粉煤灰高性能混凝土的工程應(yīng)用
2005-03-16 00:00
［摘要］
本文對(duì)粉煤灰高性能混凝土的各項(xiàng)性能作了詳細(xì)的研究，并針對(duì)粉煤灰的摻入量對(duì)混凝土各種性能的影響以及粉煤灰混凝土在施工中應(yīng)注意的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討。
［關(guān)鍵詞］
粉煤灰混凝土 高性能 耐久性
1．概 述
粉煤灰作為一種工業(yè)廢料，資源豐富、價(jià)格低廉，且含有大量的活性成分，是現(xiàn)代混凝土中非常重要的一個(gè)組分。優(yōu)質(zhì)粉煤灰合理地應(yīng)用于混凝土中，不但能部分代替水泥，節(jié)省工程造價(jià)，而且，其特有的性能可以很有效地用于各種使用要求的混凝土中，改善和提高混凝土的性能，是高性能混凝土中的理想摻和料。在現(xiàn)代混凝土中，粉煤灰已經(jīng)與水泥、集料、水、外加劑同樣重要，成為混凝土中的一個(gè)組分。粉煤灰高性能混凝土是以耐久性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的混凝土。它以優(yōu)異的耐久性（而不是高強(qiáng)度）為主要特征，也就是說(shuō)，任何強(qiáng)度等級(jí)的混凝土都可以做成高耐久性混凝土。為達(dá)到高耐久性，粉煤灰混凝土應(yīng)具備的性能是：在新拌狀態(tài)有良好的工作性，即高流動(dòng)性而不離析、不泌水，以使成型均勻、密實(shí)，水化硬化早期的沉降收縮和水化收縮小，溫升低，硬化過(guò)程干縮小，以達(dá)到無(wú)初始裂縫，硬化后的滲透性低。
2．對(duì)“粉煤灰效應(yīng)”的認(rèn)識(shí)
粉煤灰的“功能”和“效應(yīng)”是所有粉煤灰材料技術(shù)和工程的應(yīng)用基礎(chǔ)。在混凝土中摻加粉煤灰，應(yīng)對(duì)粉煤灰的功能作全面的認(rèn)識(shí)，由原來(lái)對(duì)粉煤灰的“火山灰反應(yīng)”及“經(jīng)濟(jì)組分”的概念，擴(kuò)展到“粉煤灰效應(yīng)”的技術(shù)意識(shí)，使得粉煤灰功能能夠更好地服務(wù)于混凝土的性能改善和質(zhì)量提高。粉煤灰在混凝土中的作用有以下幾點(diǎn)： 1 .形態(tài)效應(yīng)：粉煤灰的主要礦物組成是海綿狀玻璃體、鋁硅酸鹽玻璃微珠，這些球形玻璃體表面光滑，粒度細(xì)，質(zhì)地致密，內(nèi)比表面積小，對(duì)水的吸附力小，這一系列的物理特性，不僅減小了混凝土的內(nèi)摩擦阻力，有利于混凝土流動(dòng)性的提高；而且，對(duì)混凝土有不同程度的“減水”作用； 2 .活性效應(yīng)：粉煤灰的活性成分SiO2和AI2O3與水泥的水化產(chǎn)物在有水的情況下發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣（C-S-H）和水化硫鋁酸鈣（C-A-S-H），這些反應(yīng)幾乎都在水泥漿孔隙中進(jìn)行，生成的水化產(chǎn)物填充、分割原來(lái)的大孔，使孔隙細(xì)化，可降低混凝土內(nèi)部的孔隙率，改變孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土各組分的粘結(jié)作用； 3 .微集料效應(yīng)：粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，填充孔隙，起到“細(xì)化孔隙”的作用，同時(shí)，阻止水泥顆粒的相互粘聚，而使之處于分散狀態(tài)，有利于混合物的水化反應(yīng)，粉煤灰不會(huì)完全與與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，能長(zhǎng)期保持其“微集料效應(yīng)”； 4 .界面效應(yīng)：集料與水泥石之間的界面是混凝土結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，過(guò)渡區(qū)域的寬度隨水灰比、集料吸附特性不同而異，過(guò)渡區(qū)域具有比水泥漿體更多、更大的孔隙。摻加粉煤灰能減小過(guò)渡區(qū)域?qū)挾?，干擾過(guò)渡區(qū)域中Ca（OH）2晶體的取向性，提高混凝土中的界面強(qiáng)度和密實(shí)性。
