(一)劣质粉煤灰的特点
粉煤灰作为一种十分常见的矿物掺合料,其质量差别很大,经常有劣质粉煤灰混入,给生产和质量控制带来麻烦。这里所说的劣质粉煤灰主要包括分Ⅲ级灰和统灰以及假灰和不适合商品混凝土使用的粉煤灰。这些劣质粉煤灰的主要特点是:玻璃珠体少,需水量大,使用后易造成混凝土泌水或滞后泌水,不但不能改善混凝土和易性,反而降低混凝土的工作性能。此外,劣质粉煤灰的使用易导致混凝土28d强度不足,后期强度增长低,造成混凝土工程质量不合格。
(1)细度超标
采用45um方孔筛做筛析试验,劣质粉煤灰的细度通常在30%以上的粉煤灰。粉煤灰中粗颗粒较多,海绵体多,含炭量高,即“两多一高”使粉煤灰的填充效应下降,吸水性和吸附外加剂能力增加,混凝土工作性能明显变差,28d活性也会随之下降。在加上玻璃体微珠少,起不到“滚珠轴承”润滑作用。
(2)烧失量超标
劣质粉煤灰的烧失量较高,颜色相对较黑,有的呈褐色。劣质粉煤灰中粗颗粒较多,炭粒较多,吸水量大,在吸水的同时也吸附溶解在水中的外加剂,造成与减水剂相容性差,而且坍落度损失快。增加工地加水的风险,降低混凝土强度,增加混凝土开裂风险。
(3)游离氧化钙超标
劣质粉煤灰中含量过多游离氧化钙水化生成氢氧化钙体积膨胀,不但还会造成安定性检验周期变长。当游离氧化钙超标时,应特别小心,先进行试验确定能否使用。
(4)三氧化硫超标
使用三氧化硫超标的粉煤灰,应注意其对混凝土的体积安定性和凝结时间的影响,一般会造成安定性不合格,混凝土凝结时间延长。遇到三氧化硫超标的粉煤灰应先做安定性试验和凝结时间试验,当然安定性和凝结时间不仅与三氧化硫的含量有关,也与所用的水泥品种有关系。
(5)颜色异常
一般粉煤灰的颜色为灰色或浅灰色,如果粉煤灰颜色偏黑、偏白、偏红或黄褐,有可能是不良成份超标,应进一步试验分析,慎重使用。
(6)掺有石灰石粉的粉煤灰
有部分供应商掺入石灰石粉对粉煤灰进行造假,石灰石粉遇酸反应起气泡,检验时可以采取用稀冷盐酸滴定的方法,观察是否发生剧烈起泡,来鉴别粉煤灰是否含有石粉。但石灰岩中含有一种叫白垩石的白色、疏松的土状岩石,主要由粉末状的方解石组成,遇酸不起泡遇到这种情况,可以使用40倍以上放大镜或显微镜观察粉煤灰的玻璃珠体含量,若玻璃体偏少或无玻璃珠体,不规则白色发光晶体多,应检测粉煤灰活性指数后,再决定是否使用。
(二)优质粉煤灰对混凝土的性能影响
(1)粉煤灰的掺加对混凝土工作性能的影响
首先,粉煤灰“填充效应”可以改善水泥与粉煤灰组成的二元胶凝材料体系的颗粒级配,降低降凝材料的空隙率,进而使填充在水泥颗粒间的“填充水”释放出来,改善混凝土的工作性。其次,粉煤灰中含有大量的球形玻璃体,在混凝土中起到“滚珠、轴承”润滑效应,减少颗粒间的摩擦力,进而改善混凝土的工作性。再次,粉煤灰的活性大大低于水泥活性,可以降低混凝土坍落度损失。此外,粉煤灰对外加剂的吸附仅仅存在表面的物理吸附,优质粉煤灰对外加剂的吸附低于水泥,混凝土中使用优质粉煤灰相当于增加外加剂用量,混凝土初始坍落度及保持能力都有提高。最后,粉煤灰的密度小于水泥,等量取代水泥后,混凝土中的浆体量增加,改善混凝土的粘聚性,提高抗离析能力,减水泌水,从而改善了混凝土的工作性能,使混凝土具有更好的流动性、密实性、匀质性,便于混凝土的施工。
实践应用过程中发现,质量优良的粉煤灰具有一定的减水作用,当掺量<50%时,需水量减小幅度较大;而当掺量>50%时,需水量减小幅度很小。粉煤灰有无减水性以及减水性的大小与其质量有很大的关系,因此应通过试验确定,不宜盲目偏信。
(2)粉煤灰的掺加对混凝土力学性能的影响
由于粉煤灰自身不能进行水化反应,其只能与水泥水化产物进行二次水化,因此,用粉煤灰等量替代水泥后,早期强度将会降低,随着二次水化的进行,中后期会达到甚至超过不掺粉煤灰的混凝土。随着粉煤灰替代水泥量的增加,早期强度逐渐降低,当掺量小于20%左时,对混凝土7d强度影响不大;当掺量>30%时,混凝土早期强度明显降低。但掺加粉煤灰的混凝土后期强度增长较快,而且在一定范围内(<50%)随粉煤灰掺量增加而增大。在混凝土中掺入粉煤灰替代水泥时,要进行反复实验,此外,在施工中还要注意掺粉煤灰混凝土早期强度较低的特点。
(3)粉煤灰的掺加对混凝土耐久性能的影响
随着粉煤灰混凝土的广泛应用,其耐久性成为研究学者的重点研究对象。粉煤灰混凝土的耐久性主要包括混凝土的抗渗性、抗碳化能力、抗钢筋锈蚀和化学侵蚀性能等。
在混凝土抗渗性方面,以粉煤灰代替部分水泥,降低水灰比或在保持水灰比不变前提下提高粉煤灰用量,可以提高混凝土的抗渗性能。
在混凝土抗碳化能力方面,粉煤灰混凝土的碳化深度值随时间的延长而加大,其早期的碳化深度值增大较快,而碳化深度的后期增长相对较慢。随着粉煤灰掺量的增加,粉煤灰混凝土碳化速度增加,当粉煤灰掺量高于50%时,碳化速度增加的更为迅速。所以,应控制粉煤灰的掺量,设计合理的混凝土配合比,从而提高掺粉煤灰混凝土的耐久性能。由于粉煤灰用量的增加会增加碳化深度,降低混凝土内部碱度,会诱发诱发钢筋锈蚀,最终导致其钢筋锈蚀程度增加,因此应控制粉煤灰的掺量,设计合理的混凝土配合比。