粉煤灰在混凝土中的机理有哪些？

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。

过去，我们认为粉煤灰只是一种节约水泥的混合材，掺入粉煤灰将使混凝土强度降低，以至于人们总是以消极的态度对待粉煤灰在加气混凝土砌块中的应用，认为在加气混凝土砌块中掺入粉煤灰是以降低强度为代价的。但是，自从20世纪80年代后期高性能加气混凝土砌块开始发展并获得广泛应用后，粉煤灰的作用发生了变化。高性能加气混凝土砌块的特点是：胶凝材料用量大，水胶比低，利用******减水剂来获得较大的流动性，在这种混凝土中，如果不掺入粉煤灰，由于拌合用水量小使早起水泥水化的水分不足，不能充分发挥全部胶凝材料的活性作用，而且由于会产生较大的水化热，不利于形成完好、密实的混凝土结构。掺入粉煤灰后，正好解决了上述问题，也就是说，掺入粉煤灰可以改善早起水泥的水化条件，提高混凝土的工作性，改善水泥与外加剂的相容性，降低水化热，使混凝土形成密实的内部结构。因此，粉煤灰不是水泥的替代物，而是混凝土的一个独立组份，使用他的目的在于提高混凝土的某一种或某一些重要性能。

　　对于粉煤灰在高性能加气混凝土砌块中的作用机理，清华大学土木工程系谭伟祖教授通过研究做出如下解释：

　　长期以来，混凝土通常是在水灰比(或水胶比)相当大的条件下制备的，这时浆体中水分所占体积大约为2/3，而悬浮在其中的水泥颗粒仅占1/3，因此需要大量的水化生成物填充于骨料与水泥颗粒的间隙，才能将其粘接为一个整体。在这种情况下，水泥的水化活性是决定性因素：水化活性越大，以为着水化速率越快，水化生成物越多，胶凝性能也越好，活性高的水泥有充分水化条件，生成大量的凝胶与结晶，满足填充空隙的需要。因而在用粉煤灰作水泥替代材料时，通常首先考虑他们的水化活性大小，即填充空隙的能力。粉煤灰与水泥水化释放的氢氧化钙反映，形成低钙C-S-H的过程本来就缓慢，要3~7d才开始；加上氢氧化钙通过表面水化生成物层向内部扩散十分困难，因此在混凝土拌合后相当长时间里，粉煤灰的水化产物依然不多，填充空隙的能力差，宏观表现为混凝土强度在一定龄期里随粉煤灰掺量增大呈线型下降。

　　在混凝土拌合物的水胶比可以大大降低的情况下，水泥颗粒或水泥与掺合料颗粒的间距明显减小，需要填充空隙的水化生成物量也随之大大减少。高活性水泥与掺合料迅速的水化，很快的消耗掉体内本来较少的水分，因此供水不足成为影响他们充分水化的主要矛盾。当然如果能及时从外界补充水分，体内缺水可以缓解然而实际情况是通常不可能及时而充分的补充水分；同时，在低水灰比情况下混凝土泌水明显减少乃至基本小时，体内的毛细孔在很短时间里被水化生成物填充而阻塞，使外界水分也没有进入混凝土的通道，致使水泥与掺合料无法充分水化，留下大量未水化的颗粒内芯。虽然内芯与水化产物的界面粘接强度很好，但因为硬化水泥浆体内大量微孔缺水，会使其自身收缩明显增大，加上由于早起温升加剧导致较大的温度收缩。这种收缩变形、环境温湿度变化、荷载等因素形成的应力叠加作用下，混凝土的微结构和性能产生不利的变化，其中最常见的现象就是宏观裂纹，外界水分和浸蚀性戒指沿裂缝侵入，并逐渐延伸、扩展，本来密不透水的混凝土结构带来危害。

　　掺入粉煤灰后以上问题得到了解决。由于粉煤灰水化比较缓慢，混您图拌合物的初始水灰比实际要大的多，这时高活性水泥的水化显然要比不掺粉煤灰的混凝土中的水化迅速而充分，产生大量的水化生成物去填充相对较小的空隙，释放出的氢氧化钙则提供粉煤灰后续的水化，使混凝土随龄期增长日益密实，水泥石和骨料的界面得到显著加强，因此获得较好的力学性能和耐久性。