3．粉煤灰混凝土的性能
粉煤灰對(duì)混凝土性能的改變可分為三個(gè)階段： 1 .新拌混凝土階段: 影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間，改善和易性，改變流變性質(zhì)，提高可泵性等； 2 .硬化中的混凝土階段: 調(diào)節(jié)硬化過(guò)程，降低水化熱； 3 .硬化后的混凝土階段: 提高后期強(qiáng)度，提高各項(xiàng)耐久性，如抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕性，抑制堿—集料反應(yīng)等。
3.1強(qiáng)度
粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度有三種影響：減少用水量、增大膠結(jié)材含量和通過(guò)長(zhǎng)期火山灰反應(yīng)提高其強(qiáng)度。低鈣粉煤灰中的微粒為硅氧四面體結(jié)構(gòu)，自身的活性很低。在水泥的最終產(chǎn)物中，高堿性水化硅酸鈣和Ca（OH）2膠體的結(jié)晶強(qiáng)度很低，特別是Ca（OH）2僅是托勃莫來(lái)石強(qiáng)度的1-2%，而Ca（OH）2 的體積占整個(gè)水泥石體積的25%。粉煤灰中含有的大量的硅、鋁氧化物，能逐步與Ca（OH）2及高堿性水化硅酸鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度較高的低堿性水化硅酸鈣，這樣，不但使水泥石中水化膠凝物質(zhì)的數(shù)量增加，而且也使其質(zhì)量得到大幅度提高，有利于混凝土強(qiáng)度的提高。同時(shí)，粉煤灰的摻入可分散水泥顆粒，使水泥水化更充分，提高水泥漿的密實(shí)度，使混凝土中骨料與水泥漿的界面強(qiáng)度提高。粉煤灰對(duì)抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的貢獻(xiàn)比抗壓強(qiáng)度還要大，這對(duì)混凝土的抗裂性能有利。粉煤灰混凝土的彈性模量與抗壓強(qiáng)度相類似，早期偏低，后期逐步提高，到28d時(shí)可比基準(zhǔn)混凝土提高5-10%。與鋼筋的握裹力，粉煤灰混凝土的28d粘結(jié)強(qiáng)度基本與等標(biāo)號(hào)的基準(zhǔn)混凝土相同，但粉煤灰混凝土的均勻性好，粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)值的離散性比基準(zhǔn)混凝土好。
粉煤灰的二次水化反應(yīng)一般在混凝土澆筑14d以后才開(kāi)始進(jìn)行，在溫度低時(shí)，該反應(yīng)所需的時(shí)間更長(zhǎng)。如果對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度有嚴(yán)格要求，粉煤灰的摻量不宜超過(guò)30%，冬季施工非大體積混凝土?xí)r，粉煤灰的摻量不宜超過(guò)20%。由于現(xiàn)代混凝土中外加劑的使用，一方面，可減少混凝土拌和用水量，減小水灰比，提高混凝土中水泥的濃度；另一方面，減水劑能使水泥中硅酸鈣水化所產(chǎn)生的Ca（OH）2增多，有利于粉煤灰與Ca（OH）2的二次水化反應(yīng)，激發(fā)粉煤灰的活性，這對(duì)于改善粉煤灰的早期強(qiáng)度是有效的，另外，使用粉煤灰活性激發(fā)劑或在非大體積混凝土中使用早強(qiáng)型水泥，也可以補(bǔ)償粉煤灰的摻入對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響。
3.2和易性
