粉煤灰品质参数对混凝土性能的影响

粉煤灰品质参数对混凝土都有影响

粉煤灰品质参数对混凝土性能的影响

及在混凝土中添加粉煤灰时对粉煤灰参数的控制

一、粉煤灰的品质参数

混凝土是由水泥为胶结料，砂石为骨料，加水或适量外加剂和外掺料拌制而成的。

粉煤灰是火力发电厂以煤粉为燃料时排出的细颗粒废渣。 碳粉被喷射入炉后，汽化温度较低的挥发份首先在煤灰中溢出，并燃烧发热。挥发份的外溢，使煤灰成为空隙的颗粒，随着燃烧的发展它进一步成为多孔的碳粒。与有机物燃烧的同时，煤粉夹杂着一些无机物，待有机物燃烧完毕后，残存的无机物即变为多孔玻璃体，其形貌仍保留原有的不规则状态，随着燃烧的进一步发展，，多孔玻璃体逐步熔融收缩，空隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断减小，最后大部分变为密实玻璃体。粉煤灰有结晶相和玻璃相两大部分组成。

三氧化硫：（无色易挥发的固体。有三种同素异形体。α-SO3丝质纤维状和针状，密度1.97g/cm3，熔点16.83℃，沸点44.8℃；β-SO3石棉纤维状，熔点62.4℃，在50℃可升华； γ-SO3玻璃状，熔点16.8℃，沸点44.8℃。溶于水，并跟水反应生成硫酸和放出大量的热。因此又称硫酸酐。溶于浓硫酸而成发烟硫酸，它是酸性氧化物，可和碱性氧化物反应生成盐。三氧化硫是很强的氧化剂，特别是在高温时能氧化硫、磷、铁、锌以及溴化物、碘化物等。）因其极不稳定含量影响水泥体积安定性（安定性：水泥的安定性即体积安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

1.引起水泥安定性不良的原因有很多，主要有以下三种：

（1）熟料中所含的游离氧化钙过多；

（2）熟料中所含的游离氧化镁过多；

（3）掺入的石膏过多。

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熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，这是一个体积膨胀的化学反应，会引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起水泥石开裂。

2.国家标准规定：水泥安定性经沸煮法检验（CaO）必须合格；水泥中氧化镁（MgO）含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%；水泥中三氧化硫（SO3）的含量不得超过3.5%。

3.安定性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。），说白了就是若水泥发生不均匀体积变化会导致水泥膨胀、开裂、翘曲等，另外影响体积安定性的主要因素还有水泥中的游离氧化镁、游离氧化钙含量。三氧化硫含量较高，粉煤灰混凝土生成较多的三硫型水化硫铝酸钙，它是以含大量结晶水的水化产物，因而在硬化浆体内形成一定的膨胀作用，是引起其水泥凝结硬化膨胀开裂的主要原因。硫酸盐含量过高，除安定性外还影响混凝土的凝结时间及硬化速度。

细度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，另外掺量过高对强度也有影响。对耐久性也有影响，细度大的粉煤灰耐久性差，实体中混凝土碳化较大。

烧失量：粉煤灰中的未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比（每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值；水灰比，是水和水泥的比值，有些掺合物可以转化的水泥的含量；一般的情况要求水胶比小，水灰比大）提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥，同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。烧失量基本不影响混凝土的强度没有太大的关系。烧失量于引气剂的剂量成正比关系，在北方有严格防冻要求时，添加粉煤灰替代水泥时，为提高引气剂的剂量，提高混凝土的防冻性能可以用含碳量稍微高点的粉煤灰（粉煤灰中的碳粒大多以多孔形式存在，其比表面积大，吸附性比较好，因此对引气剂有较高的吸附量）

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含碳量5.5%，等量取代水泥量45%，其他条件相同的条件下，混凝土中的含气量最大达到7.2%。

需水量比：是指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值，以百分量计。需水量比是核心，关系到外加剂掺量/混凝土需水量等。影响需水量比的因素除了烧失量和细度外，还有含珠率、微珠的粒形状等等因素，是“先天”条件所决定，难以“后天”弥补。需水量比与各龄期粉煤灰的强度贡献均为负相关，即需水量比愈小，粉煤灰的强度贡献愈大。粉煤灰需水量比对强度贡献的影响在养护期高于后期，在养护期7d左右时需水量比对强度的贡献大于细度对强度的贡献，即粉煤灰对混凝土的性能的影响在早期是物理作用，后期为化学作用。需水量比小的粉煤灰掺入混凝土后，有减水的作用，不仅可以增进混凝土强度的发展，同时可以提高抗渗性及耐久性。降低需水比的方法是增加粉煤灰的玻璃珠的含量降低多空玻璃体的含量和多空碳粒的含量，即要经过进一步的加工使粉煤灰达到要求。