粉煤 灰 在 混凝土中的良好作用，主要表现在以下三种效应:形态效应、火山灰效应、微集料效应。
1.形 态 效 应粉煤灰的主要矿物组成是铝硅酸盐玻璃珠和海绵体(包括球状颗粒、不规则碎屑颗粒的粘连体)，球状玻璃体如同玻璃球一般，质地致密，表面光滑，粒度细，内比表面积小，对水的吸附力小，流动性好，在混凝十拌和物
中起“滚珠轴承”作用。这一系列的物理特性，不仅使水泥浆需水量减小，显著地改善了新拌混凝土的工作性;而且，它们往往填充于水泥浆的孔隙中，使硬化混凝土的密实性得到很好大改善。
2， 火 山灰 效应粉煤灰的活性也称火山灰效应，是粉煤灰中的活性成分Si02和A1203等与石灰或水泥水化产物在有水存在的情况下发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等物质的能力。粉煤灰的火山灰反应滞后于水泥熟料的水
化，上述这些反应的产物填充于水泥水化产物的孔隙中，大大降低了混凝土内部的孔隙率，导致孔径细化。孔径细化和粒径细化均能改变孔结构，提高了混凝土各组分的粘结作用。
3.微 集 料 效应粉煤灰中的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，起到了分散和润滑作用，打破了水泥浆的絮凝结构。这有助于新拌和硬化混凝土均匀性的改善，有利于混合物的水化反应。同时，粉煤
灰还可以弥补混凝土中细粉料的不足，阻塞泌水通道，有利于泌水率的降低。水泥浆中粉料的增加，也使浆体体积增加，改善了混凝土的粘聚，抑制了混凝土的离析泌水现象。由于粉煤灰颗粒的形态和亲水特性，球状玻璃体可吸附一层水膜，即粉煤灰具有良好的保水性。这均有利于混凝土需水量的减小，还有助于混凝土中空隙和毛细孔的填充和“细化“。
3.1.3粉煤灰对混凝土工作性能的影响
1.流 动 性 新拌混凝土中的拌和水包括湿润固体颗粒表面的表面层水和填充固体颗粒空隙的填充水，决定新拌混凝土流动性的条件有两个:(1)固体颗粒之间的摩擦作用;(2)填充水的数量与固体颗粒孔隙率的比值，即为有效拌和水比。粉煤灰的球状颗粒具有的形态效应，起到了分散和润滑作用，可减少水泥颗粒间、水泥颗粒与骨料间的摩擦。英国J.H. Br own的研究也表明，粉煤灰可以减少新拌混凝土的屈服值和塑性粘度值。因此，从条件(1)分析，粉煤灰可以提高新拌混凝土的流变性能。而对于条件(2)，粉煤灰有对立的两方面影响作用:一方面，粉煤灰的微细颗粒能改善混凝土的颗粒级配，减小混凝土的孔隙率，增大有效拌和水比，又称填充效应;而另一方面，粉煤灰的比表面积大，所需表面层水的数量会增多，这又会减少填充水的数量，降低有效拌和水比，又称表面效应。粉煤灰对新拌混凝土流动性的影响要从形态效应、填充效应、表面效应三方面综合考虑，起影响的程度取决于这三种效应叠加的结果。文献 「16 〕研究了粉煤灰流动性对混凝土工作性的影响。结果(表3-1)表明
随粉煤灰掺量的增加，拌和物的塌落度和扩展度都增加。可见使用优质的粉煤灰
2.改 善 流 动性经时损失由于******减水剂对水泥颗粒的高度分散作用，低水胶比混凝土也可以获得大的流动性，但是由于水泥颗粒与水分的充分接触也会造成早期水化反应速度加快，水化生成物增多，因而引起混凝土塌落度损失问题。