粉煤灰對(duì)混凝土和易性的改善作用有以下幾點(diǎn)：⑴.優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有70%以上的球狀玻璃體，這些球狀玻璃體表面光滑無(wú)棱角，性能穩(wěn)定，在混凝土的泵送、振搗過(guò)程中起著一種類似于軸承的潤(rùn)滑作用；⑵.新拌混凝土中水泥顆粒易聚集成團(tuán)，粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒，釋放更多的漿體來(lái)潤(rùn)滑骨料，有利于混凝土工作性能的提高；⑶. 摻入粉煤灰可以補(bǔ)償細(xì)骨料中細(xì)屑的不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性，同時(shí)品質(zhì)良好的粉煤灰在同樣的稠度下能減少混凝土的拌和用水量，使混凝土中的水灰比降低到更小水平，減少泌水和離析現(xiàn)象。
3.3收縮
混凝土的收縮與混凝土的拌和用水量和漿體體積有關(guān)，用水量越少，收縮也越小。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰需水量比小于100%，拌和水量的減少使摻粉煤灰混凝土28d后的自干燥收縮和干燥收縮都小。粉煤灰混凝土的干縮也隨粉煤灰摻量的提高而降低。但由于粉煤灰混凝土的水化反應(yīng)慢，水分蒸發(fā)快，所以粉煤灰對(duì)混凝土的早期干縮影響很大。為防止粉煤灰混凝土的早期收縮開(kāi)裂，對(duì)其更應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。
3.4徐變
28天齡期以前，混凝土的強(qiáng)度較低，其相應(yīng)齡期的徐變應(yīng)變也較普通混凝土的大，然而與普通混凝土等強(qiáng)度的粉煤灰混凝土在此后所有齡期的徐變均小于普通混凝土。
3.5碳化性能
粉煤灰混凝土的抗碳化性能較差。粉煤灰混凝土中的水泥用量減少，水泥水化析出的Ca（OH）2 數(shù)量也相應(yīng)減少，而且，火山灰反應(yīng)也消耗了一定量的Ca（OH）2 ，使混凝土的PH值降低，會(huì)增加混凝土的碳化速度。特別在水化早期，粉煤灰火山灰反應(yīng)程度低，粉煤灰-水泥體系孔結(jié)構(gòu)疏松，CO2、O2、水分等入侵阻力小，因此碳化深度較大。隨著齡期的增長(zhǎng)和粉煤灰火山灰效應(yīng)的逐漸發(fā)揮，碳化速度將逐漸降低。粉煤灰混凝土的碳化深度隨水灰比及粉煤灰摻量的增加而有所增加。在水灰比為0.5-0.55，粉煤灰摻量不大于30%和一般施工水平的情況下，15-17年混凝土的碳化深度可達(dá)20mm左右。
碳化反應(yīng)在一定的相對(duì)濕度范圍內(nèi)進(jìn)行最快，否則，反應(yīng)較慢。當(dāng)相對(duì)濕度在25%以下或者接近100%，即混凝土在充分干燥或水飽和的場(chǎng)合，混凝土都不易產(chǎn)生碳化收縮。在基礎(chǔ)工程等不與大氣接觸的混凝土工程中，由于與CO2隔絕，不會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)，因此可較多地?fù)郊臃勖夯遥猿浞纸档突炷恋乃療?，提高混凝土的耐久性。采用超量取代法，較低的水膠比，同時(shí)摻加以減水劑為主的外加劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。
3.6鋼筋銹蝕
