展庆敏 蔺珂珂 王蓓宁 王晗 孙丰凯
青岛理工大学（临沂）土木与建筑工程系 山东 临沂 273400
摘要:本文通过对混凝土矿物外加剂粉煤灰国内外研究分析,从粉煤灰的主要组成成分、技术性能和作用机理以及对混凝土性能的影响多个方面进行分析,说明混凝土中加入活性掺合料不仅可以改善混凝土的各项性能指标还具有一定的的环保性和经济性。
关键词:粉煤灰;混凝土;强度性能
一、引言
混凝土在现当代土木工程材料中起着非常重要的作用,但同时也存在着能耗高、污染重等环境问题。混凝土在各类工程中都是一种量大面广的主体结构材料,据多方调查研究表明,多数工程在交付时能否让业主满意主要取决于工程竣工时混凝土表现质量是否良好。统计数据表明,2012年,中国传统水泥产量已经成功实现突破21亿吨的目标。因而,适当地提高钢筋混凝土中水泥外加剂的掺量,能减少了水泥使用量,对于保护环境、节能和降低消耗费以及社会经济可持续发展都具有重要意义。所以,追求节能减排和提高耐久性逐渐成为了混凝土施工技术企业发展的重要战略目标之一。
二、矿物外加剂的组成成分及介绍
混凝土矿物掺合材料又称外加剂,它在混凝土中的功能就是我们可以用来取代部分的水泥,以此来改变整个混凝土的性能。矿物掺合材料在混凝土工程中的广泛应用,如同我们在生产水泥的工艺过程中大量使用了混合材料一样,但随着科学研究和实际应用的不断进展,人们会发现混凝土中的矿物掺合材料不仅能够降低水泥的用量,还可以让混凝土的综合性能得到进一步提高。随着混凝土技术研究的不断发展和研究进步,在混凝土中使用掺合矿物质的混凝土掺合材料已经越来越普遍、必不可少。正因为如此,矿物外加剂在国外也被人们称为所谓的"第四组成材料",也就是用来组成砂、石、水泥、矿物外加剂这四个不同的固体成型材料。20世纪90年代初,中国首次提出"第六组分"活性外加剂观念,即使用水泥、砂、石、水、化学外加剂和矿物质外加剂。
大量的实验结果表明,在水胶比较低时,掺合材料所占的比例较高,这样就可使得混凝土的强度和耐久性都得到了较为明显的提高。在实际的工程中,许多技术人员则普遍认为,大量使用外加剂会对混凝土强度产生很大的影响,因此外加剂在混凝土中的大规模应用也相对收到了限制。1990年美国官方提出的"高性能混凝土"(HPC)是一种新型的高性能混凝土,通过添加超级塑化剂来降低水耗量和水胶比,可以获得高耐久性混凝土,从而节约水泥,提高混凝土的性能，并因此被誉为“21世纪混凝土”。高强高性能混凝土慢慢得到了推广和应用,因此明确提出了“矿物外加剂(Mineral admixtures)”的概念,在发布2002年发布实施的《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GT/T 18736-2002)中正式启用了这一名称。同时,对于高强高性能混凝土来说,化学外加剂和矿物外加剂同等发挥着重要的作用。
三、粉煤灰对混凝土性能的影响
3.1粉煤灰的介绍及发展
此时,粉煤灰作为一种很好的矿物外加剂被得到很好的发展及应用。根据不同性质和类型的煤,我们可以细分为有烟煤灰、棕色煤灰和无烟煤炭。通过在空气中燃烧棕煤或次性烟煤而收集到的粉煤灰被人们称为优质高钙粉煤灰,颜色范围从黄色至浅黄色,除火山灰活性外,同时具有一定的凝胶性和潜在的水硬度。从燃煤烟气和其他无烟煤中进行收集而得到的粉煤灰被人们称为低钙粉煤灰或暗灰。它们只有火山灰活性,应用技术最为成熟。此外,应注意的是我国电厂在燃煤过程中通常会采用添加石灰石粉以达到脱硫的目的,粉煤灰(粉煤灰)是指干粉煤灰按规定细度磨制而成的粉末。在加工过程中可适当的添加助磨剂。同时,粉煤灰也是一种具有火山灰活性的火山灰材料。
3.2粉煤灰对混凝土强度的影响
