结构推理 为什么混凝土中掺入一定量的粉煤灰能节约水泥?
【正确答案】(1)对新拌混凝土性能的影响粉煤灰对混凝土和易性的影响是多重的。单从流动性指标来看,粉煤灰的形态效应、微骨料效应及含碳量(即烧失量)对流动性有着直接的影响。品质优良的I级粉煤灰,可以提高混凝土的流动性,但Ⅲ级粉煤灰则使混凝土流动性下降。
   (2)对混凝土强度的影响  粉煤灰对混凝土强度的影响,根据粉煤灰品质不同,其影响规律略有不同。对优质的I级粉煤灰来说,在掺入量小于10/%时,不仅强度提高,而且早期强度也不下降。但当掺量超过一定值后,混凝土早期强度略有下降,但后期强度仍可高于不掺粉煤灰的基准混凝土。
   (3)对混凝土耐久性的影响  粉煤灰对混凝土耐久性的影响主要反映在抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性、抗碳化和对钢筋的保护作用等方面。
   1)对抗冻性的影响。这是因为粉煤灰的活性效应减少了Ca(OH)2的产生,使之减少了因浸析而产生的大量孔隙;形态效应使混凝土用水量减少,有利于减少孔隙和毛细孔;而粉煤灰颗粒的填充效应可减少泌水量,使孔隙细化,有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀,从而改善混凝土的抗冻性能。
   2)对抗渗性的影响。粉煤灰对混凝土抗渗性影响的过程与抗冻性相似。优质粉煤灰的微骨料效应能够改善混凝土界面结构,使粉煤灰混凝土的渗透通道更弯曲,大孔数量减少,渗透系数也减小;同时粉煤灰中火山灰反应生成的水化硅酸钙(C-S-H凝胶)能进一步填塞水泥石中的毛细孔隙,堵塞渗水通道,增强混凝土的密实性,增大渗透阻力,且随着混凝土龄期增长,火山灰活性进一步发挥,更能提高粉煤灰混凝土的抗渗性能。
   3)对抗硫酸盐腐蚀的影响。在混凝土中掺入粉煤灰,能减少水泥用量,即减少了由水泥带入的C3A含量及水泥水化生成的Ca(OH)2,从而减少了与侵蚀溶液中侵蚀介质反应的Ca(OH)2。另一方面,掺入粉煤灰增强了混凝土的密实度,降低了硫酸盐侵蚀介质的侵入与腐蚀速度,同时也相应减少了形成具有膨胀破坏作用的钙矾石反应。经过机械活化处理的磨细灰,由于颗粒分布和颗粒度的优化,火山灰活性的提高,其提高抗蚀性能更佳,尤其是长龄期混凝土的耐硫酸盐和海水侵蚀性能得以进一步提高。
   4)抗碳化和对钢筋的保护作用。粉煤灰对混凝土碳化作用有两方面的影响:一方面是粉煤灰取代部分水泥,使得混凝土中水泥熟料含量降低,析出的氢氧化钙数量必然减少,同时粉煤灰二次水化反应进一步降低Ca(OH)2的含量,使混凝土的抗碳化性能下降,这是不利的一面;另一方面,粉煤灰的微骨料填充效应能使混凝土结构更致密,在一定程度上减缓了碳化速度。但两者相比,粉煤灰的掺入对抗碳化是不利的。因此需要有其他的改进措施,如与矿渣粉复合使用,改善抗碳化性能;或降低水胶比,提高混凝土的密实度。
   研究表明,粉煤灰掺量为0~70/%的混凝土,pH值在12.56~12.06,高于钢筋混凝土允许的最小pH值11.50,足以形成致密的钢筋钝化膜。通常认为,在水化早期,粉煤灰的火山灰反应程度低,粉煤灰一水泥体系孔结构较疏松,因此碳化速度快,相对碳化深度与钢筋锈蚀量也较大。水化后期,“粉煤灰效应”使混凝土的密实度提高,降低了混凝土的孔隙率,改善了孔结构,大大阻碍了CO2、O2、水分向混凝土的扩散,使之不易到达钢筋表面,能提高混凝土的护筋性。有研究结果表明,粉煤灰掺量为10/%时护筋性提高0.5倍;掺量为20/%时护筋性可提高1.25倍;掺量为30/%时,可提高到1.5倍以上。且水胶比越小,护筋性越强。此外,掺加粉煤灰还能抑制杂散电流对钢筋的锈蚀作用。
【答案解析】