粉煤灰分类及其在混凝土中的应用探析

粉煤灰分类及其在混凝土中的应用探析

张刚

国家能源集团北京国电电力有限公司上湾热

摘要：粉煤灰是一种重要的工业固体废弃物，其充分利用对于减少环境污染、节约资源具有重要意义。基于此，本文通过对粉煤灰的性能、分类及其在混凝土中的应用进行探析，旨在掌握粉煤灰在建筑材料领域的应用前景及发展趋势。

关键词：粉煤灰；分类；混凝土

由于电力行业的飞速发展，粉煤灰的排放量日渐增长。粉煤灰的大量排放不仅污染环境，还影响农田的使用。根据研究表明：将粉煤灰应用于建筑行业，作为掺合料加入水泥中，能起到填充作用、活化水泥和调整水泥孔隙结构的作用。当粉煤灰与水泥中的物质发生反应时，可以弥补水泥胶凝材料中矿物掺合料种类和数量的不足，从而促进混凝土的结构致密化。因此，在大型基础设施工程中，使用粉煤灰掺合混凝土可以显著提高混凝土的耐久性和抗压强度，延长建筑物的使用寿命。粉煤灰还可以改善混凝土的工作性能，减少混凝土龄期收缩裂缝的产生，提高混凝土的抗渗性能和耐碱性能，从而保障建筑物的质量与安全。

1. 粉煤灰的性能

粉煤灰是通过煤的燃烧过程中产生的细粉状灰烬，其主要由二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化铁（Fe2O3）和钙化物组成。粉煤灰中含有许多活性成分，其中主要包括硅酸盐和氧化物。这些物质赋予了粉煤灰独特的性能，一旦与氢氧化钙相遇便能生成特殊物质，提高水泥硬度，因此粉煤灰在混凝土工程中得以广泛应用。粉煤灰的性能根据其来源和生产工艺不同而有所差异，因此对其性能进行深入地研究和理解，对其在混凝土中的应用具有非常重要的意义。

2粉煤灰的分类

2.1按粉煤灰排放方式

粉煤灰是燃煤电厂燃烧煤炭后产生的固体废弃物，根据其排放方式可分为湿排粉煤灰和干排粉煤灰两种类型。湿排粉煤灰是指在燃烧过程中，粉煤灰携带燃煤烟气一同排放出来，与水混合，以灰浆的形式排进储灰池，对环境污染较大。相对而言，干排粉煤灰是指在燃烧后，通过除尘装置如静电吸尘器等捕集下来的粉煤灰，含水量较低，颗粒呈固体状，可以有效减少环境污染。

2.2按粉煤灰的物性分类

根据粉煤灰的物理性质，可以将其分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三种类型。Ⅰ级粉煤灰颗粒细小、密度较轻，且具有较高的活性，广泛应用于水泥、混凝土等建筑材料中；Ⅱ级粉煤灰大部分产自火电厂的排放，细度较粗，因此强度贡献稍逊一筹，但性能均高于或接近普通混凝土。Ⅲ级粉煤灰颗粒更粗，是煤燃烧后残留废渣中密度较大的部分，利用率比Ⅱ级粉煤灰低，主要应用于低强度的素混凝土或者无筋混凝土。

2.3按粉煤灰的化学组分分类

根据粉煤灰的化学组分，可以将其分为低钙灰（氧化钙＜5%）、中钙灰（氧化钙≈5%）、高钙灰（氧化钙＞5%）、高碱灰(碱＞1.5%)、高铁灰（Fe2O3=10%～20%）。低钙灰活性低，中钙灰活性高，高钙灰活性高、安定性差，高碱灰容易发生碱集料反应。高铁灰密度大，含铁型粉煤灰则是指粉煤灰中含有较多氧化铁成分的一种类型，其颗粒形态较为不均匀，颜色较深，其具有较高的耐磨性和耐腐蚀性，因此在一些特殊工程领域，如铁路道床、道路路基等建筑材料中应用广泛。同时，含铁型粉煤灰也可作为轻质填料用于制备各种混凝土制品，具有较好的经济效益和环保效益。