由于粉煤灰的化学性质各不相同,所以粉煤灰对混凝土的影响也各不相同。对粉煤灰来说,优质I级粉煤在掺入量小于10%时,不仅能提高强度,而且早期强度也不会有所影响。当由于粉煤灰的主要掺量在一定浓度范围内已经超过了一定的掺量比例,混凝土早期使用强度稍微有所下降,但是钢筋混凝土后期的使用强度仍然一定要远远高于未经过掺量加入大量粉煤灰的钢筋混凝土。二级粉煤灰在目前的项目工程中应用的最广泛,其对混凝土的影响与一级粉煤灰相类似。另一方面,由于二级粉煤灰的相对强度和活性比较小,对混凝土后期强度的影响和贡献要远远低于一级粉煤灰,因此,在配合比的设计中往往会采用过量的替代方式来提高混凝土后期的强度,一级粉煤灰一般不需要过量替代。Ⅲ级的粉煤灰也被广泛地用于建筑工程中,但一般只适合应用于低强度等级的混凝土结构中,很少应用于高强度等级的混凝土结构中,尤其适合预应力的混凝土。但是当使用粉煤灰仅仅被认为是因为细度过高或者超标,而在较小的燃料烧失量和后期所需水分消耗量时,可以更好地改善后期混凝土的性能,尤其如果采用掺外加剂的方式泵送后期混凝土,对于改善混凝土的可泵性、减少水化热和提高增进后期的强度来说,还是非常有利的。
20世纪30年代,粉煤灰就开始作为一种矿物质的掺合材料被广泛地应用到了混凝土施工中。在国外,1948年到1953年,芝加哥的粉煤灰被广泛用于蒙大拿垦荒局的建设中。自此,粉煤灰在许多国家的大坝工程中得到了广泛的应用。在国内,1958年上海地下建筑工程开始在混凝土工程中掺加粉煤灰,1959年三门峡大坝大量使用粉煤灰后,为使粉煤灰得到广泛的应用,国家和地方各级出台了一系列促使粉煤灰资源综合利用的政策,并对粉煤灰施工工艺的性能进行了试验研究,取得了一定的成果。
在国外,粉煤灰的化学成份被用作衡量混凝土中粉煤灰含量的一个重要指标。因此,f级粉煤灰必须含有超过70%的二氧化硅、氧化铝和氧化铁,C级粉煤灰必须含有超过50%的总元素,包括氧化铁、氧化铝和氧化硅。不同国家粉煤灰的标准不同。但从粉煤灰的特性来看,可以发现硅、铝和氧化铁是混凝土性能的有用组分。粉灰对混煤凝土的贡献不能从某一方面或某一特性来判断,也不能概括,只能观察它是否符合火山化学性质,要对粉煤灰进行综合分析。
四、总结
总之,在钢筋混凝土中直接将其掺杂加入适量的优质粉煤灰,不仅有助于改变使用钢筋混凝土的结构整体性和内部结构,提高使用钢筋混凝土的结构密实性,而且还甚至可以有效地提高工作性和建筑耐久性。粉煤灰的实际掺量也是直接的会影响其使用强度和性质稳定性的一个重要测量因素。最佳使用粉煤灰填料掺量使用时间的适应充分并能兼顾钢筋混凝土早期和中后期的使用强度,进一步大大减少了水泥的早期使用量,提高钢筋混凝土的使用耐久性,降低混凝土成本,节能环保。当然,还有一系列的问题存在,混凝土碱度降低可能引起钢筋锈蚀等问题。随着我国科技的进步,粉煤灰混凝土在工业领域的广泛应用必将创造一个空间上前所未有的光荣时期。
参考文献:
[1]景翠玲.粉煤灰对混凝土性能的影响[J].黑龙江科技信息,2008(27):295.
[2]李亚杰.建筑材料［M］北京.中国水利水电出版社.2009.200-205
[3]严捍东.新型建筑材料教程［M］北京.中国建材工业出版社.2005.51-77.
[4]李邦勋.高性能外加剂在混凝土中的应用分析[J].交通世界,2016（3）.
[5]吕昌裕,外加剂选择和使用中的一些影响因素[J].福建建材,2011（4）.
[6]陈瑛.浅谈混凝土外加剂的使用现状及未来趋势[J].安徽建筑.2015（5）.
[7]赵华.浅谈混凝土外加剂[J].江西建材.2015（5）.
[8]耿杰.浅谈混凝土外加剂在施工中的应用[J].城市建筑.2015(6)
[9]谭定波.混凝土外加剂对混凝土性能的影响分析[J].建材与装饰,2017.
[10] 卢孟臣. 浅议高性能混凝土在道路桥梁施工中的应用[J]. 建材发展导向（上）,2018,16(7):129.
[11]荣华,王畅.基于微结构改造的水泥混凝土材料耐久性试验研究[J].水利水电技术,2019,50(11):155-159.
[12]高鑫.微商时代下大学生消费侵权维权的法律保障研究[J].青春岁月,2018(01):176-177.
作者简介：展庆敏（1999-）,女,汉族,青岛理工大学（临沂）土木与建筑工程系学生。