从欧洲建材看我国粉煤灰的综合利用

论文作者：李济英

摘要： 粉煤灰是指企业在生产时煤粉燃烧过程中排出灰渣的总称。随着大型燃煤电厂的建成投产，粉煤灰的产生量按平均每年１５％的速度递增，占工业固体废物的比例已达６０％，因此粉煤灰的综合利用是我国工业固体废弃物处理的重点之一。

关键词： 欧洲建材 粉煤灰 综合利用

　１．环保节能的欧洲建材
　　欧洲原本是美丽的，而有了砌块与彩瓦的装扮，欧洲更是色彩绚丽。在城市的硬化方面，欧洲人大量应用了砌块。广场、花坛、路边石都采用砌块，结构砖、草地砖、人行道砖、广场砖等各样的砌块应有尽有，色泽鲜明、高雅美观。

　　通过考察我们了解到，欧洲所使用的砌块是利用粉煤灰和火山灰制造的。他们在废物利用与环境保护方面对我们的启发很大。他们的成功做法也值得我们借鉴。

　　２．加快粉煤灰在新型建材领域的应用

　　我国矿产资源总回收率为３０％～５０％，比世界平均水平低１０～２０个百分点；每年可综合利用的固体废物和可回收利用的再生资源，没有利用的价值达５００多亿元，这是造成企业成本上升、经济效益差的重要原因之一。此外，我国固体废弃物综合利用率若提高１个百分点，每年就可减少约１０００万ｔ废弃物的排放。可见，能源节约与资源综合利用也是解决环境污染的重要途径之一。

　　粉煤灰是指企业在生产时煤粉燃烧过程中排出灰渣的总称。随着大型燃煤电厂的建成投产，粉煤灰的产生量按平均每年１５％的速度递增，占工业固体废物的比例已达６０％，因此粉煤灰的综合利用是我国工业固体废弃物处理的重点之一。我国粉煤灰综合利用的历史始于５０年代的三门峡大坝工程。该工程在混凝土中共掺用煤灰３．３万ｔ，节约水泥２．１３万ｔ，不仅起到了节约水泥降低成本的作用，更主要的是起到防止大坝出现裂纹、防渗、增加后期强度、提高工程质量的效果，为我国粉煤灰的利用开了先河。

　　近年来，国家和地方有关部门都制定出台了一系列政策法规，极大地推动了粉煤灰综合利用工作的开展。至今粉煤灰在建材、筑路、筑坝、工程回填、混凝土及砂浆等方面的应用有了很大的进展，从环保节能角度讲，粉煤灰已成为一种可以替代黏土的建材原料，得到越来越广泛的应用。为保护耕地，国家有关部委明令限期取缔用黏土烧砖烧瓦，并在部分城市已开始实施。利用粉煤灰生产新型建筑材料为国家产业政策所积极倡导推广。

　　３．黄岛发电厂对粉煤灰综合利用的探索与实践

　　黄岛发电厂是一个具有２０多年历史的火力发电厂，总装机容量６７０ＭＷ，年排灰量为４０万ｍ３，目前黄岛发电厂储存的粉煤灰约７００万ｍ３。由于长年积累的粉煤灰没有得到及时开发利用，目前两个储灰场的大量积灰对所在地的环境造成一定的危害。同是随着电厂的进一步发展和三期工程的规划建设，排灰费用和灰场的维护费用都在逐年增加。因此，粉煤灰的消化利用已成为企业重点研究解决的课题。

　　１９９９年，黄岛发电厂经多方考察，深入论证，成立了新型建材公司，引进德国玛莎公司的全自动混凝土砌块生产线一套，年产混凝土砌块２５万ｍ３，可消耗粉煤灰１０万ｍ３。由于混凝土砌块是一种低能耗、无污染、保洁好、隔音好、用途广的新型建材，其承重砌块具有比实心黏土砖所建墙体自重轻２０％～３０％、工效提高３０％～５０％、墙体总造价低５％～１０％、使用面积增大２％～５％等优势，加之政策倡导，投产以来出现了产销两旺的良好势头，目前已经供不应求。新型建材公司从而成为黄岛发电厂在市场经济条件下实现企业再次腾飞和跨越式发展的生力军。一期灰场５０ｈｍ２土地也已经转为商用。

