粉煤灰对钢筋混凝土耐久性能的影响及其应用研究

      粉煤灰对钢筋混凝土耐久性能的影响及其应用研究粉煤灰在国内已经应用多年。但一般只把它当作一种经济的掺合料，试验方法、使用规定均以代替“为出发点，以适应于水泥的条件来检验粉煤灰的效应，所以得出的结论总是掺量有限，多了不利。泵送混凝土使粉煤灰从经济掺合料走向了多能材料，但离充分发挥粉煤灰作用还有一定的距离。随着国内外对粉煤灰的大量研究及工程应用实践，结果表明，在钢筋混凝土中掺入粉煤灰能改善混凝土内部结构、大幅提高混凝土的耐久性，其有着良好的技术性、经济性与社会意义。正是基于粉煤灰对提高混凝土耐久性的良好应用前景，本文根据国内外研究情况，阐述粉煤灰对钢筋混凝土耐久性的影响及机理，并对其应用进行探讨。

　　1. 抗渗透性向混凝土中掺入粉煤灰，能够改善混凝土界面结构，使其渗透通道比基准混凝土的弯曲；

　　粉煤灰中活性成分火山灰反应生成的水化硅酸钙C-S- 日凝胶 ）能填塞水泥石中的毛细孔隙，堵塞渗透通道，增强了混凝土的密实度，增大了渗透阻力；同时其孔径分布与基准混凝土也不同，掺粉煤灰混凝土大孔数量较少，其渗透系数也较小，具有良好的抗渗能力。

　　2. 抗冻融性掺粉煤灰混凝土具有良好的抗冻融性能。

　　其对混凝土抗冻融性的影响有以下3 个方面，活性效应固定了氢氧化钙，使之不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙。形态效应能使混凝土用水量减少，明显有利于减少孔隙和毛细孔。填充效应可使截留空气量和泌水量减少，并使孔隙细化，有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀，从而大大改善了混凝土的抗冻性能。有试验表明31，采用 I 级粉煤灰和低引气型高效减水剂双掺技术，所制备的C50粉煤灰混凝土具有良好的抗冻性，能经受300次（ 慢冻法 ）冻融循环。加拿大的M alh otra V.M. etal 通过试验141发现，50次冻融循环后，高掺量粉煤灰混凝土有轻微的表面剥落，经300次冻融循环后，其出现的膨胀不会对混凝土造成危害，经1000 次冻融循环后，试件内芯仍处于完好状态。还有研究5] 发现，混凝土的抗冻性随粉煤灰掺量的增加而提高。如果在粉煤灰混凝土中加入引气剂，其抗冻性会大幅提高。

　　3. 抗碳化性对混凝土的碳化作用有两方面的影响。

　　如用粉煤灰取代部分水泥，使得混凝土中水泥熟料的含量降低，析出的氢氧化钙数量必然减少，同时粉煤灰二次水化反应（ 主要吸收Ca（OH）：生成水化硅酸钙，均导致混凝土碱度降低，亦即混凝土抗碳化性能降低，这是不利的一方面。粉煤灰的微集料填充效应，能使混凝土孔隙细化，结构致密，在一定程度上能延缓碳化的程度，但是对防碳化扩散来说，是达不到钢筋混凝土的要求的。对于粉煤灰的不利影响，现在已有相应的措施加以改善。如研究6] 发现，当粉煤灰掺量等于或小于40 、复掺矿渣粉至总量为60%，70% 和80% 时，混凝土碳化深度均比单掺60% 粉煤灰混凝土的要低；粉煤灰掺量为50% 、矿渣粉掺量为10% 时，混凝土的碳化深度也比单掺60% 粉煤灰的要低得多。即使用粉煤灰与矿渣粉的复掺技术可显著缓和单掺粉煤灰混凝土抗碳化能力的下降，或在保持抗碳化性能不下降的情况下，可提高高强微硅粉混凝土中掺合料的总量，降低水泥用月巨。

　　4. 抗氯离子渗透能力掺粉煤灰混凝土有较强的抗氯离子渗透能力。

　　混凝土中掺入粉煤灰，能够改善水泥石的界面结构，粉煤灰中活性成分火山灰反应生成的水化硅酸钙C-S-H 凝胶，填塞了水泥石中毛细孔隙，堵塞渗透通道，增强了混凝土的密实度，且C-S-H 凝胶会吸附氯化物于其中，因而提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。大连理工大学通过掺有矿物掺和料的混凝土扩散性能试验71 发现，在相同水胶比条件下，添加30%-45% 的粉煤灰后，混凝土的氯离子扩散系数明显低于基准混凝土，说明掺粉煤灰可以明显的提高混凝土结构抗氯离子渗透能力。进一步研究发现，同时掺粉煤灰和硅灰的混凝土抗氯离子渗透能力优于单掺粉煤灰混凝土，在硅灰掺量为3% 的情况下，双掺粉煤灰和硅灰比单掺硅灰时的混凝土抗氯离子渗透能力更强，而硅灰掺量在4% 和5% 时，单掺硅灰比双掺时好。

　　5. 抗硫酸盐能力美国工程实践表明，抗压强度或其它情况相同时，混凝土的粉煤灰含量越高，其抗硫酸盐的能力越强。

　　6.抗碱一集料反应能力掺粉煤灰能降低混凝土的碱性，有效抑制碱一集料反应。

　　掺粉煤灰能大幅提高混凝土的耐久性。但应用中有几点需要认真研究 ：

　　掺粉煤灰混凝土的抗碳化性需要改善。措施包括：适当增加混凝土保护层厚度。在粉煤灰混凝土中掺入耐久性改善剂。据研究，掺入耐久性改善剂，可提高混凝土的抗碳化性能。例如掺入耐久性改善剂的钢筋混凝土结构 （水灰比为05，保护层40mm），其碳化速度极慢。

　　粉煤灰混凝土搅拌时，由于粉煤灰遇水易粘结成团，因此应与水泥同时投料并拌匀，然后再加水搅拌，搅拌时间宜延长，其潮湿养护时间也应适当延长。

　　复掺即粉煤灰、微硅粉和矿渣粉等复合使用.能补偿单掺之不足，使单组分充分发挥各自的效应。并由于各组分颗粒形态、细度、化学组成均有不同，有可能相互激发，相互补充，对水泥石的孔结构产生复合效应，这种复合效应有待于作进一步的深入研究。粉煤灰中的粗颗粒可在混凝土中起稳定体积的作用，故不必追求细度。碳会降低粉煤灰的抗裂性，故对粉煤灰重点应控制烧失量。