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粉煤灰混凝土的凝结性能?对硬化混凝土性能的影响

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1、粉煤灰混凝土的凝结性能
通常粉煤灰的加入要延长混凝土的凝结时间,其影响程度与粉煤灰的掺量、细度以及化学组成有很大关系。一般来说,在粉煤灰掺量不大的情况下,粉煤灰的凝结时间都能满足要求。粉煤灰混凝土凝结时间还与养护温度有很大关系。研究结果表明,当养护温度较高时,粉煤灰的掺入对凝结时间影响不大,但养护温度较低时则影响非常明显。
(1)水化热与混凝土温升
优质粉煤灰掺入混凝土中,不仅可降低7d以前的混凝土水化热,特别是1d的水化热,而且可使混凝土放热高峰时间延迟。
(2)粉煤灰混凝土的养护
① 养护温度 
粉煤灰混凝土早期强度发展相对普通混凝土比较低,因此适当提高养护温度将有利于粉煤灰混凝土强度等性能的发展。但太高的养护温度将过度加速粉煤灰、水泥的水化,可能会引起晶体结构的破坏或生成多孔结构,这不利于粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀、抗碱-集料反应等性能。
② 养护湿度 
相对普通混凝土,同等工作性的粉煤灰混凝土的用水量较低,因此粉煤灰混凝土对养护湿度更为敏感,保持比较高的养护湿度将有利于粉煤灰混凝土强度等性能的发展。

2、对硬化混凝土性能的影响
(1)力学性能
① 强度 
通常随粉煤灰掺量增加,粉煤灰混凝土强度特别是早期强度降低比较明显,但90d后,在粉煤灰掺量不是很大的情况下,粉煤灰混凝土强度接近普通混凝土,1年后甚至超过普通混凝土强度。如果粉煤灰用于取代混凝土中集料,那么各龄期粉煤灰混凝土强度则随粉煤灰掺量增加而提高。与普通混凝土一样,粉煤灰混凝土的抗弯强度正比于抗压强度。
② 弹性模量 
粉煤灰混凝土的弹性模量与抗压强度成正比关系。相比于普通混凝土,粉煤灰混凝土的弹性模量28d后不低于甚至高于相同抗压强度的普通混凝土。粉煤灰混凝土弹性模量与抗压强度一样,也随龄期增长而增长;如果由于粉煤灰的减水作用而减少了新拌混凝土的用水量,则这种增长速度比较明显。
(2)体积稳定性
① 徐变 
粉煤灰混凝土由于有比较好的工作性能,混凝土更为密实,因此某种程度上会有比较低的徐变。但由于粉煤灰混凝土早期强度比较低,因此在加荷初期各种因素影响粉煤灰混凝土徐变的程度可能高于普通混凝土。
② 收缩 
粉煤灰掺入混凝土后可以减少混凝土的化学减缩和自干燥收缩。对于混凝土的干燥收缩,其本质上是水化相的收缩,集料及未水化胶凝材料则起到约束收缩的作用。一定龄期下,水化相微观孔隙结构和可蒸发水的含量决定了混凝土收缩的大小。水化相的微观孔隙结构对混凝土干燥收缩具有双重影响。依据毛细管张力理论,孔径微细的水化相失水时会导致收缩的加大,但同时,也使微细孔隙的连通性减少,从而使湿扩散阻力增大,这又有利于减少收缩,同样,粗大的孔隙失水时收缩小,但粗大孔隙也加快了失水速率,这又有增大收缩的趋势。粉煤灰是具有一定微集料效应的活性较低的矿物掺合料,对水化相孔隙结构的影响与其掺量和水化程度有关。替代率较低时,粉煤灰水化度高以及微集料效应使水化相孔径细化,细孔失水是影响收缩的主导因素;混凝土中掺入粉煤灰后,实际水灰比增大,水泥水化率提高,实际上对水化相的数量不会产生太大影响,但由于粉煤灰在后期才开始进行二次水化,导致与同龄期不掺粉煤灰的混凝土相比,内部可蒸发水含量较高,使混凝土收缩的可能性提高。综上所述,孔结构和可蒸发水含量的影响对混凝土干燥收缩产生的正负两方面的效果,将使掺粉煤灰的混凝土收缩相对于基准混凝土既可能增加也可能减少。除此以外,粉煤灰的细度、活性和烧失量等因素也可能对混凝土的总收缩值产生影响。