混凝土中的鋼筋能夠防銹是由于混凝土的堿性（PH≥12.5）在金屬表面形成一層致密的鈍化膜。在混凝土中摻加粉煤灰，一方面會(huì)消耗Ca（OH）2 ，降低混凝土的堿環(huán)境；另一方面，粉煤灰又與Ca（OH）2反應(yīng)生成水化物，提高混凝土的密實(shí)度，增加混凝土的不透水性和對(duì)氯離子擴(kuò)散的阻力，阻礙和防止CO2的侵入，可對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，所以粉煤灰的摻入，在防止鋼筋銹蝕方面，可以抵消因堿度降低帶來(lái)的不利影響。粉煤灰在一定的摻量范圍（FA≤24%），對(duì)鋼筋銹蝕基本無(wú)影響，甚至優(yōu)于空白混凝土。但是若粉煤灰的摻量大于30%，混凝土的 碳化可使混凝土的PH值由12.5降至8.5左右，在這樣低的PH值條件下，鋼筋不再鈍化。當(dāng)碳化深度到達(dá)鋼筋位置，保護(hù)層被完全碳化，在水與氧氣滲入的條件下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕而導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂甚至破壞。
3.7水化熱
粉煤灰對(duì)降低混凝土水化熱的作用十分明顯。低鈣粉煤灰在頭幾天的水化程度并不明顯，所產(chǎn)生的水化熱僅及水泥的一半。在混凝土中用粉煤灰取代20%的水泥，可使混凝土7d的水化熱下降11%。1-28d齡期內(nèi)，大致為摻入粉煤灰的百分?jǐn)?shù)，就是溫升和水化熱降低的百分?jǐn)?shù)。在大體積混凝土中粉煤灰的摻入一般可使水化熱峰出現(xiàn)的時(shí)間延緩至3d以后才出現(xiàn)，可以有效防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。
3.8堿-集料反應(yīng)
粉煤灰對(duì)有效抑制混凝土堿-集料反應(yīng)的作用已被世界公認(rèn)。一方面粉煤灰中的活性成分SiO2、AI2O3與水泥的水化產(chǎn)物Ca（OH）2反應(yīng)，降低混凝土的堿度；另一方面粉煤灰較大的比表面可吸收K+、Na+、OH—，使之富集在粉煤灰微粒的表面，使骨料周圍的堿金屬離子及ＯＨ—減少，降低混凝土孔隙中的堿濃度，從而削弱了混凝土的堿—集料反應(yīng)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，粉煤灰摻量大于20%時(shí)，抑制堿-集料反應(yīng)才有效，當(dāng)摻入30%時(shí)可有效抑制堿-集料反應(yīng)。低鈣粉煤灰中的有效Na2O和K2O都能加速水泥的水化反應(yīng)，并且能激發(fā)粉煤灰中化學(xué)活性成分SiO2、AI2O3與Ca（OH）2的二次水化反應(yīng)，因此粉煤灰中的有效堿是有益的。
3.9抗凍性
粉煤灰混凝土28d以前齡期，混凝土的孔結(jié)構(gòu)較純水泥混凝土的粗，故粉煤灰混凝土的早期抗凍性要下降。隨著粉煤灰摻量的增加，抗凍性下降的幅度也越大。但隨著齡期的增長(zhǎng)，其抗凍性下降的幅度大大縮小。在等強(qiáng)超量取代的條件下，則對(duì)抗凍性的影響不大。在混凝土中以20%的粉煤灰代替相應(yīng)的水泥，其抗凍性超過(guò)基準(zhǔn)混凝土，但摻量太高（50%）時(shí)，經(jīng)過(guò)150-200次凍融，混凝土出現(xiàn)明顯破壞?；炷恋暮瑲饬恳彩怯绊懟炷量箖瞿芰Φ闹匾蛩?。對(duì)處于嚴(yán)寒地區(qū)的粉煤灰混凝土工程，摻入適量的引氣劑，可提高其抗凍性能。粉煤灰的含碳量、燒失量、碳化性質(zhì)、細(xì)度以及粉煤灰的摻量等會(huì)影響混凝土的含氣量。隨粉煤灰摻量的增加，在相同引氣劑摻量下，混凝土的含氣量呈下降趨勢(shì)，影響混凝土的抗凍性。一般認(rèn)為這是由于引氣劑引入的氣泡被粉煤灰中的細(xì)微顆粒吸附造成的。對(duì)引氣量小于3.5%的粉煤灰混凝土其水灰比對(duì)抗凍性有顯著的影響，水灰比越小，抗凍性能越好，如果混凝土中有足夠的含氣量，則其水灰比對(duì)混凝土的抗凍性能影響不大。
3.10抗?jié)B性能
