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0 引言
粉煤灰是燃煤发电站锅炉中煤粉充分燃烧后所产生的细粒灰尘，即通常所说的飞灰，在中国燃煤发电站于本世纪30年代，当时粉煤灰作为一种废料不经任何处理就排入大气。50年代初，有关部门开始着手于粉煤灰的综合利用研究，至1989年已达26%，但利用率远跟不上排放量的增长，预计本世纪末将达到1.2~1.5亿吨/年，不仅占用了大量宝贵的可耕地资源，而且严重污染环境，基于以上原因，笔者认为粉煤灰砼将会使人们认识到粉煤灰的另一方面。
1 粉煤灰的性能及其品质
1.1 粉煤灰的外观和颜色
粉煤灰类似水泥，颜色因组成、细度变化很大，低钙粉煤灰随组分中碳的含量变化，颜色可由乳白色变到灰黑色，高钙粉煤灰因大量氧化钙的存在，一般呈浅黄色。在商品粉煤灰的生产控制中，粉煤灰的颜色是质量评定指标比较关键，含碳量多少和细度可以通过颜色体现出来。
1.2 需水量比
相较于其它品种火山灰来说，粉煤灰在很多方面都占有绝对的优势。将粉煤灰掺入灰混凝土中，往往能节省混凝土所需水量。
近几年来，很多单位和部门开始关注粉煤灰的用水量，对于砼基本组分而言，除胶凝材料是活性组分外，水其实也是活性组分的一种。水在水泥和粉煤灰的水化反应中发挥着相当重要的作用，而且混凝土中的多余水份形成毛细孔、凝胶孔等孔隙，这会大大妨碍混凝土的结构及使用性能。
1.3 火山灰活性指数
粉煤灰是由各种性状的颗粒混合堆聚的粒群，只有硅酸盐、铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒才能在碱性溶液中显示出火山灰反应的性质，以及具有生成胶凝性能的水化产物的性能。
1.4 安定性和干缩性
粉煤灰品质指标中安定性指标也是一个与化学性质有关的物理指标，测定粉煤灰安定性的目的主要是避免粉煤灰中有害的化学成分影响混凝土的耐久性。其试验方法往往与水泥安定性的试验方法相同。ASTMC618规定：蒸压后试件的膨胀和收缩值不超过0.8%，ASTM标准中对粉煤灰的碱反应作为非常强制性指标，还规定，14d龄期砂浆试件的膨胀不大于0.02%。干缩性，一般情况下都作为非强制性的粉煤灰品质指标，要求28d龄期试件干缩增加率不大于0.03%。
1.5 烧失量
粉煤灰中未燃尽的碳可按燃失量指标来估量。由于碳的稳定性不好，所以碳粒一向被认为是对混凝土有害的物质。现在，通过大量研究工作，已证实粉煤灰中碳粒体积是比较安定的，也不会对混凝土中的钢筋有害。但由于一碳粒具有疏松多孔结构，在塑性成型过程中需经吸收大量水份，提高了标准稠度需水量，凝结后留下大量孔隙，从而降低了制品强度，特别是降低了制品的抗渗及抗冻效果。并且于一般碳粒粒径较粗，在制品中成为微集料，但它本身抗压强度又很低，同时也与活性骨料粘结成牢固的骨架结构。另外，在化学性质上，碳粒作为隋性物料，它的存在就意味着活性材料组分的减少。
1.6 含水量
粉煤灰中水份的存在往往会使活性降低，产生一定的粘附力易于结团，影响干状粉煤灰的包装运输贮存和应用。因此一般的规范都将它限制在3%以下。
2 粉煤灰对砼性能的影响
2.1 对所拌砼性能的影响
2.1.1 和易性
新拌砼的和易性受浆体的体积、水灰比和配合比设计，以及骨料形状、级配和孔隙率等因素的影响。在新拌砼中掺加粉煤灰可增加浆体体积，也可以用粉煤灰代替等质量的水泥，与水泥的体积相比，粉煤灰的体积要大至少30%，在根据强度要求按质量比大于1：1（又称超量取代），若采用粉煤灰代替水泥，细屑含量因掺入了粉煤灰而有所增加，所以增大了浆体——集料比。集料间的孔隙被足够的浆体填充，集料的颗粒被包裹以后显得润滑了，大大提高了新拌砼的粘聚性、可塑性。
2.1.2 泌水性
掺入适量的粉煤灰，可使细集料中细屑的不足、中断砂浆基体中泌水渠道的连续性得以改善，而且用粉煤灰取代水泥，在同样稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌砼的泌水是不利的。
