2 粉煤灰對混凝土性能的影響及原因

粉煤灰摻入混凝土中會對混凝土的許多性能產生影響，如對新拌混凝土的和易性、泌水率、流動度和泵送性、凝結時間、均勻性、含氣量等方面的影響；對硬化中混凝土性能會有早期強度、水化熱、養護溫度和濕度等方面的影響；對硬化混凝土性能會有抗壓強度、彈性模量、密度、蠕變、干縮性、抗滲性、抗凍性、碳化、堿-集料反應、抗硫酸鹽能力、抗氯化物能力等方面的影響。

粉煤灰之所以能改善混凝土的諸多性能，主要是因為粉煤灰具有形態效應、填充效應和火山灰活性。

（1）形態效應

水是混凝土拌制與硬化過程中必不可少的組分之一。加入混凝土中的水具有兩方面的作用，一方面是滿足水泥水化作用所需，這方面的水約占膠凝材料用量的20%~25%；另一方面是使所配制出來的混凝土拌合物具有一定的流動性，便于施工操作。超過水化作用所需的水在混凝土澆筑工作完成后就成了有害部分，其中大部分水分在混凝土硬化后形成的直徑較大的空隙會給混凝土結構造成永久性傷害，降低混凝土強度、耐久性等性能。

粉煤灰具有形態效應，可以產生減水勢能。粉煤灰顆粒中絕大多數為玻璃微珠，是一種表面光滑的球形顆粒。由于粉煤灰玻璃微珠的滾珠軸承作用，粉煤灰在混凝土中有減水作用。這將有利于減少混凝土的單位用水量，從而減少多余水在混凝土硬化后形成的直徑較大的空隙。在保證混凝土強度的前提下，還可減少水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升和混凝土中溫度裂縫發生的概率，使混凝土更為致密。

（2）填充效應

粉煤灰還具有微骨料填充效應，能產生致密勢能，可減少硬化混凝土的有害孔的比例，有效提高混凝土的密實性；化學作用產生的水化產物起到骨架作用，可提高粘結強度，從而提高混凝土的抗裂性能。

混凝土中應用優質粉煤灰，在新拌混凝土階段，粉煤灰充填于水泥顆粒之間，使水泥顆粒“解絮”擴散，改善了和易性，增加了粘聚性和澆筑密實性，從而使混凝土初始結構致密化；在硬化發展階段，發揮物理充填料的作用；在硬化后，又發揮活性充填料的作用，改善混凝土中水泥石的孔結構。

過去往往只注意粉煤灰的火山灰活性，其實按照現代混凝土技術來衡量，粉煤灰的致密作用的重要意義不亞于火山灰活性。因為優質粉煤灰的細度較小，顆粒強度較高，粉煤灰的致密作用對混凝土強度的發展有利。另外，粉煤灰充填效應減少了混凝土中孔隙體積和較粗的孔隙，特別是充填了漿體中毛細孔的通道，對混凝土的強度和耐久性十分有利，是提高混凝土性能的一項重要技術措施。

（3）火山灰活性

粉煤灰火山灰活性，其反應的過程主要是：受擴散控制的溶解反應早期粉煤灰微珠表面溶解，反應生成物沉淀在顆粒的表面上，后期鈣離子繼續通過表層和沉淀的水化產物層向芯部擴散。混凝土中普遍摻加高效減水劑，能大大減少混凝土中因釋放多余水分而留下的毛細孔通道，使水泥中硅酸鈣水化所產生的Ca(OH)2通過液相擴散到粉煤灰球形玻璃體表面而發生化學吸附和侵蝕，并生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。大部分水化產物開始以凝膠狀出現，填充了混凝土內部孔隙，改善了混凝土中水泥石的孔結構，使水泥石中總的孔隙率降低，使孔結構進一步細化，分布更為合理，并隨齡期的增長，數量不斷增加，形成網絡結構，使混凝土更加致密，從而切斷混凝土滲水的通道。不斷進行的火山灰反應使粉煤灰混凝土的孔結構進一步優化，使得混凝土的后期強度和耐久性得到進一步提高。