影響混凝土抗?jié)B性的主要因素是混凝土的孔結(jié)構(gòu)，包括孔的大小、數(shù)量、曲折度以及分布狀況等。粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發(fā)生火山灰反應(yīng)生成二次C-S-H凝膠，可以填充其中的孔隙，改善混凝土中水泥石的孔結(jié)構(gòu)，使總的孔隙率降低，大孔數(shù)量減少，小孔數(shù)量增多，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，分布更為合理，混凝土更加密實(shí)，抗?jié)B性能得以提高。粉煤灰的火山灰反應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期進(jìn)行的過(guò)程，不斷進(jìn)行的火山灰反應(yīng)，使粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，混凝土的抗?jié)B性也進(jìn)一步改善。粉煤灰混凝土的抗?jié)B性能與粉煤灰的摻量和混凝土的齡期有關(guān)。當(dāng)粉煤灰的摻量為30%時(shí)，其滲透系數(shù)僅為純水泥混凝土的38.5%，365d齡期的滲透系數(shù)可比28d時(shí)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
3.11 抗腐蝕性能
粉煤灰混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力有所提高。一方面，由于減少了水泥用量，也就減少了混凝土受腐蝕的內(nèi)部因素；另一方面，粉煤灰的細(xì)微顆粒均勻分散到水泥漿體中，會(huì)成為大量水化物沉積的核心，隨著水化齡期的發(fā)展，這些細(xì)微顆粒及其水化反應(yīng)產(chǎn)物填充水泥石孔隙，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)（“微集料效應(yīng)”），逐漸降低混凝土的滲透性，阻礙侵蝕性介質(zhì)侵入。氯鹽是促使鋼筋銹蝕，威脅鋼筋混凝土建筑物耐久性的最危險(xiǎn)物質(zhì)，是促使混凝土中鋼筋去鈍化的無(wú)可匹敵的殺手。大量的研究證明，氯離子從外部環(huán)境對(duì)粉煤灰混凝土的侵蝕與膠凝系統(tǒng)的密實(shí)度和粉煤灰對(duì)氯離子的物理化學(xué)吸附作用有關(guān)。氯離子在硬化粉煤灰水泥漿體中的滲透深度隨粉煤灰摻量的增加而增加。在水化早期，粉煤灰水泥體系的孔結(jié)構(gòu)比較疏松，滲透性大，氯離子的滲透深度隨隨粉煤灰摻量的增加而增加，20%以上的粉煤灰摻量將使氯離子侵蝕深度大幅度增加。但混凝土水化后期的抗氯離子的侵蝕能力可有較大的改善。在F/F+C一定的條件下，水膠比的降低可使粉煤灰的微填充、微晶核效應(yīng)得到加強(qiáng)，粉煤灰水泥漿體的密實(shí)度得到改善，因而降低水膠比，可使氯離子的滲透性減小。
3.12 泵送性能
粉煤灰混凝土具有良好的保水性能，壓力泌水值較小，其初期的壓力泌水率也明顯低于不摻粉煤灰的混凝土。由于粉煤灰的緩凝作用，水化熱降低和水化熱高峰的推遲，以及減水劑所引發(fā)的大量微小氣泡所具有的阻止拌和物沉降分層作用，使得粉煤灰混凝土塌落度經(jīng)時(shí)損失明顯減少。光滑的球狀玻璃體類似于一個(gè)個(gè)滾軸，使混凝土在泵送、振搗過(guò)程中減小了摩擦阻力，有利于混凝土在泵送時(shí)自流和在振搗時(shí)的自密。在高強(qiáng)混凝土中，由于膠凝材料用量增多，新拌混凝土的粘度較大，粉煤灰的摻入可以有效減小其粘度，有利于混凝土的泵送施工。
4．粉煤灰混凝土的配制和施工
4.1粉煤灰的摻量
粉煤灰混凝土的配制應(yīng)根據(jù)達(dá)到一定的目標(biāo)強(qiáng)度、耐久性和工作性時(shí)粉煤灰摻量和水膠比的關(guān)系來(lái)確定混凝土的配合比。要合理運(yùn)用“粉煤灰效應(yīng)”的技術(shù)意識(shí)，使粉煤灰對(duì)混凝土性能作出更多的貢獻(xiàn)。其要點(diǎn)就是：盡量使粉煤灰能在混凝土制備成材過(guò)程中，也就是在新拌、硬化中和硬化后過(guò)程中都能充分發(fā)揮粉煤灰的“功能”。此外，要使粉煤灰的應(yīng)用具備顯著的經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰的最佳摻量應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、水泥品種、工程對(duì)象、施工工藝等通過(guò)試驗(yàn)確定，并應(yīng)限制其不利影響。