　　下一步，黄岛发电厂将与意大利甘巴利公司合作上马年产１３００万片彩瓦全自动生产线。该项目主要引进当今世界上技术先进和设备一流的意大利沃泰克斯公司全自动彩色混凝土屋面瓦生产线，利用甘巴利公司的生产技术，添加黄岛发电厂排放的粉煤灰，制造具有环保、利废、保温、隔音等性能的彩瓦。从国家政策和青岛市的实际情况来看，中高档彩瓦前景乐观，特别是彩瓦具有色泽鲜艳，外型美观，强度高、抗渗水、抗风化的特点，是国家“九五”“十五”康居工程认定产品。随着人们消费观念、审美观念的进步，在未来几年内彩瓦需求将大幅度提高。目前，合资公司华欧甘巴利屋顶制品有限公司已经成立，预计２００３年４月份将正式投产。

　　同时，黄岛发电厂将根据市场情况上马新型建材公司二期工程，使粉煤灰砌块的年产量达到５０万ｍ３。

　　现在，与粉煤灰综合利用相配套的干除灰工程已全部完成，自２００２年４月份开始，黄岛发电厂实现了４台锅炉的干灰连续零排放。干排渣工程的可研和前期工作已经结束，２００３年底将使黄岛发电厂由海水排灌实现干排渣。这样，通过扩大干灰对外销售和加大粉煤灰深入开发和综合利用的力度，把华欧新型建材和华欧甘巴利屋顶制品公司建成全国最

粉煤灰在高速公路水泥砼路面中的应用

摘要： 高速公路水泥混凝土路面滑模摊铺施工对水泥混凝土的路用性能有特殊的要求，混合料既要具有良好的工作性能，又要提高抗折强度。掺入粉煤灰，是提高水泥混凝土性能的有效技术手段。在常益高速公路路面工程施工过程中，通过相关试验和施工实践，对混凝土掺入粉煤灰的性能进行了研究，确定了粉煤灰的技术要求、合适的掺量、配合比设计方法，并提出了改进的措施。

关键词： 公路桥梁 粉煤灰



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一、室内试验

1. 粉煤灰的技术要求

　　粉煤灰是热电厂的排放场，其堆放不仅占用大量土地，而且污染环境，但若用于建材，会取得较好经济效益。由于燃烧和回收工艺的不同，粉煤灰的品质也有很大差别。

　　在水泥混凝土路面工程中要求使用干粉煤灰，要求达到Ⅱ级以上粉煤灰的技术要求，并先采用磨细粉煤灰。可用于混凝土路面的粉煤灰技术要求及我省几大电厂所产粉煤灰的技术试验数据如表1。

表1 混凝土路面用粉煤灰的技术要求及试验结果 粉煤灰 需水量比/% 含水量/% Loss/% SO3/% 细度1/%(45um筛)

石门电厂产 94 0.18 6.14 0.49 2.1

株洲电厂产 100 0.11 4.51 0.44 19.9

湘潭电厂产 100 0.10 4.88 0.11 13.1

要求指标 ≤105 ≤1 ≤8 ≤3 ≤20

　　Ⅲ级灰各项技术指标不能满足路面混凝土的要求，只能用于基层。

　　2. 粉煤灰的掺量

　　国内外的理论研究表明，硅酸盐水泥中可释放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反应，从而提高强度。在长常高速公路益常段路面施工中，强制规定每1m3水泥混凝土至少使用360kg水泥。当1m3水泥凝土使用360kg525#普通硅酸盐水泥、水灰比0.41、砂率37%时，初步确定掺入粉煤灰20kg、25kg、30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg进行试配，得出结果是掺入45kg粉煤灰的混凝土综合性能最佳。此时粉煤灰掺量为水泥用量的12.5%。推荐使用粉煤灰掺量为水泥用量的8%-20%。

