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摘 要：文章介绍了粉煤灰高性能混凝土中粉煤灰的作用 机理、原材料的要求、配合比设计原则，并对粉煤灰高性能混凝土进行了技术经济分析。
关键词：粉煤灰；混凝土；高性能
中图分类号：TU528.2∶U414 文献标识码：A 文章 编号：1007—6921(2009)01—0092—02
高性能混凝土是在现代高强混凝土的基础上发展起来的。高性能混凝土具有高工作性、高耐 久性和高强度等特性，用其替代传统的混凝土以及建造在严酷环境中的特殊结构物，具有显 著的经济效益和技术先进性。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是使混凝土达到高性能 的主要技术措施。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性 能，同时又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，符合绿色高 性能混凝土的发展方向，可促进混凝土技术可持续发展。
1 粉煤灰在高性能混凝土中的作用
在水胶比低于0.38的高性能混凝土中掺入粉煤灰，其作用机理不同于普通的混凝土。普通混 凝土水胶比通常在0.45～0.7之间，在如此高水胶比的水泥浆中，水所占据的体积大约为 水泥固体体积的两倍以上。水泥颗粒周围有充足的水提供给水泥水化，水泥从颗粒表面开始 水化，生成表面积增大1 000倍左右的水化产物，并具有良好的向周围空间扩散、填充 的能力 。如果在这种浆体中掺入粉煤灰以代替部分水泥，虽然从颗粒形状来说，粉煤灰呈球形易于 堆积得较为密实，但是它水化缓慢生成的凝胶量比同体积的水泥少得多，难以填充粉煤灰颗 粒自身周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆的强度及其他性能与纯水泥浆相比有所下降，并且 掺量越大（水泥用量减少）这种下降的趋势越明显，这种现象在水化早期更加明显。
而高性能混凝土的最大特点是水胶比低，胶凝材料用量大，由于水胶比低，水所占据的空间 小，需要填充的空隙也减少，同时，由于高效减水剂的作用，胶凝材料颗粒呈高度分散状态 ，颗粒间距以及生成的水化凝胶粒子间距减小，水泥凝胶体密实且分子间范德华力与普通混 凝土相比明显加大。这些因素使得高性能混凝土的微观结构得到改善，其强度比普通混凝土 有很大提高。
对于这种低水胶比、胶凝材料用量大的高性能混凝土，如果不掺粉煤灰，完全使用水泥 ，颗粒周围可提供水泥水化的水量有限，水泥的水化程度降低，未水化的水泥内核增大。尽 管需要填充的空隙小，未完全水化所生成的水化产物量也足以密实地填充水泥颗粒间空隙， 但将有相当量的未水化的水泥颗粒内核长期残存，这部分水泥没有发挥胶凝材料的活性作用 ，只是作为填充料存在于水泥石中，如果混凝土长期工作处于湿润环境中，混凝土吸水使这 些水泥水化，还会引起体积膨胀，破坏其内部结构。如果掺入粉煤灰代替部分水泥，保持水 胶比不变，由于早期粉煤灰水化很缓慢，相当于增大了水与水泥的相对量，使水泥的水化条 件得到改善，水化程度提高，生成的水化产物量增大，使得水泥凝胶体填充得更加密实。同 时，球形颗粒的粉煤灰在水泥浆体中的分散效果良好，粉煤灰颗粒与水泥颗粒间的距离小， 水化产物向粉煤灰颗粒迁移的距离短，生成的水化产物多，大量的Ca(OH)2能很好地激发 粉 煤灰从表面开始水化，粉煤灰颗粒内部不能完全水化的内核充当了上述不掺粉煤灰时的水泥 颗粒未水化内核的填充作用。所以，在宏观上掺入一定量粉煤灰的高性能混凝土的强度接近 于纯水泥混凝土的强度。
根据上述分析可知，在普通混凝土中掺入粉煤灰只起到填充料的作用，而在低水胶比的 高性能混凝土中，掺入的粉煤灰对水泥石的微观结构的形成有以下积极作用：①保持水胶比不变的前提下，掺入的粉煤灰使实际的水灰比有所增大，水泥的水化程度 提高，尽管减少了部分水泥，但水泥水化生成的凝胶体的量没有同步减少；②低水胶比的水泥浆体中，颗粒之间距离小，水化产物扩散距离小，同时水化产物量大 ，对粉煤灰的二次水化激发作用强，粉煤灰的活性效应比普通混凝土中发挥得好；③环形的粉煤灰颗粒分散效果好，在新拌状态下能改善混凝土的工作性，混凝土 硬化后作为微粉填料填充凝胶间的空隙，使水泥石的微观结构得到改善。因此低水胶比条件 下，适量粉煤灰的掺入不会明显降低混凝土的强度和其他性能，与普通混凝土相比可以适当 加大粉煤灰的掺量。