JGJ28-86《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在普通鋼筋混凝土中，粉煤灰的摻量不宜超過(guò)基準(zhǔn)混凝土水泥用量的35%，且粉煤灰取代水泥率不宜超過(guò)20%；GBJ146-90《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中則更明確地規(guī)定鋼筋混凝土、高抗凍融性混凝土、高強(qiáng)混凝土中粉煤灰取代水泥量的限量為≤25%；中低強(qiáng)度、泵送及大體積混凝土中粉煤灰取代水泥量的限量為≤40%。在相同的水膠比下，粉煤灰的摻量不超過(guò)20%時(shí)，粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土的性能不致發(fā)生多大的變化，只是混凝土的溫升稍有降低。只有在其摻量超過(guò)25%時(shí)，粉煤灰才會(huì)顯著改變混凝土的性能。但在實(shí)際的混凝土生產(chǎn)中，摻量一般在20%以下，或采用固定摻量法，摻量在80kg/m3以下，這些做法雖然可以避免粉煤灰摻入過(guò)多所帶來(lái)的負(fù)面影響，但也對(duì)粉煤灰的很多功能作了“犧牲”，也限制了粉煤灰“綜合效應(yīng)”的發(fā)揮。
采用超量取代法配制粉煤灰混凝土，可以改善和提高其性能。超量取代粉煤灰混凝土具有良好的抗?jié)B性能，以20%粉煤灰取代等量水泥，對(duì)其力學(xué)性能與抗?jié)B性能都極為有益。隨著粉煤灰取代水泥率的提高，混凝土強(qiáng)度下降，特別是3d強(qiáng)度下降幅度較大。粉煤灰對(duì)混凝土和易性的改善作用與粉煤灰的取代率有關(guān)，與其超量系數(shù)不明顯。隨著粉煤灰取代水泥率的提高，其塌落度均有不同程度的提高，混凝土和易性得以改善。而提高粉煤灰的超量系數(shù)，對(duì)混凝土的塌落度影響不大，但其強(qiáng)度可提高。Ⅱ級(jí)粉煤灰取代水泥率10-35%，超量系數(shù)在1.3-1.7范圍內(nèi)配制的粉煤灰混凝土可以取得良好的效果。
粉煤灰摻量的限制也應(yīng)區(qū)別構(gòu)件的性質(zhì)來(lái)選用。例如，受彎構(gòu)件在荷載作用下，由于受拉區(qū)保護(hù)層裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展，混凝土的碳化會(huì)降低對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。在沒(méi)有充分實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持以前，對(duì)用于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的摻和料用量宜偏于保守，但是對(duì)柱、基礎(chǔ)等主要受彎構(gòu)件和外包鋼管混凝土則應(yīng)大大放開(kāi)。
4.2 粉煤灰高性能混凝土的水膠比
粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)比水泥對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)與水膠比的關(guān)系更加敏感。因此，摻有粉煤灰的混凝土應(yīng)該以盡可能小的W/C+F來(lái)配制。低水膠比(0.3-0.4)是保證粉煤灰混凝土具有良好的強(qiáng)度和耐久性的必要措施，同時(shí)也是促使粉煤灰在混凝土中充分發(fā)揮作用，保證粉煤灰混凝土質(zhì)量的重要因素。在高水膠比水泥漿里，水泥顆粒被水分隔開(kāi)，（水所占的體積約為水泥的兩倍）水化環(huán)境優(yōu)異，可以迅速生成表面積增大1000倍的水化物，有良好的填充漿體內(nèi)孔隙的能力。