬化混凝土的力学强度(强度活性指数)。
1.需水量对于粉煤灰的很多工程应用是非常重要的物理指标,它是指粉煤灰和水的混合物
达到某一流动度下所需要的水量,粉煤灰需水量越小工程利用价值就越大。
有的学者采用下列函数表示粉煤灰需水量比Y与粉煤灰细度XM(45μm筛余%)、密度X2、烧失量X3的关系。
Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1) Thomas
根据比较多的实验给出需水量比Y与粉煤灰细度XM(45μm筛余%)之间的关系如下式。
当烧失量3~4%时 Y=88.76+ 0.25XM (1.2) 相关系数r=0.86
当烧失量5~11%时Y=89.32+ 0.38XM(1.3) 相关系数r=0.85
上述3个实验归纳式说明细粉煤灰可以降低粉煤灰的需水量比,其中的机理可能是磨细粉煤灰粉碎空心颗粒,释放内部的自由水分,另一方面也提高了粉煤灰的堆积密度所致,因此细磨粉煤灰是改善粉煤灰品质的一项技术措施。
从(1.1)式可以看出影响粉煤灰需水量比的另一因素是烧失量,烧失量越大粉煤灰的需水量比越大,对粉煤灰烧失量贡献最大的物质主要是有机成分的未燃尽的残碳和未变化或变化不
明显的煤粒。
K.Wesche试验粉煤灰掺量为20%,结果表明,随烧失量增加粉煤灰水泥砂浆的相对流动扩展度迅速降低,当烧失量超过10%时,粉煤灰的相对扩展度比基准水泥砂浆还低。
烧失量对粉煤灰需水量比的影响是由于未燃尽的残碳的存在,主要以空心碳和网状碳的形貌存在,其存在的状态是单体形式、粘结在粉煤灰颗粒的表面、被包裹在粉煤灰颗粒中三种形式。
这些粗大多孔的碳颗粒不仅使粉煤灰的需水量比增大,而且对混凝土的引气剂效果产生不利的影响,因为这些碳粒更容易吸附引气剂。
因此掺加高烧失量粉煤灰通常需要更大计量的引气剂。
此外高烧失量的粉煤灰因为含炭组分高的颗粒比较轻,在混凝土搅拌、运输和成型过程中容易浮到表面造成混凝土的离析。
由上可见,影响粉煤灰需水量比的因素主要为细度、烧失量。
细度:对和易性的影响主要体现在粘聚性方面,另外掺量过高对强度也有影响。
对耐久性也有影响,细度大的粉煤灰耐久性差,实体中混凝土碳化较大。
烧失量:粉煤灰中的未燃碳是有害成分,烧失量越大,含碳量越高,混凝土的需水量就越大,从而导致水胶比提高,严重影响了粉煤灰效用的充分发挥,同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。
需水量比:需水量比是核心,关系到外加剂掺量/混凝土需水量等。
影响需水量比的因素除了烧失量和细度外,还有含珠率、微珠的粒形状等等因素,是“先天”条件所决定,难以“后天”弥补。
2.粉煤灰细度对混凝土强度的影响
细度是衡量粉煤灰品质的主要指标,粉煤灰细度大小,对所配制的混凝土性能影响很大。
(1) 这是因为细灰中含有大量具有火山灰活性的玻璃微珠,当掺入混凝土中时,能与水泥水化析出的Ca(OH)2反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。
(2) 它们在混凝土中,能起到滚珠作用、解絮作用和致密作用,从而减少混凝土的用水量改善和易性,提高密实性。
(3) 这些微珠,均匀分布于水泥浆体中,能增强硬化浆体的结构强度,改交了混凝土的均匀性,填充和细化了混凝土的孔隙和毛细孔(更多关于粉煤灰加气块的技术细节,请关注我们的微信公众平台:混凝土论坛及技术交流,微信号:sz2942530023,QQ交流:465427504,QQ 群 241904460)。
所以,掺用这样的粉煤灰,不仅能取代部分水泥和细集料,降低成本,还能改善混凝土的性能,提高工程质量。
而颗粒较粗的粉煤灰,多为海绵状多孔体、珠连体和没烧透的碳粒,其强度低、活性小,用于拌制混凝土,不但增加水泥浆体中的疏松颗粒,还会增加用水量,对砼质量有不良影响。
为此,国内外有关用于混凝土的粉煤灰技术标准,多把“细度”列为首要考核指标。
三、粉煤灰在混凝土中的作用
粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒,亦称飞灰,其化学成分主要是SiO2(45~65%)、Al2O3(20~35%)及Fe2O3(5~10%)和CaO(5%)等,粉煤灰掺入混凝土后,不仅可以取代部分水泥,降低混凝土的成本,保护环境,而且能与水泥互补短长,均衡协合,改善混凝土的一系列性能,粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益
1 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。
2 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。
3 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。
4 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,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。
5 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。
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。
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