2.1.3 凝结时间
一般情况下，掺加低钙粉煤灰能延长所拌砼的凝结时间，如掺加高钙粉煤灰可能使凝结时间延长，但也可能减少或对凝结时间没有明显影响。粉煤灰的掺量越大，气温越低，缓凝时间越长，这对热天施工以及一些要求缓凝的混凝土工程来说较为有利。
2.1.4 引气
新拌混凝土的空气含量一般在3%以内，与水泥的细度、骨料形状，级配以及振捣密实的程度有关。当混凝土中掺入粉煤灰时，由于细屑组分的影响会使混凝土中空气含量减少1%左右。
2.2 对硬化中混凝土性能的影响
2.2.1 早期强度
粉煤灰混凝土早期强度较低，其原因是由于部分水泥为粉煤灰所取代，硬化中混凝土水化产物数量减少，加上粉煤灰颗粒的活性组份化学反应迟缓，颗粒周围的水膜层间隙未填实，较大的孔隙和敞开的毛细孔较多，结构密实性较差。由于技术进步，只要断面尺寸足够大的粉煤灰砼，早期强度也不低于基准砼。
2.2.2 水化热
混凝土中水泥的水化反应及放热反应，水化过程中硅酸盐水泥的总放热量高达502J，大体积混凝土中热量不易散失，由于温差收缩足以引起构件的严重开裂。
粉煤灰的加入取代了部分水泥，按质量计以粉煤灰取代30%时，可使因水化热导致的绝热温升降低15%左右。
2.2.3 养护温度和湿度
实验证明，养护温度超过20℃就能较好发挥粉煤灰效应。另外，粉煤灰早期潮湿养护十分重要，只在保证足够水化的条件下，才能使水泥进行水化反应以及Ca（OH）2与粉煤灰进行二次反应，粉煤灰砼须至少7d的潮湿养护，北方寒冷地区预制粉煤灰砼构件，用蒸汽養护在相当长时间内强度仍有相当明显的持续增长。
此外，粉煤灰增加砼浆体体积还能有效降低砼收缩，提高砼的抗渗性，抗冻性。而且粉煤灰与水泥中碱反应，能防止砼集料中活性氧化硅与碱发生碱——集料反应。
总之，粉煤灰在砼中合理使用，不但能部分替代水泥降低工程造价，而且由于其特有的性能可以很有效地用于有各种使用要求的砼中，改善和提高砼的性能。它不但可以更好地节约资源和能源，而且可作为功能组分出现在高功能混凝土中，为现代混凝土技术做出更大贡献。
粉煤灰是燃煤发电站锅炉中煤粉充分燃烧后所产生的细粒灰尘，即通常所说的飞灰，在中国燃煤发电站于本世纪30年代，当时粉煤灰作为一种废料不经任何处理就排入大气。50年代初，有关部门开始着手于粉煤灰的综合利用研究，至1989年已达26%，但利用率远跟不上排放量的增长，预计本世纪末将达到1.2~1.5亿吨/年，不仅占用了大量宝贵的可耕地资源，而且严重污染环境，基于以上原因，笔者认为粉煤灰砼将会使人们认识到粉煤灰的另一方面。
1 粉煤灰的性能及其品质
1.1 粉煤灰的外观和颜色
粉煤灰类似水泥，颜色因组成、细度变化很大，低钙粉煤灰随组分中碳的含量变化，颜色可由乳白色变到灰黑色，高钙粉煤灰因大量氧化钙的存在，一般呈浅黄色。在商品粉煤灰的生产控制中，粉煤灰的颜色是质量评定指标比较关键，含碳量多少和细度可以通过颜色体现出来。
1.2 需水量比
相较于其它品种火山灰来说，粉煤灰在很多方面都占有绝对的优势。将粉煤灰掺入灰混凝土中，往往能节省混凝土所需水量。
近几年来，很多单位和部门开始关注粉煤灰的用水量，对于砼基本组分而言，除胶凝材料是活性组分外，水其实也是活性组分的一种。水在水泥和粉煤灰的水化反应中发挥着相当重要的作用，而且混凝土中的多余水份形成毛细孔、凝胶孔等孔隙，这会大大妨碍混凝土的结构及使用性能。
1.3 火山灰活性指数
粉煤灰是由各种性状的颗粒混合堆聚的粒群，只有硅酸盐、铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒才能在碱性溶液中显示出火山灰反应的性质，以及具有生成胶凝性能的水化产物的性能。
1.4 安定性和干缩性
粉煤灰品质指标中安定性指标也是一个与化学性质有关的物理指标，测定粉煤灰安定性的目的主要是避免粉煤灰中有害的化学成分影响混凝土的耐久性。其试验方法往往与水泥安定性的试验方法相同。ASTMC618规定：蒸压后试件的膨胀和收缩值不超过0.8%，ASTM标准中对粉煤灰的碱反应作为非常强制性指标，还规定，14d龄期砂浆试件的膨胀不大于0.02%。干缩性，一般情况下都作为非强制性的粉煤灰品质指标，要求28d龄期试件干缩增加率不大于0.03%。