粉煤灰雖然從顆粒形狀來(lái)說(shuō)，易于堆積較為密實(shí)，但它水化緩慢，生成的膠凝物質(zhì)少，難以使顆粒周圍的孔隙填充密實(shí)，所以摻粉煤灰水泥漿的強(qiáng)度和其它性能總是隨摻量增大呈下降趨勢(shì)。而在低水膠比時(shí)情況就不一樣了，在低水膠比的純水泥混凝土中，高活性的水泥因水化環(huán)境較差，即缺水而不能充分水化，所以隨水灰比的降低，未水化水泥的內(nèi)芯增大，生成產(chǎn)物量下降，但由于顆粒間的距離減小，要填充的空隙也同時(shí)減小，因此混凝土強(qiáng)度得到迅速提高，這種情況下，摻用粉煤灰并減少水泥用量，可以使水泥的水化條件相對(duì)改善。因?yàn)榉勖夯业乃徛?，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化加快，這種作用隨著粉煤灰摻量增大愈加明顯。（如水膠比為0.3，粉煤灰摻量為50%，初期的實(shí)際水灰比接近0.6），水泥水化程度的改善，有利于粉煤灰作用的發(fā)揮，與此同時(shí)，需要粉煤灰水化產(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小，所以其水化能力差的弱點(diǎn)在低水膠比條件下被掩蓋，而它降低溫升等其它特點(diǎn)則依然起作用。水灰比不變時(shí)，混凝土的強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加而呈非線型的降低，但是，當(dāng)水膠比很低時(shí)，粉煤灰摻量在一定范圍內(nèi)，上述影響并不顯著。
4.3 粉煤灰的質(zhì)量控制
粉煤灰的質(zhì)量對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很大。我國(guó)目前受分選技術(shù)條件的限制，一般原狀粉煤灰的品質(zhì)參數(shù)不穩(wěn)定，難以滿足結(jié)構(gòu)混凝土的要求，故需磨細(xì)并應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。磨細(xì)后的粉煤灰由于顆粒更細(xì)，增加了二次水化反應(yīng)的新界面，使粉煤灰的活性提高，混凝土的早期強(qiáng)度也得以提高。
我國(guó)的粉煤灰絕大多數(shù)是F級(jí)粉煤灰（CaO≤10%），自身活性很低。粉煤灰燒失量的大小在一定程度上反映了燃燒完全的程度和含碳量指標(biāo)，燒失量對(duì)混凝土的需水性和密實(shí)度以及化學(xué)外加劑的摻量影響很大。同時(shí)，含碳量高的粉煤灰需水量大，對(duì)混凝土的流變性、強(qiáng)度和變形都有不利的影響。而粉煤灰的顏色可以直觀地反映其含碳量、燒失量和細(xì)度指標(biāo)。在混凝土生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰的顏色，只要是含碳量很低，顏色很淺，對(duì)其細(xì)度不必苛求。
粉煤灰中SO3的含量應(yīng)該控制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。適量的SO3含量雖然可以形成較多的鈣礬石，有利于增進(jìn)混凝土的強(qiáng)度，但是，如果生成的鈣礬石過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致粉煤灰混凝土體積不安定。
4.4 粉煤灰混凝土的施工
粉煤灰的種類和摻量對(duì)混凝土的用水量影響很大。因?yàn)椴⒉皇撬械姆勖夯叶加袦p水作用，即使是有減水作用的粉煤灰，也有一定的減水范圍，而且不同粉煤灰，其摻量影響也不同。摻粉煤灰時(shí)，外加劑的選用應(yīng)先通過(guò)試驗(yàn)，粉煤灰應(yīng)與外加劑相適應(yīng)。還有需要注意的是，無(wú)論是抑制硫酸鹽的腐蝕，還是抑制堿-集料反應(yīng)，粉煤灰只有低鈣（CaO≤10%）的才有效。