　　3. 粉煤灰水泥砼的配合比设计

　　粉煤灰水泥混凝土的配合比设计根据《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90规定的超量取代法进行，超量系数取1.5，由此增加的粉煤灰体积减去同体积的砂。

二、粉煤灰对水泥砼性能的改善

　　1. 改善工作性能

　　粉煤灰的掺入，使胶凝材料的总量增加，砼工作性能大幅度改善，更适合路面滑模摊铺：①粉煤灰水泥混凝土的振动粘度系数减小，有利于振捣密实；②静态坍落度变小，有利于防止塌边；③胶凝材料的总量增加使摊铺成型的路面光滑平整；④和易性的改善，减小了摊铺机前进的阻力，减轻了摊铺机的工作负荷。

　　这些性能的改善是由于粉煤灰有较大的比表面积和球状微珠对流变学性能的影响所致。在对未掺入粉煤灰的水泥混凝土摊铺时，为了振动密实，必须提高混凝土的坍落度，这样的混凝土容易塌边。如果为了防止塌边，必须降低混凝土坍落度，这样又必须加大振捣棒的振动频率，同时机器前进的阻力增大，加大了机器的工作负荷。加粉煤灰后，这一矛盾得到了协调统一。

　　2. 提高抗折强度

　　滑模摊销水泥混凝土使用粉煤灰，能提高抗折强度，尤其是使后期强度大幅度提高。长常高速公路益常段使用水泥用量12.5%的Ⅱ级粉煤灰，12个月的抗折强度超过了7.5MPa。试验结果见表2。

表2 粉煤灰混凝土抗折强度随龄期的增长 Ⅱ级粉煤灰掺量/kg 抗折强度/Mpa

7d 28d 90d 360d后

0 5.96 6.32 6.40 6.55

35 5.60 6.65 6.90 7.35

45 5.51 6.92 7.30 7.65

55 5.40 6.95 7.45 7.98

　　注：在此试验中，坍落度3～5cm，碎石粒径5～30mm，砂细度模数2.8，砂率37.5%，每1m3混凝土525#水泥用量360kg，掺入高效减水剂和引气剂。

　　从表2知，粉煤灰混凝土的28d、90d、360d后的抗折强度比普通混凝土分别提高了5%-10%、8%-16%和12%-22%。粉煤灰的掺量越大，龄期越长，强度提高越大。

3. 改善抗磨性

　　水泥混凝土路面的抗磨性与强度成线性正比关系。随着路面抗折强度的提高，抗磨性也随之提高。通过对28d龄期的试件进行抗磨性试验，粉煤灰掺量为水泥用量12.5%粉煤灰混凝土比普通水泥砼的抗磨性提高23%(表3)。

表3 粉煤灰混凝土抗磨性对比试验 Ⅱ级粉煤灰掺量/kg 磨耗量/(kg•m-2) 试验方法

试验值 技术要求

0 1.200 ≤3.6 T0527-94

45 0.923

　　4. 降低泌水率

　　由于机械配套的限制，国内滑模摊铺路面多采用自卸车运输混合料，在运输过程中较严重的泌水将会导致混合料工作性能降低，并产生卸料困难，降低工作效率，提高劳动强度。掺入粉煤灰可降低混凝土的泌水率，有利于混凝土的运输。长常高速公路益常段施工中砼运距最远达25km，没有因为运输过程中的混合料泌水影响施工。长常公路三个路面施工承包人均反应益常段路面砼比没有掺入粉煤灰的长益段容易卸料。

　　5. 降低水泥水化速度

　　掺入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝结时间延长，有利于高温季节施工，并有利于远距离运输。