粉煤灰的使用减少了胶凝材料中水泥的比例，使整个体系的反应速度减慢，水化反应生成物减少。因此，掺粉煤灰可明显改善混凝土的塌落度损失。粉煤灰掺量越大，改善作用越明显。
研究 结 果 表明，初始塌落度为200。的基准混凝土，2小时后的塌落度保留值仅为50mm,混凝土塌落度经时损失高达150mm，当使用15%粉煤灰后，混凝上的初始塌落度变为220mm, 2小时后的塌落度保留值为170mm，混凝土塌落度
经时损失仅为50mmo
3.提 高抗 离析和泌水性由于粉煤灰微细颗粒的填充作用优化了混凝土的颗粒级配，同时粉煤灰的分散作用使水分均匀分散，提高了整个浆体的均匀性。因此，掺粉煤灰可以提高新拌混凝土的抗离析和抗泌水性能。
3.1.4粉煤灰对混凝土强度的影响
1.粉 煤 灰 强度的发展粉煤灰高性能混凝土由于粉煤灰早期不参与水化，故早期强度相对于不掺粉煤灰的混凝土弱。但后期强度增长较大，等于大于基准混凝土(不掺粉煤灰的混凝土)。粉煤灰混凝土抗压强度随龄期的发展见图3.10
根据扫描电镜观察的结果可以定性地认为，掺粉煤灰代替水泥，在水化早期，水泥凝胶体的强度和密实性均要比未掺粉煤灰的水泥石差一些。这是由于粉煤灰的活性还未充分发挥出来，粉煤灰颗粒与水泥凝胶体之间存在着空隙，需要粉煤灰进一步水化生成凝胶来填充。但经过较长龄期之后，粉煤灰颗粒表面发生大量的水化反应，将使水泥石结构更加密实。球形粉煤灰颗粒在水泥石中作为微细填料填充水泥凝胶体的孔中，减少Ca(OH)z晶体的数量，以提高水泥体积稳定性和密
实性，从而强度比基准混凝土大[C171
2.高 强 度 的机理分析活性细掺合料的加入，生成了较多的C-S-H凝胶。混凝土强度主要取决于水泥石的强度及水泥与骨料粘结力，而水泥石强度及粘结力又取决于水化硅酸钙凝胶的多少。由于活性细掺合料具有极大的比表面积与大
量非晶形Si仇，呈现出很高的化学活性，掺入混凝土中能迅速与水泥水化生成的Ca(OH)2起反应，生成C-S-H凝胶，从而提高了水泥石及混凝土的强度。混凝 土 密 实度大大提高。由于活性细掺合料颗粒很小，很容易进入到水泥颗粒的孔隙中，堵塞混凝土内部毛细孔和大孔，并将大毛细孔分割成若干微细孔，使毛细孔数量减少，孔隙孔径变小。活性细掺合料在混凝土中，降低孔隙率，提高密实度，主要是其填充效应起了作用。并且减少泌水，增强了水泥石与骨料界面粘结力。
3.1.5粉煤灰对混凝土耐久性的影响
高性 能 混 凝土最显著的特点是高耐久性。造成混凝土耐久性不足的既有内因，也有外因。属于内部的原因有碱一骨料反应、混凝土本身的渗透性等。属于外部原因有物理、化学和机械的作用:如化学侵蚀、碳化、内部钢筋锈蚀、冻融循环、碱一骨料反应等。在进行混凝土配合比设计时要保证耐久性要求就必须考
3.1.6结论
粉煤 灰 在 混凝土中的良好作用，主要表现在粉煤灰的三大效应。形态效应、微集料效应使粉煤灰起到轴承滚珠的作用，改善混凝土的流动性，减少流动性经时损失。粉煤灰的火山灰效应改善混凝土的界面结构，粗颗粒变为细颗粒，粗孔变为细孔，从而提高混凝土的密实度，混凝土的强度、抗渗性、抗冻性也随着提高。最主要是降低了混凝土温升，推迟******温度峰值出现的时间，对大体积混凝土结构抗裂防渗极为有利。

回答者：黎明重工建筑垃圾处理工程师 相关产品：皮带输送机