1粉煤灰在混凝土中的作用機理隨著我國城市化建設的推進，道路、橋樑、地鐵等基礎設施的大力興建，混凝土用量劇增，混凝土結構所處的環境也越來越嚴苛，大量混凝土耐久性問題層出不窮，已經引起了廣泛關注。國內外研究人員對如何提高混凝土結構耐久性做了大量研究，並獲得了諸多成果。研究發現，粉煤灰作為礦物摻合料添加入混凝土中可以有效提高混凝土結構的穩定性和耐久性。
粉煤灰是從煙氣中收集的細粉末，主要礦物組成為直徑以微米計的實心微珠和空心微珠等，顆粒表面光滑，呈球形，顏色為灰色或深灰色，主要化學成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3。目前，粉煤灰在我國的年排放量約為3億t，但利用率只有42%左右，其主要應用於建材、建工、築路、回填等領域[1]。粉煤灰的大量排放，不僅佔用了大面積的土地和能源，而且容易形成粉塵影響環境衛生。在混凝土中摻入部分粉煤灰，不僅使混凝土生產成本降低，而且可以減少水化熱，使混凝土內部溫度降低，減少孔隙率，抑制鹼-骨料反應，提高抗滲性，從而延長混凝土結構的使用壽命，提高混凝土耐久性。摻加粉煤灰已成為混凝土改性的重要方法，粉煤灰也成為了製備高性能混凝土不可或缺的組分之一，在配製混凝土時，粉煤灰可以取代混凝土中水泥用量的20%～40%。由於粉煤灰的良好的活性，粉煤灰在混凝土中的直接應用技術有了新進展，一方面實現了廢物利用，響應了國家節能減排、減少環境汙染的要求，取得了經濟效益和社會效益，另一方面極大地改善了混凝土性能、擴增了混凝土的品種。文章從粉煤灰效應出發，闡述了粉煤灰對混凝土耐久性的影響。
粉煤灰是一種人工的火山灰質礦物類產品，細度與水泥細度相同或比水泥更細，本身並不具備膠凝能力，但其參與水泥的水化過程，對水化產物有貢獻，因此被稱為輔助膠凝材料。在鹼性環境下，粉煤灰摻入混凝土中，粉煤灰中的SiO2和Al2O3可以與水泥水化產物Ca(OH)2發生化學反應，生成難溶性水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。粉煤灰具有潛在的化學活性，只有在較長齡期才能顯現出來，可以顯著提高混凝土結構的耐久性，粉煤灰在混凝土結構中的主要作用集中體現在以下幾方面：
（1）粉煤灰多呈球形，優質粉煤灰中的玻璃微珠含量較高，可以填充骨料顆粒之間的空隙，形成潤滑層，對混凝土和砂漿起到“滾珠軸承”作用，可以提高流動性，具有減水作用，因此有學者稱之為“礦物減水劑”；
（2）粉煤灰可以使水泥分佈均勻，在配製較低水膠比的混凝土時，由於粉煤灰水化較慢，未水化的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更完全；
（3）粉煤灰的顆粒較細，可以填充水泥顆粒之間的孔隙，改善混凝土的結構，提高緻密性[2]，從而提高強度和耐久性；
（4）粉煤灰具有火山灰效應，可以與富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結晶發生化學反應，生成的具有膠凝性質的產物，可以填充混凝土結構中的孔隙改善微觀結構，同時改善界面缺陷，加強薄弱的過渡區，對改善混凝土的各項性能有明顯的作用；
（5）粉煤灰密度較小，當其等質量代替水泥時，可以改善混凝土的和易性，而且可以延緩水泥的水化速度，降低水化熱，防止混凝土開裂，延長使用年限。粉煤灰的效應與自身品質有關，品質越好，其活性越高。粉煤灰可以採取三種方式摻入混凝土中，分別為等量取代法、超量取代法和外摻法。從有利於發揮粉煤灰活性以及粉煤灰在工程應用等角度出發，今後粉煤灰應作為混凝土的單獨組分來進行配合比設計。
2粉煤灰對混凝土耐久性的影響
2.1抗凍融性
