粉煤灰的物理性质及使用注意事项

粉煤灰又称飞灰，是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，一般含有70%的球形玻璃体颗粒，表面光滑，其平均粒径分布约为8～20μm，比表面积为300～600m2/kg，主要成分为SiO2与Al2O3。粉煤灰具有一定含量的玻璃微珠颗粒，这些玻璃微珠颗粒均匀分散在混凝土浆体中，起“润滑”作用，降低颗粒之间的摩擦力，改善混凝土拌合物工作性。粉煤灰中的活性成分可以与水泥水化产物进行二次反应，提高混凝土后期强度。（一）粉煤灰的物理性质粉煤灰的物理性质是粉煤灰品质分级、分类的一个重要依据，具体包括以下几方面的内容：颜色、密度、细度、需水量比等。（1）颜色粉煤灰的颜色受燃烧煤的条件及化学组成的影响，粉煤灰的颜色在乳白色至银灰色或灰黑色之间变化。通常情况下，粉煤灰颜色越浅，烧失量越小，需水量也较低。随着粉煤灰颜色变黑，其含炭量也随之增加，未充分然后的碳颗粒是一种松散多孔颗粒可以吸附水及外加剂造成用水量增加。粉煤灰颜色可以粗略判断其质量好坏，生产实践中遇到颜色异常现象应加大粉煤灰质量检测力度，以便控制混凝土质量。（2）密度粉煤灰密度是一种重要物理指标。粉煤灰的密度与其颗粒组成有关，密实颗粒比重越大，密度越大。粉煤灰密度范围在1.77～2.43g/cm3，平均密度为2.1g/cm3。（3）细度粉煤灰颗粒整体的粗细程度用细度指标表示，是粉煤灰一项非常重要的性能指标。一级粉煤灰的细度不大于12%，二级粉煤灰的细度不大于30%。但细度只是判定粉煤灰质量的一项指标，现今市场上有些粉煤灰通过磨细（或加入别的物质进行磨细），虽然在细度上可以达到一级粉煤灰要求，但其需水量有时很大。因此，实践中仅仅检测细度进行粉煤灰质量验收是不够的。粉煤灰细度对其质量的影响主要体现在以下两个方面。1.影响粉煤灰的活性粉煤灰越细，其活性成分参与火山灰反应的面积越大，反应能力越强，且反应速度越快，反应程度也越充分。在粉煤灰颗粒中粒径小于45μm的颗粒对粉煤灰的活性起到积极作用，粒径在10～20μm的颗粒对活性发挥十分有利，粉煤灰的火山灰活性通常与粒径小于10μm的颗粒含量成正比，而大于45μm的颗粒活性很低。2.影响粉煤灰的需水量比粉煤灰与水泥的粒径差异，两者复合使用可以相互填充空隙，使两者组成的混合体系空隙率降低，减少需水量。粉煤灰越细，填充效果越好，需水量比也就越低。大颗粒的粉煤灰往往燃烧补充分，炭颗粒是多孔的海绵状颗粒，比表面积较大，能够吸附大量的水，颗粒越粗，粉煤灰需水量比相对越大。（4）需水量比粉煤灰需水量比是指在一定流动度（145mm～155mm）条件下，掺入一定量（30%）粉煤灰的水泥胶砂的需水量与基准水泥胶砂（不掺粉煤灰）的需水量之比。实践经验证明，粉煤灰需水量比在105%时，在用水量与基准混凝土相同的前提下，新拌粉煤灰混凝土的和易性有可能达到与基准混凝土的水平；需水量在100%左右时，掺加粉煤灰将有可能取得减水效果；而需水量在95%以下时，则可以明显减少混凝土用水量。因此，质量优良的粉煤灰具有一定的减水性，有人称其为“矿物减水剂”。需水量比是衡量粉煤灰品质的重要指标，粉煤灰需水量越低，其辅助减水效果越好，拌合物流动性相同混凝土的水胶比相应降低，混凝土的性能就会提升。