粉煤灰在混凝土中的基本效能

粉煤灰在混凝土中的作用主要有“形态效应”、“火山灰效应”和“微集料效应”这三个方面。在混凝土中使用粉煤灰既有有利的方面，如降低水化热，提高混凝土后期强度，改善混凝土和易性等等；也有不利的方面，如降低混凝土早期强度，养护时间要延长，抗碳化性能下降，综合两方面才能更好的认识和在混凝土中使用好粉煤灰。

（一）形态效应

粉煤灰的形态效应由粉煤灰颗粒的外观形貌、内外结构、密度以及颗粒级配等物理特征的综合效应，一般来说，粉煤灰的形态效应也可以认为是物理效应。粉煤的形态效应可以改变混凝土拌合物的工作性，粉煤灰中的球形玻璃微珠颗粒，可以使浆体中颗粒均匀分散，降低了颗粒之间的摩擦力，增大混凝土拌合物的流动性。这是粉煤灰正的方面，积极方面的作用，具有减水作用和使拌合物匀质致密作用。但如果内部含有较粗的、疏松多孔、不规则的微珠颗粒和未燃尽的碳含量较多，会导致粉煤灰需水量增加，混凝土拌合物工作性能降低，称为负效应。应充分发挥粉煤灰形态效应的正效应，通过一定的手段加以抑制和克服负效应。

（二）活性效应

粉煤灰的活性效应是粉煤灰最重要的基本效应，在混凝土中可以起到胶凝材料的作用。粉煤灰的活性是指粉煤灰中的活性成分所产生的化学效应，其活性的高低取决于化学作用的速度、能力及其反应产物的结构、化学成分性质和玻璃体数量等因素有关。通过改善混凝土环境温度、化学激发等方法可以增强粉煤灰的活性效应。粉煤灰中的氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)在水泥水化产物Ca(OH)2的激发下，可以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）填充于毛细孔隙内，增强了混凝土的强度。粉煤灰的水化非常缓慢，前期基本是粉煤灰的物理填充作用起主导，随着龄期的增长二次水化才能缓慢进行，使用粉煤灰的混凝土具有良好的后期强度发展潜力。粉煤灰混凝土后期强度增长的提高必须依赖于混凝土养护温度、湿度的持续保持。

（三）微集料效应

粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在混凝土浆体之中，增强硬化浆体的结构硬度。粉煤灰的微集料作用的优点在于：

（1）混凝土浆体中的粉煤灰使毛细孔隙致密，提高粉煤灰混凝土强度；

（2）粉煤灰中的实心和厚壁空心玻璃微珠具有很高的强度，可以增强水泥浆体的效果，玻璃微珠玻璃分散于硬化水泥浆体中，与水泥浆体的结合养护时间越长越密实。在粉煤灰和水泥浆体界面处，粉煤灰水化凝胶的硬度大于水泥凝胶的硬度。

粉煤灰三个基本效应是同时存在、共同发挥影响，不能简单的把三种效应孤立开来。通常认为，对于新拌混凝土，形态效应和微集料效应起主要作用。而随着水化的发展，对于硬化中混凝土和硬化混凝土性能起主要影响的是活性效应和微集料效应。

粉煤灰的需水行为和减水作用

在生产实践中发现，在混凝土中添加质量较好的粉煤灰，不但不会增加用水量反而会降低用水量，具有减水行为的优点。粉煤灰在混凝土中的减水作用通常是用粉煤灰微珠的滚珠轴承作用来解释，其具有的减水行为和减水作用主要决于它的微集料效应和形态效应。粉煤灰需水量是粉煤灰的重要物理性指标，其定义为粉煤灰和水的混合物达到某一流动度的情况下所需的水量，粉煤灰的需水量越小，减水性就越好，粉煤灰的利用价值就越高。粉煤灰微粒也被认为是一种矿物减水剂，虽然粉煤灰的减水效果不像高效减水剂那样具有较高的减水性，但是依然可以改善新拌混凝土的工作性能。

粉煤灰混凝土的需水量与粉煤灰的密度、细度、颗粒级配、需水量比、体积安定性、氧化物含量、烧失量和含碱量有密切的关系，其中粉煤灰需水量比大小、烧失量高低和细度大小是影响粉煤灰混凝土需水量的主要因素。粉煤灰需水量比与粉煤灰的颗粒形貌有很大关系，粉煤灰中表面光滑的球形玻璃体颗粒越多，需水量就越少；而多孔颗粒含量越多，需水量越大；一定范围内，粉煤灰越细，则需水量比越小。Thomas等根据大量试验得到不同烧失量范围的粉煤灰细度与需水量比之间的关系：

Y=A+BX

式中：Y——粉煤灰混凝土与普通混凝土需水量比(%)；

X——粉煤灰细度(45μm筛余量，%)；A，B：试验常数，

当烧失量为3%～4%时，A=88.76，B=0.25时，相关系数为0.86；当烧失量为5%～11%时A=89.32，B=0.38时，相关系数为0.85。

需水量比是粉煤灰的一个重要指标，可以综合反映粉煤灰的的颗粒形貌、级配情况等。在粉煤灰混凝土的配合比中，粉煤灰本身的需水性是基本因素，但是。粉煤灰需水量比（粉煤灰掺量为30%时）不能直接视作粉煤灰混凝土的减水率，粉煤灰在混凝土中的减水率通过混凝土试拌后测定。