密度：是影响强度的重要因素。

氧化镁：氧化镁在粉煤灰中有两种形式存在：玻璃体和方镁石结晶体。以方镁石存在的氧化镁，其水化速度极慢。当水泥硬化浆体结构已基本稳定，而方镁石继续水化膨胀时可破坏混凝土硬化体结构。因而氧化镁的含量也是影响混凝土安定性的重要因素。因此在混凝土中添加粉煤灰时也要鉴定粉煤灰中的氧化镁的含量。

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含碱量：含碱量即粉煤灰中碱金属，即钾、钠氧化物的含量。碱能延迟混凝土的凝结时间，亦可能通过碱集料反应影响混凝土的耐久性，细度粉煤灰能够抑制碱硅质集料反应不能抑制碱碳酸盐集料反映（目前世界还没有弄明白粉煤灰是怎样抑制碱硅质集料反应的）。所以有的地方还规定了粉煤灰中碱含量的控制，碱量过高可能导致混凝土风化及安定性。

二、粉煤灰各参数之间的关系

1、氧化铁的含量随粒径的减小而降低，三氧化硫、钾、钠、硅、镁的含量随粒径的减小而提高。

2、粉煤灰细度小的其活性较高。

3、混凝土的泌水性随粉煤灰粒径的减小和掺量的增减而减小，细小颗粒的粉煤灰对混凝土保水性好，不离析，可泵性（可泵性是指在泵送压力下，混凝土拌合物在管道中的通过能力。可泵性好的混凝土应该是： (1) 输送过程中与管道之间的流动阻力尽可能小。 (2) 有足够的粘聚性，）明显提高。

4、粉煤灰细度和掺量对混凝土的耐磨性影响较大，当粉煤灰的掺量为15%时混凝土的耐磨性大体随粉煤灰粒径减小而提高，粉煤灰的粒径小于5μm时耐磨性才高于基准混凝土。其他粒径的粉煤灰和掺量都小于基准混凝土的耐磨性（即想要保证粉煤灰混凝土的耐磨性，就必须降低粉煤灰的粒径大小，在成本可控制的范围内应尽可能的降低粉煤灰的细度）。

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一、高钙粉煤灰的定义

将氧化钙含量大于8%或游离氧化钙大于1%的粉煤灰定义为高钙灰。

二、各煤种氧化钙含量的递减顺序

褐煤>次烟煤>烟煤>无烟煤

三、氧化钙含量与其他成分的关系

1、氧化钙含量增加后，硅、铝含量有所降低但总体含量仍达60%

2、三氧化硫、氧化钠或有效钙量随氧化钙量的增加而提高。

3、氧化镁的含量随氧化钙的含量的增加随之增加，因此高钙粉煤灰混凝土一定要检测其安定性。

4、高钙粉煤灰的密度增加，这说明高钙粉煤灰中的玻璃珠含量较高，多空体和碳粉较低。相应的45μm筛余量亦随氧化钙的增加而降低同时火山灰活性指数逐步提高。

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四、高钙灰对混凝土的影响

1、对安定性的影响，高钙灰对安定性的影响主要取决于游离氧化钙的含量（f-cao），其次水泥的品种有关系，一般说复合硅酸盐水泥可相容较多的游离氧化钙，普通硅酸盐水泥其次，再次是纯硅酸盐水泥。

2、对引气剂用量的影响。其不仅烧失量、有机质含量小外，还因钾、钠含量的增加，其降低引气剂剂量。

3、对凝结时间的影响。混凝土的凝结时间与水泥类型、用量、水灰比有关，粉煤灰掺入混凝土后，其胶凝组成及水胶比都发生变化，因而有一定的影响。经过多年的实验的出了一个结论：吸附在粉煤灰颗粒表面的可溶性氧化钠及硫酸盐越多，凝结延缓的时间亦越长。而经过实验得到另一结论是：粉煤灰品质对混凝土的强度影响并不与凝结时间的延迟正相关，凝结时间延迟的粉煤灰凝土其强度高与凝结时间延迟低粉煤灰凝土强度。