三、存在的问题及其处理措施

　　1. 粉煤灰砼干缩性大，高温大风季节施工易产生塑性收缩开裂

　　长常高速公路益常段的路面施工中，每1m3粉煤灰水泥砼水泥用量为360kg，粉煤灰为45kg，胶凝材料总量为405kg。显然，胶凝材料的总量过多在夏季高温大风天气施工容易产生塑性收缩裂缝。研究表明，粉煤灰水泥混凝土在0.57kg/m2•h蒸发率的条件下就会产生塑性收缩裂缝，而普通水泥混凝土则产生塑性收缩裂缝的临界蒸发率为0.75kg/m2•h，这一点是值得高度重视的。在益常路的路面施工中即遇到此问题，1999年7月某天施工的段落连续产生了纵向塑性收缩裂缝，长的有6m，短的只有30cm，裂缝分布很有规律，大多在距纵向假缝两侧20-50cm处。这样的分布规律与假缝拉杆的约束有关。

　　通过一定技术措施，完全可以控制裂缝的产生。在益常路的施工中，在摊铺成型的砼路面拉毛喷洒养护剂后，马上用土工布覆盖，避免烈日的照射，降低蒸发率，并在土工布上洒水，保持湿润，补充蒸发的水分。另外，还采用了在摊铺成型路面拉毛喷酒养护剂过后喷酒雾化水的方法来控制裂缝的产生。前者比后者更保险。在施工过程中，要提高对裂缝产生的警惕性，在气温大于28℃，或是多风的季节，要做好控制裂缝产生的准备工作。

　　2. 低温季节施工易发生施工期断板和裂缝

　　粉煤灰水泥砼路面早期强度低，导致发生施工期断板和裂缝，断板和裂缝分三种情况。

　　(1) 冬季施工，由于水泥化较慢，板块早期强度很低，由于板块内应力和外部因素的影响，产生断板。益常路路面由于在冬季施工时开放施工交通的时间远远迟于28d和加强了施工质量管理，此类型的断板几乎没有发生。

　　(2) 在两幅路面连接施工时生断板。前一幅路面摊铺后，由于温度应力的用作，横向缩缝处大部分断裂。由于温度的变化，裂缝通过拉杆向刚施工的、强度偏低的路面传递开裂变形，致使刚施工的面板出现大量断板。此类型断板在益常路，其中26km的路面中已经出现68块断板，超过规范容许值，花费了一定的资金进行处理。其中有一段落的3.75m块的板块连续有15块断板。这些断板大多集中产生、分布在几个路段，都在低温季节施工时产生的。大部分断板靠近缩缝位置，显然也与缩缝传力杆的约束有关。之所以产生了大量断板，一是由于承包人没能及时发现断板的形成原因；二是管理上的松懈，导致切缝时间延误和切缝的质量下降。通过采用软切割技术提早锯横缝，并适当加深锯缝，保证锯缝质量，解决了此问题。

　　(3) 在纵向缩缝旁产生裂缝。此裂缝的分布规律与"3.1"所述的裂缝一样，但形成的机理不一样。施工气温较低时，混凝土强度形成缓慢，由于温度应力的作用和纵向缩缝拉杆的约束，产生了裂缝。控制裂缝的措施是通过采用软切割术提早锯纵缝，或在施工气温低于10℃时停止施工。

　　3. 由于早期强度较低，要加强养生，并延长养生期

　　长常高速公路益常段的施工经验是采取双保险的养生措施，即在施工气温高于25℃时，既喷洒养护剂养生，又用麻袋覆盖养生10d，并在28d内严格控制交通。

四、社会经济效益

　　1. 社会效益

　　取得的社会效益主经体现为对环境的贡献：全线75km粉煤灰水泥砼路面使用了2.25万t粉煤灰，减少热电厂用于存放粉煤灰的土地1094亩，保护了土地资源。少用525#水泥1.08万t，减少了生产水泥时CO2的排放量1.08万t，减少了对大气的直接污染。

　　路面平整度、强度、外观等工程质量的提高获得了社会的赞誉，还为公路营运时保障畅通打下了基础。

　　2. 直接经济效益

　　全线75km粉煤灰水泥砼路面使用了2.25万t粉煤灰，为电厂节约存放粉煤灰的

zxhsynd 真好啊
找了这东东。顶
让偶直接见识!
希望继续努力!!