影响粉煤灰需水量比的因素一般包括粉煤灰的细度、颗粒级配、颗粒形状以及烧失量等。一方面粉煤灰较小（粒径小于20μm）的颗粒可以填充水泥颗粒间的空隙，降低胶凝材料空隙率，相应地需要填充固体颗粒中的水量减少。另一方面粉煤灰中的球状玻璃体具有滚珠轴承作用，可以减少浆体间的摩擦，在不增加用水量的情况下增加浆体流动度。因此，在混凝土中使用质量优良的粉煤灰一般不会增加用水量，除非含炭量较高。粉煤灰颗粒越细，细颗粒越多，减水效果越明显，因此优质I级粉煤灰的减水率为10%左右；部分II级粉煤灰也具有减水作用，但减水率较小，约5%左右；III级粉煤灰不但没有减水作用，还会增加混凝土用水量。用机械粉磨粉方法虽然可以提高粉煤灰的细度，但通常很难降低粉煤灰的需水量。首先，机械粉磨作用不能削弱粉煤灰中炭力的吸附性，相反由于颗粒减小，反而增强了炭粒对水的吸附性。其次，机械粉磨作用破坏了粉煤灰的球形颗粒形状，使其变成带有棱角碎块状，失去了球形可以的滚珠轴承润滑作用。再者，机械粉磨作用增大了粉煤灰的比表面积，从而使粉煤灰表面需水量增加。尽管机械粉磨作用使粉煤灰颗粒减小，增强其填充效应，但上述原因形成的负面效应抵消了填充效应的正面效应，使得机械粉磨的综合作用并不能达到降低粉煤灰需水量比的效果。（5）活性粉煤灰的活性（又称之为火山灰效应）是指粉煤灰中含有活性氧化硅(Si5O2)和活性氧化铝(Al2O3)等在水泥的碱性水化产物Ca(OH)2激发下与之产生二次水化反应生成水化硅酸钙（C-S-H）、水化铝酸钙（C-A-H）等具有水硬性特点的物质，并填充于毛细孔隙内，增强了混凝土的强度。粉煤灰的活性效应是粉煤灰最重要的基本效应，粉煤灰活性作用不仅与其结构形态、化学成分有关，还与玻璃体有关。由于粉煤灰是利用水泥的水化产物进行二次反应，用粉煤灰等量取代水泥易造成早期强度降低，使用时应注意采取措施。粉煤灰等量取代水泥，随着粉煤灰比例用量的增加，水泥的用量相对减少，水泥水化产生的Ca(OH)2随粉煤灰掺量的增加而减少，粉煤灰中的活性二氧化硅、氧化铝跟水化反应生成的Ca(OH)2作用生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙的速度和数量都相应的减少，导致混凝土早期强度增长慢。有试验表明，10%的粉煤灰3d的早期抗压强度相对于空白组分别下降了14.6%，20%的粉煤灰3d的早期抗压强度下降了29.3%，30%掺量的粉煤灰3d的早期抗压强度下降了33.1%，掺量越高，混凝土早期强度下降的越多。（二）粉煤灰使用过程中应注意的问题及对策随着粉煤灰在商品混凝土中的广泛使用，在生产中会遇到一些质量问题，针对使用粉煤灰的过程中易产生一下问题，提出一些建议。表

粉煤灰在混凝土应用中存在的问题与对策粉煤灰等级存在问题相应对策I级配制低标号混凝土易造成黏度不足降低砂的细度模数增加混凝土黏度粉煤灰掺量固定不变根据不同工程、不同部位和混凝土强度等级，采用不同的掺量统一采用28天强度验收，限制粉煤灰的掺量对于大体积混凝土采用60d验收标准，合理确定掺量大体积混凝土取代水泥量不足，不能有效降低水化热大体积混凝土限制需要根据实际情况限制水泥最大用量，确定粉煤灰掺量为了降低成本，以为增加粉煤灰用量，造成混凝土强度降低增加粉煤灰用量的同时，必须降低用水量，采用较低水胶比没有充分考虑养护