混凝土結構的凍融破壞是指在低溫條件下，混凝土中凝膠孔和毛細孔道之間存在滲透壓和膨脹力，當其超過混凝土的抗拉強度時，就會使混凝土產生微細裂縫，在反覆凍融作用下，會使微細裂縫不斷增多和擴大，導致混凝土強度逐漸降低，甚至產生剝落現象。在嚴寒地區，凍融循環嚴重影響混凝土的耐久性。大量研究發現，粉煤灰混凝土的抗凍性相對於基準混凝土來說有很大的改善。其主要機理是隨著水泥水化反應的不斷進行，自由水的含量逐漸減少，水泥的水化不可能完全，因而混凝土內部一定存在未水化凝膠材料。粉煤灰高性能混凝土的抗凍性能之所以得到了提高，也是混凝土內部孔隙率減少和剩餘孔徑變小所致。摻加一定量粉煤灰部分替換水泥後，由於減少了水泥用量，水化產物中Ca(OH)2量也隨之下降，但粉煤灰的二次水化產物C-S-H和Aft的量有所增加，使混凝土與集料界面過渡層的孔隙率下降[3]；此外，粉煤灰的細微顆粒在水泥顆粒中均勻分散，成為水化產物積聚的中心。
隨著混凝土齡期的延長，這些細微顆粒和水化產物使水泥石孔隙率下降，改善了混凝土的耐久性。粉煤灰的等級與粒度或比表面積有很大聯繫，粉煤灰質量較高時，微細顆粒能充分均勻地分散在水泥顆粒之間，而且由於直徑比毛細孔直徑大的硬質空心玻璃體的存在會切斷毛細孔滲水的通道，減少泌水，可提高混凝土結構的密實度，從而使得混凝土的抗凍性大大提高。
2.2抗滲透性
抗滲透性是評價混凝土的重要指標之一，很大程度上決定著混凝土結構的耐久性。混凝土是典型的毛細孔多孔體，內部存在大量孔隙。粉煤灰由於具有微集料效應，摻入粉煤灰後的混凝土大孔數量較少，其滲透係數也較小，具有良好的抗滲能力[2]。粉煤可以改善混凝土的孔結構，從而在抗滲混凝土中得到了應用。粉煤灰的摻加可以改善混凝土的界面結構與和易性，提高緻密性和耐久性。其還具有火山灰效應，能與水泥的水化產物生成C-S-H凝膠，填塞混凝土結構中的存在的孔隙和滲透通道，使密實度和滲透阻力增大。張雲蓮等人的研究表明，高摻量粉煤灰混凝土的滲透係數可低至1.6×10-14m/s[4]。隨著混凝土齡期的增長，粉煤灰的潛在活性得到進一步發揮並使粉煤灰混凝土的抗滲性能更好。
2.3抑制鹼-骨料反應
由於鹼-骨料反應進行緩慢，很難發現及發現時難以修復等特點，此反應被人們稱為混凝土結構耐久性的“癌症”。因為粉煤灰對鹼-骨料反應具有抑制作用，故引起了人們的廣泛重視。周軍等人的研究表明，混凝土結構中水泥的含鹼量越高，膨脹率就越大，而膨脹率與骨料的活性大小無關，與粉煤灰的取代量、粉煤灰的等級和含鹼量也無關[5]。在大多數情況下，同基準拌合物相比，加入粉煤灰可減少鹼-骨料反應引起的體積膨脹，用粉煤灰取代一部分水泥是抑制鹼-骨料反應的有效措施。摻入粉煤灰不僅能使水泥水化生成的Ca(OH)2量減少，而且可以促使鹼被固定在C-S-H中，使鹼含量下降95%，鹼-骨料反應發生的條件遭到了破壞，有效地抑制了反應的發生。吳定燕等人的研究表明[6]，粉煤灰摻量在30%時，對鹼-骨料反應的抑制效果更為顯著，可以更為有效地緩解由於鹼集料反應而引起的耐久性下降問題。
3結語
粉煤灰由於具有良好的形態效應、微集料效應和火山灰效應，可以有效地改善混凝土結構的耐久性，而且粉煤灰混凝土的生產初步實現了粉煤灰的綜合利用，既減少了環境汙染又提高了經濟效益，開闢了一條可持續發展的道路。但是普通粉煤灰本身活性低而且粒度比較大，將其摻入混凝土後混凝土的早期強度低，使其在工程應用領域受限，所以粉煤灰在使用過程中也需要不斷地創新和發展。目前，超細粉煤灰對高性能混凝土長期性能及耐久性的影響成為了新的研究熱點，為進一步提高對資源的有效利用提供了新的思路。
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