建材&工业固废：粉煤灰的特性及影响有？

粉煤灰作为一种活性矿物掺合料，由结晶体、玻璃体及少量未燃尽的炭粒组成，所含的活性组分主要是活性SiO 2、Al 2O3等，在水的作用下能与碱性物质或者硫酸盐发生化学反应，生成具有胶凝性质的稳定化合物。埃尔派，专注自主研发精细粉体粉碎设备20年。通过大量的实验发现：粉煤灰通常作为混凝土原材料的掺量使用，其组成、结构和性能的技术信息是粉煤灰混凝土有关的重要技术参数。

1 粉煤灰的特性

1.1 粉煤灰的外形特征

粉煤灰的外观可以看出：粉煤灰的外观近似于水泥的颜色，介于乳白到灰黑之间。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标，可以反映出含碳量的多少和差异，在一定程度上可以反映粉煤灰的细度。直观颜色越深、粒度越细的粉煤灰，其含碳量越高。

粉煤灰有低钙粉煤灰与高钙粉煤灰之分。粉煤灰的颜色偏黄证明为高钙粉煤灰。高钙粉煤灰中的游离氧化钙含量高，体积安定性差，其抑制碱集料反应能力不及低钙粉煤灰。低钙粉煤灰的颜色偏灰，广泛用于基建混凝土工程中。

粉煤灰的颗粒呈多孔型蜂窝状，比表面积大，具有较强的吸附性能。粉煤灰在显微镜下的形态特征分规则与不规则两种。

可以看出粉煤灰的微观形态：粉煤灰是由玻璃体（一般为氧化硅和氧化铝）、晶体（一般为莫来石和石英）及少量未燃炭构成的复杂混合物。3种产物的比例与粉煤灰生产原材料及过程有关。一般情况下，玻璃体的含量大于50%。玻璃体中有光滑规则的球体形玻璃体粒子及形状不规则少孔和多孔稀疏的球状玻璃体等，而未燃炭多呈疏松多孔形式，它们互相交叉混合在粉煤灰中。

1.2 粉煤灰的物理特性

按粉煤灰的颗粒形貌可将粉煤灰分为：玻璃微珠、海绵状玻璃体（包括颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体和颗粒较大、疏松多孔的玻璃体）、碳粒。其中大部分是海绵状玻璃体，颗粒分布极不均匀，必须通过研磨处理，改善其性能的差异性。

粉煤灰的颗粒直径为0.5 ～300 μm，其密度为2.0~2.9g/cm3，堆积密度为0.53~1.26 g/cm3，比表面积为900~8000cm2/g ，吸水量为90%~130% 。

1.3 粉煤灰的化学特性

粉煤灰作为一种火山灰质混合材料，由多种氧化物混合组成，主要包含O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、S、Na、K等化学元素。粉煤灰中的SiO2含量最高，高细度的SiO 2具有很高的活性，即在水泥水化产物Ca(OH)2的碱性激发下，SiO2 能与Ca(OH)2迅速反应，生成水化钙凝胶(C-S-H)，提高混凝土强度并改善混凝土性能。

由于粉煤灰成分与水泥中的主要成分差不多，所以可以用来替代混凝土中的部分水泥来达到经济节能的目的。粉煤灰反应活性主要来自活性玻璃体SiO 2和Al 2O3的水化作用，在一定的碱性条件下生成具有水硬胶凝性能的化合物。

1.4 粉煤灰的适用混凝土范围

粉煤灰的主要特点是资源多、成本低、适用范围广；缺点是早期强度偏低。粉煤灰可用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、蒸养混凝土、地下工程混凝土、水下混凝土、抗化学侵蚀混凝土和抑制碱骨料反应混凝土等除需要早强外的各种类型混凝土。粉煤灰按质量划分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，其适用范围如下：

（1 ）Ⅰ级粉煤灰可用于抗冻、防腐蚀等有耐久性设计要求的钢筋混凝土和预应力混凝土结构工程。

（2 ）Ⅱ级粉煤灰广泛用于钢筋混凝土及素混凝土结构工程中，不宜用于预应力混凝土结构中。当Ⅱ级粉煤灰的需水量比小于100%时，可用于有抗冻、防腐蚀等有耐久性要求的混凝土。

（3 ）Ⅲ级粉煤灰主要用于C30以下的素混凝土。

2 粉煤灰对混凝土的影响

2.1 拌制混凝土用粉煤灰的技术要求

2.1.1 细度要求

细度要求用45 μm的负压筛析仪法进行，筛析时间不大于3min，标准按《水泥细度检验方法》（GB/T1345）执行。Ⅰ级粉煤灰细度不大于12.0%；Ⅱ粉煤灰细度不大于30.0%；Ⅲ级粉煤灰细度不大于45.0%。2018年6月1日正式实施《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2017），代替《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005），要求Ⅱ级粉煤灰细度不大于30.0%（原为25.0%）。