1.5 烧失量
粉煤灰中未燃尽的碳可按燃失量指标来估量。由于碳的稳定性不好，所以碳粒一向被认为是对混凝土有害的物质。现在，通过大量研究工作，已证实粉煤灰中碳粒体积是比较安定的，也不会对混凝土中的钢筋有害。但由于一碳粒具有疏松多孔结构，在塑性成型过程中需经吸收大量水份，提高了标准稠度需水量，凝结后留下大量孔隙，从而降低了制品强度，特别是降低了制品的抗渗及抗冻效果。并且于一般碳粒粒径较粗，在制品中成为微集料，但它本身抗压强度又很低，同时也与活性骨料粘结成牢固的骨架结构。另外，在化学性质上，碳粒作为隋性物料，它的存在就意味着活性材料组分的减少。
1.6 含水量
粉煤灰中水份的存在往往会使活性降低，产生一定的粘附力易于结团，影响干状粉煤灰的包装运输贮存和应用。因此一般的规范都将它限制在3%以下。
2 粉煤灰对砼性能的影响
2.1 对所拌砼性能的影响
2.1.1 和易性
新拌砼的和易性受浆体的体积、水灰比和配合比设计，以及骨料形状、级配和孔隙率等因素的影响。在新拌砼中掺加粉煤灰可增加浆体体积，也可以用粉煤灰代替等质量的水泥，与水泥的体积相比，粉煤灰的体积要大至少30%，在根据强度要求按质量比大于1：1（又称超量取代），若采用粉煤灰代替水泥，细屑含量因掺入了粉煤灰而有所增加，所以增大了浆体——集料比。集料间的孔隙被足够的浆体填充，集料的颗粒被包裹以后显得润滑了，大大提高了新拌砼的粘聚性、可塑性。
2.1.2 泌水性
掺入适量的粉煤灰，可使细集料中细屑的不足、中断砂浆基体中泌水渠道的连续性得以改善，而且用粉煤灰取代水泥，在同样稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌砼的泌水是不利的。
2.1.3 凝结时间
一般情况下，掺加低钙粉煤灰能延长所拌砼的凝结时间，如掺加高钙粉煤灰可能使凝结时间延长，但也可能减少或对凝结时间没有明显影响。粉煤灰的掺量越大，气温越低，缓凝时间越长，这对热天施工以及一些要求缓凝的混凝土工程来说较为有利。
2.1.4 引气
新拌混凝土的空气含量一般在3%以内，与水泥的细度、骨料形状，级配以及振捣密实的程度有关。当混凝土中掺入粉煤灰时，由于细屑组分的影响会使混凝土中空气含量减少1%左右。
2.2 对硬化中混凝土性能的影响
2.2.1 早期强度
粉煤灰混凝土早期强度较低，其原因是由于部分水泥为粉煤灰所取代，硬化中混凝土水化产物数量减少，加上粉煤灰颗粒的活性组份化学反应迟缓，颗粒周围的水膜层间隙未填实，较大的孔隙和敞开的毛细孔较多，结构密实性较差。由于技术进步，只要断面尺寸足够大的粉煤灰砼，早期强度也不低于基准砼。
2.2.2 水化热
混凝土中水泥的水化反应及放热反应，水化过程中硅酸盐水泥的总放热量高达502J，大体积混凝土中热量不易散失，由于温差收缩足以引起构件的严重开裂。
粉煤灰的加入取代了部分水泥，按质量计以粉煤灰取代30%时，可使因水化热导致的绝热温升降低15%左右。
2.2.3 养护温度和湿度
实验证明，养护温度超过20℃就能较好发挥粉煤灰效应。另外，粉煤灰早期潮湿养护十分重要，只在保证足够水化的条件下，才能使水泥进行水化反应以及Ca（OH）2与粉煤灰进行二次反应，粉煤灰砼须至少7d的潮湿养护，北方寒冷地区预制粉煤灰砼构件，用蒸汽養护在相当长时间内强度仍有相当明显的持续增长。
此外，粉煤灰增加砼浆体体积还能有效降低砼收缩，提高砼的抗渗性，抗冻性。而且粉煤灰与水泥中碱反应，能防止砼集料中活性氧化硅与碱发生碱——集料反应。
总之，粉煤灰在砼中合理使用，不但能部分替代水泥降低工程造价，而且由于其特有的性能可以很有效地用于有各种使用要求的砼中，改善和提高砼的性能。它不但可以更好地节约资源和能源，而且可作为功能组分出现在高功能混凝土中，为现代混凝土技术做出更大贡献。