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粉煤灰效应作用原理及对混凝土性能的影响

编辑:华伟银凯   发布时间:2018-8-3?

  粉煤灰具有多种效应,每种效应在对混凝土性能的影响方面是不同的,但又互相关联。随时间变化每种效应的贡献作用也有大有小,但填充效应作为单一的物理作用将不会随时间改变而增强。

  一、粉煤灰形态效应与填充效应

  1、作用原理

  粉煤灰形态效应主要表现为其中的球形玻璃体,表面光滑,粒度细且质地致密,对水吸附力较小,能减小混凝土内部的摩擦阻力,具有润滑作用和减水作用。水泥在水化初期易产生凝聚或絮凝作用,形成一种极不均匀的水化物结构,粉煤灰借助其颗粒细小的形态特点能够物理分散这些水泥絮凝体,使较多的絮凝吸附水游离出来,降低了砂浆需水量。粉煤灰填充作用表现在,较细颗粒填充在水泥浆体中,可以细化孔隙和毛细孔。

  2、对混凝土性能的影响

  优质粉煤灰能有效提高混凝土流动性及和易性,降低用水量,但劣质粉煤灰含有大量较粗的、多孔的、非球状多渣状的颗粒,反而会降低混凝土工作性,增大用水量。另外,掺入的粉煤灰越细,需水量越低,水化反应的界面也随之增长,有利于混凝土强度提高。但掺入量必须得到控制,若掺入的细灰过多,其总表面积将大于浆体所能湿润的面积,细灰反而会聚成一团,不能分散到水泥浆体中,导致强度降低。

  粉煤灰的填充效应为单一的物理作用,不随龄期增长而增长。粉煤灰在发挥其填充效应时的掺入量也应该控制,因为,粉煤灰填充过多时,混合料处于悬浮状态,而太少时,混合料处于骨架孔隙结构,只有在掺量合适时,混合料能达到骨架密实的状态,结构强度最优。

  二、微集料效应

  1、作用机理

  粉煤灰的微集料效应是指,在水泥中,粉煤灰的微细颗粒均匀分布,填充细化孔隙,同时能阻止水泥颗粒相互粘聚,有利于混合物的水化反应。粉煤灰颗粒较水泥更细,水化产物与水泥相似,在混合物的硬化中可视为“微混凝土”。

  水化反应时,水泥水化作用常局限于水泥颗粒表面,不能渗透到水泥颗粒核心或是水泥颗粒相互接触面,水化作用不彻底。掺入粉煤灰后,颗粒级配得到改善,水泥拥有更大的表面积进行水化反应。

  另外,微集料效应在时间上具有持续性,随龄期增长,粉煤灰的水化反应逐渐发生,粉煤灰与水泥浆体之间的界面接触越来越紧密,长时间内保持其效果。

  2、对混凝土性能的影响

  粉煤灰的微集料效应能有效增强结构强度,原因是粉煤灰的超细玻璃球成分在混合物中可发挥类似轴承的润滑作用,提高混合物密实度并有效改善了流动性,其细微颗粒能有效阻断浆体中泌水渠道,降低相同稠度下混凝土需水量,有效减少泌水和离析现象产生。

  另外,微细颗粒可以显著改善界面过渡区的微结构,而集料与水泥石的界面是结构的薄弱环节,微集料效应可以消除或减少界面区的原生微裂缝,消减应力集中,提高混凝土抗拉能力。但粉煤灰具有保水性,微集料效应发展缓慢使混凝土早期强度低,凝结时间较长,当凝结时间大于塑形收缩裂缝出现的时间,混凝土就会产生塑形收缩裂缝。为缓解这一现象,可使用早强剂缩短凝结时间或使用高效能的粉煤灰激发剂,并加强后期养护。

  三、活性效应

  1、化学机理

  粉煤灰中有多种不同形状的颗粒混合堆聚的粒群,但只有硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒、微珠和海绵状玻璃体是有活性的,其他结晶体或者富铁微珠活性很低甚至是惰性的。玻璃体含量和玻璃体的比表面积决定了火山灰反应速率。玻璃体是煤的灰分在高温熔融状态下骤冷而成,蕴含较多化学内能而不稳定,在与Ca(OH)2反应中,极易被Ca(OH)2腐蚀而释放出游离SiO2和Al2O3,再进行水化反应。若是硅铝质结晶体则很难被腐蚀,也就不会有明显的火山灰反应。若玻璃体比表面积大,与Ca(OH)2浆体接触面积较大,火山灰反应速度增加。因此,粉煤灰越细,含玻璃体越多,那么作为掺合料就越好。

  2、对混凝土强度的影响

  粉煤灰发生水化反应,消耗掉大量Ca(OH)2,生成硅酸凝胶和稳定的纤维状硫铝酸钙晶体,胶凝体比结晶体具有更大韧性,硫铝酸钙晶体可能较Ca(OH)2晶体具有良好的抗拉性能,且水化反应产物在粉煤灰玻璃微珠表层交叉连接,对促进混凝土强度增强起了重要作用。另外,水化硅酸钙强度较高,碱性低,使水泥石中水化胶凝物质数量增加,质量大幅提高。粉煤灰可以使水化反应更充分,提高水泥浆密实度,从而提高混凝土中骨料与水泥浆的界面强度。但是,粉煤灰的活性效应依赖于混合物中Ca(OH)2含量,所以,必须保证Ca(OH)2的最低值,换而言之,粉煤灰取代量不能是无限量的。

  

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