改善粉煤灰混凝土早期强度的途径

随着对粉煤灰推广应用认识的逐渐深入，利用粉煤灰已不仅是取代水泥、节约土地和能源、减少环境污染的问题，粉煤灰已经成为对混凝土改性的一种重要组分。粉煤灰混凝土是指不论以何种方式和方法掺加粉煤灰的混凝土，包括用掺粉煤灰的硅酸盐水泥制备的混凝土。近几年来，粉煤灰混凝土技术已成为国内外混凝土研究和应用领域中的重要课题。粉煤灰混凝土应用面极广，在土木工程（包括水利工程）中用于大坝、道路、隧道与港湾、下水道等。1粉煤灰在混凝土中的作用用优质粉煤灰等量或超量取代水泥，可以降低企业的生产成本，改善混凝土的工作性、耐久性。粉煤灰在水泥混凝土中主要有三个基本效应，即形态效应、火山灰效应和微集料效应。控制这三个效应向有利方向发展，即可利废为宝、改善混凝土的性能。2粉煤灰混凝土与普通混凝土性能的对比在坍落度和二十八天强度相同的条件下，粉煤灰混凝土与普通混凝土性能的对比如下：1)和易性、泌水性、水化性、徐变、离析、抗硫酸盐侵蚀性和抗碱集料反应性能与普通混凝土相比有较大改善；2)塌落度损失、密实度、最大抗压强度、抗弯与抗拉强度、收缩性、抗渗性好于普通混凝土；3)凝结时间、弹性模量、抗磨性、抗冻性与普通混凝土相近；4)早期强度、抗碳化能力不如普通混凝土。3改善粉煤灰混凝土早期强度的途径粉煤灰混凝土由于性能优于普通混凝土而被广泛应用，但由于粉煤灰的水化速度小于水泥熟料，活性低于水泥，故掺加粉煤灰后混凝土的早期强度低于普通混凝土，且粉煤灰掺量越高早期强度越低，使粉煤灰的推广应用受到制约。要提高粉煤灰的利用率，改善粉煤灰混凝土的早期强度是很重要的一个途径。3.1选用活性较高的粉煤灰粉煤灰的活性包括物理活性和化学活性。粉煤灰的物理活性对减水、微集料和密实效应有关，通常认为这是体系早期活性和强度的来源。粉煤灰的化学活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性Al2O3(玻璃体Al2O3)在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分。3.2提高养护温度高温激活粉煤灰活性的主要方法是蒸汽养护。在水热的条件下，玻璃体网络的结构更易被破坏，[SOi4]4-四面体聚合体解聚成单聚体和双聚体，且温度越高，破坏作用越强。在蒸汽养护条件下，活性Al2O3、SiO2更容易溶出，加快了矿物结构的转移和水化产物的形成。实验研究表明，粉煤灰掺量越高，蒸汽养护激发的效果或优势越明显。但是蒸汽养护只能应用于粉煤灰砖、粉煤灰砌块、粉煤灰硅钙板以及粉煤灰加气砼砌块等。无法用于路面、大坝、地下建筑等大体积混凝土。3.3采用物理、化学激发措施3.3.1物理激发粉煤灰活性的物理激发是将粉煤灰进行磨细加工，以提高粉煤灰的细度和均匀性，起到降低粒度、增大化学反应时的比表面积、强化粉煤灰效应的作用，从而提高粉煤灰的水化活性。3.3.2化学激发常用的粉煤灰化学激发方法有酸激发、碱激发、硫酸盐激发、和氯盐激发等[3]。1）酸激发。粉煤灰的酸激发是指用强酸与粉煤灰混合陈方进行预处理。通过强酸对粉煤灰颗粒表面的腐蚀作用，形成新的表面和活性点。常用的强酸有硫酸、盐酸和氢氟酸，其中硫酸的激发效果最好，但掺量要适当，硫酸浓度过高时，易生成膨胀性过多的水化硫铝酸钙AFt而使体系产生微裂纹，降低后期强度，从而影响体系的长期耐久性。用酸激发的成本较高、工艺较复杂，实际应用较少，一般与其它激发方法复合使用。2）碱激发。粉煤灰主要成分是酸性氧化物，在碱性环境中其活性最容易被激发。常用的激发剂有生石灰、熟石灰、NaOH、KOH等。使用石灰尤其是使用生石灰激发粉煤灰活性时，如果石灰消化不良，可能引入过多的f-CaO，从而导致体系后期体积安定性下降。使用NaOH、KOH等强碱作为激发剂，其掺量一般不超过1%，否则会使水泥的后期强度降低，并可能引起起霜和碳化(形成CaCO3)等问题，而且可能会在混凝土中引起碱一集料反应，破坏混凝土。3）硫酸盐激发。常见的硫酸盐激发剂有芒硝和石膏(包括二水石膏、半水石膏、硬石膏和燃烧石膏)，Na2SO4的激发效果优于CaSO4类；因Na2SO4更容易溶解于水，而且Na2SO4可与体系中Ca(OH)2反应生成高度分散的CaSO4，它比外掺石膏更容易生成AFt，Na2SO4还可与体系中的Ca(OH)2反应生成NaOH，增加体系的碱性，因此Na2SO4的激发实际上是强碱和硫酸盐的双重激发。采用Na2SO4激发时，水化产物的纤维状和网状结构比采用CaSO4的更为完善，水化包裹层紧密度小，有利于Ｃa+的扩散。硫酸盐激发剂的掺量也不能超过一定的范围。实验显示，Na2SO4掺量太高时，会引起泛霜现象。而且，由于粉煤灰中的活性Al2O3溶出缓慢，后期溶出的活性Al2O3也会生成AFt，AFt具有膨胀性，如果生成的量过多，会在结构或构件内部产生微裂纹，引起后期强度降低。4）氯盐激发。加入NaCl、CaCl2等氯盐，也可以提高粉煤灰一石灰体系的强度。但由于引入了Na+、CI－会引起钢筋的锈蚀，故不宜在钢筋混凝土中使用。通常单独使用一种激发措施，不能显著地提高粉煤灰体系的强度。在实际应用时，须综合各种物理和化学的激发方法，即复合激发，一般来说，复合激发的效果要优于单独激发。例如硫酸盐与石灰及矿物掺合料复合，硫酸盐与矿渣、矿物复合等。由于复合激发时，各种激发方法