(3)耐久性能
① 抗渗性能 
因为粉煤灰可有效改善混凝土的孔结构,因此,一般认为掺优质粉煤灰混凝土的抗渗性高于普通混凝土。
② 粉煤灰混凝土的抗化学侵蚀性能 
抗硫酸盐侵蚀:由于粉煤灰混凝土具有较高的抗渗性,并且粉煤灰的火山灰化学反应过程中消耗了混凝土中的Ca(OH)2以及游离氧化钙,因此粉煤灰混凝土的耐硫酸盐侵蚀性能优于普通混凝土。混凝土的抗渗性,减少了混凝土中Ca(OH)2的含量,且水化硅酸钙具有比较低的钙硅比。
③ 对混凝土碱-集料反应的抑制作用 
掺粉煤灰是降低碱-集料反应的有效措施。粉煤灰本身含大量活性SiO2,其颗粒细,能吸收较多的碱,降低了每个反应点上碱的浓度,也就减少了反应产物中的碱与硅酸之比。高钙低碱硅酸盐凝胶较稳定,不引起严重的膨胀。粉煤灰的品质对抑制混凝土碱-集料反应能力的影响较大。粉煤灰碱含量越高、越不利于粉煤灰对碱-集料反应的抑制作用;氧化硅含量越高,则越有利于对碱-集料反应的抑制作用;粉煤灰越细,越有利于抑制碱-集料反应。一般认为,优质粉煤灰掺量为30%时,可以有效抑制混凝土碱-集料反应。
④ 抗碳化性能 
粉煤灰取代部分水泥后,首先水泥熟料水化,生成Ca(OH)2,pH值到达一定值后(pH=12~13)​,Ca(OH)2将与粉煤灰玻璃体中的活性SiO2、Al2O3反应生成水化硅酸钙及水化铝酸钙。因此,粉煤灰混凝土特别是大掺量粉煤灰混凝土的二次水化反应将消耗大量的Ca(OH)2,将使碱贮备、液相碱度降低,使碳化中和作用的过程缩短,从而导致粉煤灰混凝土抗碳化性能的降低。粉煤灰混凝土的碳化速率与粉煤灰的品质有关。目前绝大多数的试验结果都显示,相同强度等级粉煤灰混凝土的碳化深度要高于普通混凝土。
⑤ 粉煤灰混凝土的钢筋耐锈蚀性能 
在混凝土中引起钢筋锈蚀的两个诱因为氯离子含量和混凝土的碳化。在前一种情况下,钢筋锈蚀与Cl-通过混凝土的扩散有关。因粉煤灰水泥浆体的Cl-有效扩散系数大大低于普通水泥浆体,所以粉煤灰混凝土的保护钢筋不受锈蚀的性能优于普通混凝土。由混凝土碳化引起的钢筋锈蚀,混凝土保护钢筋的性能主要取决于保护层的碳化速率。粉煤灰混凝土因为粉煤灰的火山灰反应要消耗大量Ca(OH)2,将使混凝土碱度有所下降,因此粉煤灰混凝土的抗钢筋锈蚀性能相对普通混凝土也有下降的趋势。粉煤灰混凝土的碳化速率与粉煤灰的品质有关,用优质粉煤灰碳化慢于质次的粉煤灰。在实际建筑工程中,如果粉煤灰品质在Ⅱ级以上,被取代的水泥量低于10%~15%,保护层厚度不小于2cm,则粉煤灰混凝土的护筋耐久性是可以保证的。
⑥ 粉煤灰混凝土的抗冻性能 
混凝土的抗冻性能与含气量、水灰比、集料性能、水泥品种等因素有关。在混凝土中掺加粉煤灰,在不引气的条件下,粉煤灰混凝土的抗冻性较同强度等级的普通混凝土差。掺引气剂的粉煤灰混凝土的抗冻性与普通混凝土的差别将缩小。在有抗冻性要求的结构和部位,粉煤灰混凝土必须掺加引气剂,混凝土含气量由抗冻要求确定。由于粉煤灰颗粒表面吸附引气剂,为达到相同的含气量,粉煤灰混凝土所需的引气剂掺量要大于普通混凝土。
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