2.1.2 需水量比

粉煤灰的需水量比和烧失量不可忽视。需水量比测定试验方法是测定试验胶砂和对比胶砂（用0.5 ～1.0mm 的标准砂）的流动度，二者达到规定流动度范围时的加水量之比即为粉煤灰的需水量比。

需水量比体现了粉煤灰对混凝土最直观的工作性能，以及对硬化后混凝土的强度，是粉煤灰和水的混合物达到某一流动度下所需的用水量，粉煤灰需水量越小，工程利用价值越高。

2.1.3 烧失量

粉煤灰的烧失量即粉煤灰中未燃碳的有害成分：烧失量大多表现出含碳量高，用于混凝土中的粉煤灰需水量也大，配制的混凝土的工作性差，蹋损过大不利于振捣；需水量大导致混凝土的水胶比也增加，严重影响了粉煤灰的作用发挥，导致混凝土强度偏低；另一方面还会影响混凝土耐久性等诸多因素。《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2018 ）中的6.2.2条明确了粉煤灰中未然烧颗粒对外加剂具有很强的吸附作用，尤其对引气剂、冻融环境应严格控制粉煤灰中的烧失量，冻融破坏环境下混凝土所用粉煤灰的烧失量不宜大于3.0%。SO3、CaO 与C3A （即铝酸三钙）会生成钙矾石，钙矾石体积膨胀会导致混凝土的破坏，因此，铁路混凝土应选择低钙粉煤灰。

2.2 粉煤灰对新拌混凝土的掺量研究

以C35 泵送混凝土配合比为例：坍落度160 ～200mm ，砂率（Ps）=44%。

水泥：重庆合川冀东水泥有P ·O42.5。

粉煤灰：重庆华珞Ⅱ级灰（细度 22%，烧失量3.0%，需水量比100%）。

机制砂：重庆合川高枧（细度模数Mx=2.8 ）。

碎石：重庆合川高枧，颗粒级配5 ～20mm （5~10mm30% ，10~20mm70% ），最大粒径为26.5mm。

外加剂：重庆天耀TY-J25 型聚羧酸高性能减水剂（减水率27%）。

水：地下水。

掺入不同替代量粉煤灰的混凝土的配合比

掺加粉煤灰在混凝土中起到了和水泥类似的水化作用，从而节约了大量的水泥，还有其细度也低，节约了细骨料，降低了成本。相对于使用纯水泥的混凝土，添加了粉煤灰的混凝土，由于其水化的需水量小于水泥的水化热，从而减少了混凝土用水量和降低了热能膨胀性。又由于粉煤灰在碱性条件下生成具有水硬胶凝性能的产物与混凝土中水泥产物交叉形成网状结构，提高了混凝土的抗渗透性能。

经济效益也卓见成效：它的替代掺量相当于节约10% ～30% ，甚至达45%以上的水泥用量。在《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）中粉煤灰的影响系数明确了掺量与影响系数关系，根据设计环境及影响条件经试验确定最佳掺量。

2.3 粉煤灰对混凝土的强度影响

混凝土强度是混凝土质量的一个重要指标，粉煤灰的加入对混凝土强度影响至关重要.

不掺粉煤灰与不同掺量粉煤灰C35 混凝土标准试件的抗压强度

2.4 粉煤灰对抗氯离子渗透性能的影响

2.5 掺粉煤灰对混凝土的温度影响

粉煤灰能显著降低水泥水化产生的温升。因为它的掺入，在保持混凝土的胶凝材料总量不变的条件下，相应降低了混凝土中的水泥用量，因而水泥的水化热量降低，掺量越大，降低越多。尽管其本身在混凝土中将产生火山灰反应，要释放水化热，但是，这种反应滞后于混凝土中的水泥水化反应，而且时间也很长，其反应热可以忽略不计。所以，粉煤灰有良好的温峰消减效应，能减少因温升过大造成的混凝土开裂，尤其是提高了大体积混凝土稳定性。

2.6 粉煤灰在混凝土中的其他性能影响

粉煤灰颗粒小，可以填充到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土更加密实，同时由于粉煤灰二次水化作用的生成物会堵塞混凝土中的渗透通道，所以掺粉煤灰混凝土的抗渗透能力增强。掺入粉煤灰的混凝土能减少Ca(OH)2的含量，有效提高抗弱酸腐蚀能力，使碱集料膨胀反应所需的水分减少，增加电阻率，抵抗钢筋锈蚀。

3 结语
综合以上粉煤灰的各种特性及对混凝土的影响来看，根据粉煤灰的不同性质对其加以应用，可使其发挥自身优势，节约经济成本和资源，实现节能减排，因此其值得在基建行业尤其是混凝土施工中加以合理利用并全面推广。

当前，粉煤灰技术越来越广泛的应用在建材及固废领域，在国家大力倡导节约能源与固废处理的大环境下，埃尔派专注精细粉碎20年，经过大量实验比对，自主研发精细粉碎设备，在该领域获得国家专利。

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