粉煤灰和硅粉或磨細(xì)礦渣的復(fù)合使用在HPC和HSC中有良好的效果。由于粉煤灰對(duì)混凝土的收縮影響很小，在HPC和HSC中復(fù)合摻入粉煤灰和硅粉或磨細(xì)礦渣，可以補(bǔ)償硅粉或磨細(xì)礦渣所引起的混凝土收縮，同時(shí)，硅粉和磨細(xì)礦渣還可以提高混凝土的早期強(qiáng)度。
粉煤灰混凝土在進(jìn)行澆筑施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其塌落度，避免塌落度過(guò)大；同時(shí)，在保證充分振搗的前提下，要防止混凝土的過(guò)振，過(guò)振將使混凝土表面出現(xiàn)明顯的粉煤灰浮漿層，影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性及外觀。
粉煤灰混凝土應(yīng)及早開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，但與水泥混凝土所進(jìn)行的濕養(yǎng)護(hù)不同的是粉煤灰混凝土只需要及早用塑料薄膜或噴灑養(yǎng)護(hù)劑覆蓋，以免水分從表面蒸發(fā)，致使處于表面層的粉煤灰因缺水而不能進(jìn)行二次水化，從而導(dǎo)致表面層微結(jié)構(gòu)疏松，并為內(nèi)部水分進(jìn)一步蒸發(fā)提供通道，導(dǎo)致粉煤灰混凝土的密實(shí)性下降。而如果對(duì)剛硬化不久的粉煤灰混凝土進(jìn)行澆水等濕養(yǎng)護(hù)，尤其是在水膠比較大或者溫度較低時(shí)，會(huì)使表層混凝土水膠比加大，同樣也會(huì)形成疏松的結(jié)構(gòu)，并使水分不斷向里滲透，對(duì)混凝土整體性能造成類似的影響。這就是長(zhǎng)期以來(lái)許多粉煤灰混凝土試驗(yàn)研究得出粉煤灰摻量增大時(shí)，性能下降的重要原因。在低溫季節(jié)施工，要采取早強(qiáng)和保溫措施，粉煤灰表面最低溫度不得低于5℃，以使混凝土盡快獲得所需的強(qiáng)度。
5．結(jié) 論
⑴ 用粉煤灰配制的高性能混凝土，其抗?jié)B、抗凍、抑制堿-集料反應(yīng)效果顯著，體積穩(wěn)定性和耐久性良好。
⑵. 任何強(qiáng)度等級(jí)的混凝土以高耐久性來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，都可以做成高性能混凝土，從而可以廣泛應(yīng)用于普通建筑工程中。
⑶. 粉煤灰混凝土需要在較低的水灰比和適宜的摻量條件下，才能體現(xiàn)其良好的性能。粉煤灰取代20-35%的等量水泥，采用適宜的超量系數(shù)，水膠比為0.3-0.4時(shí)，可以制備具有優(yōu)良耐久性的高性能混凝土。
⑷. 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)粉煤灰的質(zhì)量控制，特別是其顏色和細(xì)度，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)粉煤灰混凝土的早期養(yǎng)護(hù)。
參 考 文 獻(xiàn)
1．吳中偉、廉慧珍. 高性能混凝土，中國(guó)鐵道出版社 1999
2．鄭建嵐. 現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，人民交通出版社 1999
3．高強(qiáng)混凝土與高性能混凝土譯文集（第四冊(cè) 高摻量粉煤灰混凝土專集），清華大學(xué)土木系建材教研室 1994
4．楊伯科. 混凝土實(shí)用新技術(shù)，吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998
5. 王維忠. 對(duì)粉煤灰混凝土的碳化、鋼筋銹蝕的調(diào)查研究，粉煤灰 2000.2
6. 廉慧珍、吳中偉.混凝土的可持續(xù)發(fā)展與高性能膠凝材料，混凝土 1998.6
7．覃維祖.粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，粉煤灰綜合利用 2000.3
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