粉煤灰在混凝土中的基本效能

粉煤灰在混凝土中的作用主要有“形態(tài)效應(yīng)”、“火山灰效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”這三個方面。在混凝土中使用粉煤灰既有有利的方面，如降低水化熱，提高混凝土后期強(qiáng)度，改善混凝土和易性等等；也有不利的方面，如降低混凝土早期強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)時間要延長，抗碳化性能下降，綜合兩方面才能更好的認(rèn)識和在混凝土中使用好粉煤灰。

（一）形態(tài)效應(yīng)

粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)由粉煤灰顆粒的外觀形貌、內(nèi)外結(jié)構(gòu)、密度以及顆粒級配等物理特征的綜合效應(yīng)，一般來說，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)也可以認(rèn)為是物理效應(yīng)。粉煤的形態(tài)效應(yīng)可以改變混凝土拌合物的工作性，粉煤灰中的球形玻璃微珠顆粒，可以使?jié){體中顆粒均勻分散，降低了顆粒之間的摩擦力，增大混凝土拌合物的流動性。這是粉煤灰正的方面，積極方面的作用，具有減水作用和使拌合物勻質(zhì)致密作用。但如果內(nèi)部含有較粗的、疏松多孔、不規(guī)則的微珠顆粒和未燃盡的碳含量較多，會導(dǎo)致粉煤灰需水量增加，混凝土拌合物工作性能降低，稱為負(fù)效應(yīng)。應(yīng)充分發(fā)揮粉煤灰形態(tài)效應(yīng)的正效應(yīng)，通過一定的手段加以抑制和克服負(fù)效應(yīng)。

（二）活性效應(yīng)

粉煤灰的活性效應(yīng)是粉煤灰最重要的基本效應(yīng)，在混凝土中可以起到膠凝材料的作用。粉煤灰的活性是指粉煤灰中的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)，其活性的高低取決于化學(xué)作用的速度、能力及其反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分性質(zhì)和玻璃體數(shù)量等因素有關(guān)。通過改善混凝土環(huán)境溫度、化學(xué)激發(fā)等方法可以增強(qiáng)粉煤灰的活性效應(yīng)。粉煤灰中的氧化硅(SiO2)和氧化鋁(Al2O3)在水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2的激發(fā)下，可以產(chǎn)生二次水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣（C-S-H）、水化鋁酸鈣（C-A-H）填充于毛細(xì)孔隙內(nèi)，增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度。粉煤灰的水化非常緩慢，前期基本是粉煤灰的物理填充作用起主導(dǎo)，隨著齡期的增長二次水化才能緩慢進(jìn)行，使用粉煤灰的混凝土具有良好的后期強(qiáng)度發(fā)展?jié)摿?。粉煤灰混凝土后期?qiáng)度增長的提高必須依賴于混凝土養(yǎng)護(hù)溫度、濕度的持續(xù)保持。

（三）微集料效應(yīng)

粉煤灰的微集料效應(yīng)是指粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在混凝土漿體之中，增強(qiáng)硬化漿體的結(jié)構(gòu)硬度。粉煤灰的微集料作用的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）混凝土漿體中的粉煤灰使毛細(xì)孔隙致密，提高粉煤灰混凝土強(qiáng)度；

（2）粉煤灰中的實(shí)心和厚壁空心玻璃微珠具有很高的強(qiáng)度，可以增強(qiáng)水泥漿體的效果，玻璃微珠玻璃分散于硬化水泥漿體中，與水泥漿體的結(jié)合養(yǎng)護(hù)時間越長越密實(shí)。在粉煤灰和水泥漿體界面處，粉煤灰水化凝膠的硬度大于水泥凝膠的硬度。

粉煤灰三個基本效應(yīng)是同時存在、共同發(fā)揮影響，不能簡單的把三種效應(yīng)孤立開來。通常認(rèn)為，對于新拌混凝土，形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)起主要作用。而隨著水化的發(fā)展，對于硬化中混凝土和硬化混凝土性能起主要影響的是活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)。

粉煤灰的需水行為和減水作用

在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在混凝土中添加質(zhì)量較好的粉煤灰，不但不會增加用水量反而會降低用水量，具有減水行為的優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰在混凝土中的減水作用通常是用粉煤灰微珠的滾珠軸承作用來解釋，其具有的減水行為和減水作用主要決于它的微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)。粉煤灰需水量是粉煤灰的重要物理性指標(biāo)，其定義為粉煤灰和水的混合物達(dá)到某一流動度的情況下所需的水量，粉煤灰的需水量越小，減水性就越好，粉煤灰的利用價(jià)值就越高。粉煤灰微粒也被認(rèn)為是一種礦物減水劑，雖然粉煤灰的減水效果不像高效減水劑那樣具有較高的減水性，但是依然可以改善新拌混凝土的工作性能。

粉煤灰混凝土的需水量與粉煤灰的密度、細(xì)度、顆粒級配、需水量比、體積安定性、氧化物含量、燒失量和含堿量有密切的關(guān)系，其中粉煤灰需水量比大小、燒失量高低和細(xì)度大小是影響粉煤灰混凝土需水量的主要因素。粉煤灰需水量比與粉煤灰的顆粒形貌有很大關(guān)系，粉煤灰中表面光滑的球形玻璃體顆粒越多，需水量就越少；而多孔顆粒含量越多，需水量越大；一定范圍內(nèi)，粉煤灰越細(xì)，則需水量比越小。Thomas等根據(jù)大量試驗(yàn)得到不同燒失量范圍的粉煤灰細(xì)度與需水量比之間的關(guān)系：

Y=A+BX

式中：Y——粉煤灰混凝土與普通混凝土需水量比(%)；

X——粉煤灰細(xì)度(45μm篩余量，%)；A，B：試驗(yàn)常數(shù)，

當(dāng)燒失量為3%～4%時，A=88.76，B=0.25時，相關(guān)系數(shù)為0.86；當(dāng)燒失量為5%～11%時A=89.32，B=0.38時，相關(guān)系數(shù)為0.85。

需水量比是粉煤灰的一個重要指標(biāo)，可以綜合反映粉煤灰的的顆粒形貌、級配情況等。在粉煤灰混凝土的配合比中，粉煤灰本身的需水性是基本因素，但是。粉煤灰需水量比（粉煤灰摻量為30%時）不能直接視作粉煤灰混凝土的減水率，粉煤灰在混凝土中的減水率通過混凝土試拌后測定。