2 粉煤灰高性能混凝土中原材料的性能要求
2.1 水泥
用于生产高性能混凝土的水泥必须具有高于28d抗压强度和好的流变性，一般宜选用不低于 42.5强度等级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。好的流变性意味着使用此水泥掺用适量 的高效减水剂，在运输和浇注过程中，可以控制混凝土的坍落度损失和保持良好的工作性。 并非所有水泥用于高性能混凝土都具有相同的效果，水泥细度、石膏形态和数量（硫酸盐的 溶解度、碱含量和C3A的数量是关键因素，应通过试配来选择水泥。
2.2 粉煤灰
粉煤灰应选用品质稳定的产品，其性能指标应符合GB 18736-2000高强高性能混凝土用矿物 掺和料的要求。
2.3 粗集料
粗集料应选用抗压强度高和表面相对粗糙的品种，级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎 石较为适用。一般控制粗集料的最大粒径不宜＞25mm，针片状颗粒含量不＞5％，不得 混入风化颗粒，含泥量不应＞1％。
2.4 细集料
细集料应选择质地均匀坚固、级配良好、吸水率低的河砂或人工砂，一般其细度模数应＞ 2.6，含泥量应＜1.5％。
2.5 外加剂
外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的 产品，应通过试验选择与所用水泥适应性好的外加剂。
3 高性能混凝土配合比设计原则
混凝土的配合比应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、混凝土耐久性及施工 工艺对工作性的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土应满足施工要求、 设计强度和耐久性等质量要求。
高性能混凝土配合比设计应首先考虑混凝土的耐久性要求，然后根据施工工艺对拌和 物工作性和强度要求来进行设计，并通过试配、调整，确认满足使用要求后方可用于正式施 工。
为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜适量掺加优 质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物外加剂，其掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。
化学外加剂的掺量应使混凝土达到规定的水胶比和工作度，且使用的最高掺量不应对 混凝土性能（凝结时间、后期强度等）产生不利的影响。
4 粉煤灰高性能混凝土的材料成本分析
混凝土经过高性能化后具有良好的工作性、适宜的强度和较好的耐久性，普遍使用后， 可以全面提升混凝土质量。下面通过试验对中等强度等级普通混凝土和高性能化（掺加矿物 外加剂和化学外加剂）后的混凝土进行材料费用分析。
用于成本比较的混凝土的配合比见表1，混凝土的性能及每m3原料成本及单位强度费用 见表2。
从表中性能数据可见，高性能化后混凝土的水泥用量少,混凝土的强度高；从材料费用可 以看出，C40和C50高性能混凝土中掺加了比表面积为400m2/kg的磨细矿渣、I级粉煤灰， 其原材料费用略高于同强度等级的对比普通混凝土，但其单位强度材料费用系数稍低于普通 混凝土或者与普通混凝土持平。
通过计算认为，在对早期强度无特别要求的时候，使用一定量粉煤灰可以降低混凝土 的材料成本；生产有早期强度要求的C30～C50混凝土时，可以采用不同比表面积磨细矿渣和 粉煤灰双掺较为经济。
将普通混凝土实现高性能化，在工程建设中会产生重要的技术经济意义和社会效益。粉煤灰 高性能混凝土尽管原材料费用有时稍高于普通混凝土，但综合经济效益是好的，是值得采用 和推广的。
［参考文献］
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