3粉煤灰在混凝土中的应用

3.1防止钢筋锈蚀

粉煤灰作为混凝土掺合料，能有效降低混凝土的渗透性，减少水泥用量，进而减缓混凝土内部水分迁移，提高混凝土的耐久性。钢筋锈蚀是混凝土结构中的常见问题，而粉煤灰的应用可以对此起到一定的防护作用。一般来说，钢筋锈蚀分为四类：碳化作用、电化学腐蚀、氯化物侵蚀、应力腐蚀断裂。粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3物质有助于形成致密的水化硅酸盐凝胶，从而降低混凝土孔隙率，减少氯离子、水分等侵入，有效抑制钢筋锈蚀的发生。在长期海洋环境或含氯盐等的恶劣条件下，粉煤灰混凝土的防腐蚀性能得到了显著提高。因此，粉煤灰在混凝土中的应用能有效帮助防止钢筋锈蚀，延长混凝土结构的使用寿命。

3.2抑制碱集料反应

碱集料反应是指水泥与包括硅酸盐类和氢氧化镁在内的部分碱性骨料接触后发生的化学反应。在这一过程中，水泥中的碱性成分与具有一定碱性的骨料发生反应，产生水合铝矾酸盐胶凝物质。这些胶凝物质会填充骨料表面的微孔隙，并沉积在其表面，使得骨料粗糙度增大，同时降低了骨料与水泥浆的结合力，从而引起混凝土的膨胀和破坏，强度降低等问题，严重影响混凝土的使用性能和耐久性。粉煤灰作为混凝土掺合料时，能有效抑制碱集料反应的发生。粉煤灰中的氧化铝和硅酸盐等化学成分能与过量的碱性物质反应，形成致密的水化硅酸盐胶凝物，填充混凝土中的间隙，阻止了水分和氧气的渗透，从而减缓了碱集料反应的进程。通过粉煤灰的应用，混凝土内部原本容易发生的反应问题得到了有效地抑制，保障了混凝土的整体性能和稳定性。因此，粉煤灰在混凝土中的应用不仅可以提高混凝土的耐久性，还能有效抑制碱集料反应带来的不利影响。

3.3抗碳化能力

混凝土碳化作用是指混凝土中的水泥浆体中的碳酸盐部分的反应。在这个过程中，水泥中的钙化合物和水化硅酸盐会与空气中的二氧化碳和水发生化学反应，最终形成碳酸盐。通常，这种碳化作用是一种慢性过程，会导致混凝土内部钢筋腐蚀、混凝土体积膨胀和抗压强度下降等问题。粉煤灰作为混凝土掺合料，可以显著提高混凝土的抗碳化能力。在混凝土中加入适量的粉煤灰能够减缓碳酸盐离子的迁移，减少混凝土中钙化合物的溶解速度，从而有效阻止混凝土的碳化过程。由于粉煤灰颗粒细小且活性高，它能够填充混凝土中的微裂缝和孔隙，从而进一步减缓碳酸盐离子的渗透，提高混凝土的整体抗碳化能力。

3.4减少混凝土裂缝

粉煤灰在混凝土中的另一个重要作用是减少混凝土裂缝的形成和扩展。首先，粉煤灰的细微颗粒能够填充混凝土中的微裂缝和孔隙，提高混凝土的致密性和均匀性，有效减少裂缝的生成。另外，混凝土施工放热，而粉煤灰在混凝土中的活性效应发展很慢，起缓凝作用，从而降低并延缓了水化热高峰的出现。这有利于大体积混凝土工程，有利于减少混凝土温差裂缝的出现。这些作用的综合效应使粉煤灰掺合混凝土具有较好的抗裂性能，显著减少了混凝土在硬化和使用过程中因收缩、变形等因素引起的裂缝，延长了混凝土的使用寿命。

4总结

综上所述，粉煤灰在混凝土中的应用具有广阔的发展前景，为了充分发挥粉煤灰在混凝土中的应用潜力，需进一步深入研究其对混凝土性能的影响机理，优化其掺量和配合比，以及开发新型粉煤灰混凝土材料。同时，还需加强对粉煤灰材料的质量控制和标准化生产，推动其产业化和市场化进程，实现粉煤灰在建筑领域的可持续利用。