4、高钙灰对混凝土的水花温升影响较小。

5、高钙灰对混凝土的抗硫酸性能的影响。当粉煤灰中的氧化钙的含量高于5%这一极限值，或随氧化铁含量的降低，粉煤灰的抗硫酸盐性即降低。

R=（C-5）/F

C----粉煤灰中氧化钙的含量，%

F----粉煤灰中氧化铁的含量，%

粉煤灰的R值越大，有他所配成的混凝土在硫酸盐溶液中的膨胀值亦越大，相应的其抗硫酸盐的性能亦越低。

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随着经验的积累，人们发现，粉煤灰抗硫酸的性能主要取决于，粉煤灰和水泥的相互作用后形成的水化产物，如果和水泥作用后形成单硫型水化硫铝酸钙和水化硫铝酸钙为主，其在硫酸盐溶液中相互作用形成三硫型水化硫铝酸钙，破坏混凝土的稳定性。综述，取决于铝酸钙潜量（CAP）及硫酸钙当量（CSE）。

6、对碱集料反应的影响

（1）低钙灰的掺量在25%~30%时能够有效的抑制碱集料反应

（2）实验证明，高钙灰不能抑制由碱集料反应使混凝土膨胀的情况。 国内认为，粉煤灰抑制碱集料反应的因素与细度、氧化钙的含量、掺量有关：一级低钙粉煤灰>一级混烧灰>二级低钙粉煤灰>二级混烧灰

因此在含碱量一定的情况下，添加粉煤灰要控制其细度和氧化钙的含量还有其掺加量。 7、对粉煤灰混凝土进行无侧限抗压强度实验（无侧限抗压强度

无侧限抗压强度是指试块在实验中不对试块的侧边加以限制，是一种理论试验值。而对于地基中的岩石来说，实际上是有侧限的抗压强度。），其随龄期的迅速增大。

8、高钙灰渗透系数低，可泵性好。

特点：高钙灰需水量小，密度高，水灰比对高钙灰的凝结时间有着相当大的影响，对高钙灰来说其为了控制其凝结时间一般控制其水灰比小于0.4。

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粉煤灰标准

一 、混凝土用粉煤灰现阶段检测的项目

美国

游离水（最大%） 3 烧失量（最大%） 6.0 Mgo量（最大%） 5.0 硫酸盐（以so3形式表示，最大%） 5.0 Fe2O3 + SiO2+Al2O3（最低%） 70/50 总碱量（以氧化钠表示，最大%） 1.5 筛余量（孔径45μm，最大%） 34

密度（最低值） 须有测试报告数据，不规定限值 复合系数（烧失量*45μm筛余量，最大值） 255（对低钙灰）

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置信度

置信度

所谓置信度,也叫置信水平。它是指特定个体对待特定命题真实性相信的程度.也就是概率是对个人信念合理性的量度.概率的置信度解释表明,事件本身并没有什么概率,事件之所以指派有概率只是指派概率的人头脑中所具有的信念证据。置信水平是指总体参数值落在样本统计值某一区内的概率；而置信区间是指在某一置信水平下， 样本统计值与总体参数值间误差范围。置信区间越大，置信水平越高。 置信度也称为可靠度，或置信水平、置信系数，即在抽样对总体参数作出估计时，由于样本的随机性，其结论总是不确定的。因此，采用一种概率的陈述方法，也就是数理统计中的区间估计法，即估计值与总体参数在一定允许的误差范围以内，其相应的概率有多大，这个相应的概率称作置信度。

置信水平Confidence level是描述GIS中线元素与面元素的位置不确定性的重要指标之一.置信水平表示区间估计的把握程度,置信区间的跨度是置信水平的正函数,即要求的把握程度越大,势必得到一个较宽的置信区间,这就相应降低了估计的准确程度.

火山灰反应

在一些火山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分。所谓火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。

在火山灰水泥的水化过程中,火山灰反应是火山灰混合材中的活性组分与水泥熟料水化时放出的氢氧化钙的反应。因此，火山灰水泥的水化过程是一个二次反应过程。首先是水泥熟料的水化，放出氢氧化钙，然后再是火山灰反应。这两个反应是交替进行的，并且彼此互为条件，互相制约，而不是简单孤立的。

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混凝土可泵性

可泵性是指在泵送压力下，混凝土拌合物在管道中的通过能力。可泵性好的混凝土应该是： (1) 输送过程中与管道之间的流动阻力尽可能小。 (2) 有足够的粘聚性，

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