大摻量粉煤灰混凝土的研究進(jìn)展

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1、大摻量粉煤灰混凝土的研究進(jìn)展吳坤1前言混凝土是當(dāng)代世界上最重要的建筑材料之一，被廣泛應(yīng)用于房屋建筑、交通運(yùn)輸、水利設(shè)施等基礎(chǔ)工程中，甚至海洋開(kāi)發(fā)、航天工業(yè)等特殊工程中也有它的足跡，為人類文明與建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。水泥作為混凝土的重要組分，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，每生產(chǎn)一噸水泥熟料則會(huì)同時(shí)排放一噸CO2氣體，造成環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等不利影響。再加上，我國(guó)對(duì)水泥需求量逐年增加，當(dāng)今世界發(fā)達(dá)的工業(yè)而產(chǎn)生的大量工業(yè)廢渣，給環(huán)境造成極大的負(fù)擔(dān)。因此，水泥的大量生產(chǎn)造成資源、能源與環(huán)境問(wèn)題十分突出?？紤]全球的可持續(xù)發(fā)展，迫切

2、需要在混凝土中以輔助膠凝材料大比例替代水泥，其中以熱電廠副產(chǎn)品粉煤灰是世界各國(guó)使用最多的一種首選輔助摻合材料。目前，全世界粉煤灰年產(chǎn)量約為500億噸。在我國(guó)粉煤灰是排放量最大的燃煤副產(chǎn)品之一，也是利用程度和利用水平最高的工業(yè)廢渣之一，利用量排在世界各國(guó)前列，已廣泛作為生產(chǎn)水泥基材料、燒結(jié)磚以及其它新型建筑材料制品的主要原材料。在所有粉煤灰應(yīng)用中，它用在混凝土中不僅用量大，而且應(yīng)用水平也比較高。在美國(guó)2004年利用的粉煤灰中有59%用在水泥及混凝土工程中，英國(guó)2003年利用的粉煤灰中71%用在水泥及混凝土工程中。具有膠凝

3、性質(zhì)的粉煤灰作為礦物外加劑代替部分水泥配制高性能混凝土，在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間和潛力。大力推廣粉煤灰混凝土甚至大摻量粉煤灰混凝土，大幅度降低水泥熟料用量，有巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)及環(huán)境保護(hù)。粉煤灰的主要作用可以包括以下幾方面：1）填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層，由于粉煤灰的容重(表觀密度)只有水泥的2／3左右，而且粒形好(質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠)，因此能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。2）對(duì)水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當(dāng)混凝土水膠比較低時(shí)，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使

4、水泥水化得更充分。3）粉煤灰和附集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物(與水泥中硅酸鹽的水化產(chǎn)物相同)，而且加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。4）粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)大摻量粉煤灰混凝土研究的現(xiàn)狀。粉煤灰作為排放量最大的工業(yè)廢料，在我國(guó)目前的排放量每年已超過(guò)億噸，雖然其利用率與國(guó)際一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)仍處于前列，但利用水平較低。因此，任何提高粉煤灰利用率和利用水平的途徑與技術(shù)都具

5、有重大的環(huán)保意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰作為混凝土摻合料用于土木、水利和海洋等工程領(lǐng)域是目前粉煤灰利用的主要途徑，不僅經(jīng)濟(jì)效益明顯，還具有其他材料無(wú)法替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，特別是作為綠色混凝土的大摻量粉煤灰混凝土的快速發(fā)展更具有廣闊的應(yīng)用前景。而粉煤灰作為鋼纖維混凝土的一種摻合料，具有增加灰漿量、節(jié)約水泥用量、改善混凝土拌和料的和易性及提高漿體對(duì)纖維的親和性。粉煤灰的活性效應(yīng)和微骨料效應(yīng)使化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的：形成水硬性的膠凝物質(zhì)，使粉煤灰顆粒與水泥漿體的界面結(jié)合，對(duì)水泥漿體和骨料的界面起致密的作用，提高混凝土的密實(shí)性。且粉煤灰

6、的效應(yīng)充分發(fā)揮后，混凝土后期強(qiáng)度及折壓比有較大幅度提高。所以用粉煤灰替代部分水泥，對(duì)高性能混凝土的開(kāi)發(fā)也是必要的技術(shù)措施，而且有利于環(huán)境保護(hù)，是綠色混凝土的可持續(xù)發(fā)展。大摻量粉煤灰混凝土(HighVolumeFlyAshConcrete，簡(jiǎn)稱HVFAC)。目前，對(duì)大摻量粉煤灰混凝土（HVFAC)尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義。HVFAC的含義，根據(jù)我國(guó)幾十年來(lái)在混凝土中粉煤灰取代水泥率15%左右而談，粉煤灰取代水泥率30%以上(含30%)配制的混凝土，可稱為HVFAC；但很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程都將粉煤灰摻量為40%作為上限，規(guī)定很多情況

7、下粉煤灰摻量不可超過(guò)40%，因此，也有研究者認(rèn)為將粉煤灰摻量在40%以上的混凝土定義為HVFAC較為合適。有些研究者認(rèn)為，當(dāng)膠凝材料粉煤灰比例超過(guò)水泥時(shí)，即粉煤灰摻量大于50%時(shí)，其混凝土為HVFAC。也有研究者認(rèn)為HVFAC的粉煤灰摻量一般在55%～70%，即混凝土中粉煤灰比水泥用量還多。2國(guó)內(nèi)外大摻量粉煤灰混凝土的研究現(xiàn)狀2.1大摻量粉煤灰早期強(qiáng)度開(kāi)發(fā)和實(shí)際使用大摻量粉煤灰混凝土進(jìn)展緩慢有其客觀原因。摻加粉煤灰，尤其在大摻量情況下，其早期性能難以達(dá)到工程要求。大量粉煤灰替代水泥后，混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展相當(dāng)緩慢，但后

8、期強(qiáng)度卻能夠提高很多，一般摻粉煤灰混凝土其強(qiáng)度在28d后到6個(gè)月這期間增長(zhǎng)幅度比較大，1年后仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)其摻量較大(如50%，甚至70%)時(shí)，這種效應(yīng)更加明顯，粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在后期，這樣勢(shì)必嚴(yán)重影響混凝土生產(chǎn)企業(yè)對(duì)大摻量粉煤灰混凝土生產(chǎn)的積極性，另外在某種程度上也會(huì)造成混凝土強(qiáng)度和材料的浪費(fèi)，這與混凝土“綠色