谢谢 都是本论坛好朋友们传上来的 我只是拿过来给这位急需的朋友借鉴的
我感觉粉煤灰在高速公路水泥砼路面中的应用还是比较广泛的 对于我们水利工作者能用的上。

粉煤灰在混凝土中的应用
一、 概述
早在2000多年前的古罗马时期，人类就用火山灰与石灰混合作为胶凝材料，建造了许多雄伟的建筑物，例如万神殿，其直径为44m的半球形穹顶就使用了12000吨这种胶凝材料和凝灰岩轻骨料拌合而成的混凝土；还有闻名于世的圆形剧场等，这些建筑现在仍然安然无恙，2000年还有报道意大利人正在翻修圆形剧场，准备在那里面举行盛大的演出。今天在混凝土中掺用的粉煤灰，也是一种火山灰材料，大量的实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其长期性能得到大幅度的改善，对延长结构物的使用寿命有重要意义。
现在作为混凝土主要胶凝材料的硅酸盐水泥，同样是以石灰石和粘土为主要原料经过煅烧生成的。它问世于19世纪的30年代，至今尚不到200年历史，因此用硅酸盐水泥配制成混凝土建造的各种建筑物最长只有100多年，而国内近些年修建的一些土木工程结构物运行不多年，就出现各种病害，甚至很快就遭到严重的破坏。例如北京的西直门立交桥，运行仅20年就不得不拆除重建；更有甚者，据某省交通科研所一位所长坦言，那里的混凝土路面运行三年不坏的很少！
80年代初，美国佛罗里达州建造了一座非常宏伟的跨海大桥，在该桥的建设过程中，考虑到周围的侵蚀性环境，在混凝土里掺用了大量粉煤灰，工程质量有很大改善。因而在1983年修订规范时，对原来随意使用粉煤灰的规定进行了修订[1]。新规范（S-346）规定：在中度以上侵蚀环境中的桥梁上部结构，包括预应力构件的混凝土中，必须掺用粉煤灰。其中大体积混凝土中粉煤灰的掺量为18~50%。
什么是大体积混凝土？许多人至今仍认为那就是指大坝，也有些人把高层楼房的大型基础包括在内。可是美国混凝土学会规定：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。这个问题下面还要谈到。
掺粉煤灰混凝土的另一典型实例，是1982年英国的Garwick机场的停机坪扩建工程，该工程在两条相邻的道面上对掺与不掺粉煤灰混凝土进行了对比[2]。所用粉煤灰混凝土中粉煤灰用量达到46%。该工程经运行4年后所拍的照片清楚地显示出：与纯硅酸盐水泥混凝土相对照，掺粉煤灰混凝土道面的表面层抗滑构造仍基本完好，而前者则已坑坑点点，受到一定程度的破坏了。这个实际工程事例一方面说明：在低水胶比条件下，即使掺有大量粉煤灰，也可以获得强度和耐久性都十分优异的混凝土；另一方面，对长期以来沿用的，以28d龄期的快速实验结果评价不同类型混凝土的耐久性提出了质疑。
粉煤灰在混凝土公路路面中的应用举一个例子。Mehta教授曾提到[3]：在美国大约70%的低交通量公路与地方公路需要升级，考虑用大掺量粉煤灰代替水泥以降低造价，电力研究院(EPRI)出资搞了几个示范工程：在北达科他州，1988和1989年夏天，用20000m3粉煤灰混凝土铺筑厚为200mm的路面，其水胶比为0.43，水泥用量100Kg/m3、粉煤灰220Kg/m3。
加拿大矿产与能源技术中心（CANMET）自1985年以来，对大掺量粉煤灰混凝土进行了深入而广泛的研究[4]，由于该国处寒带地区，因此通常在混凝土里掺有引气剂，并保持含气量在5~6%，在这种前提下，以水泥150kg/m3，粉煤灰200kg/m3,通过高效减水剂将水胶比降到0.3左右，所配制的混凝土抗压强度28天为30~40MPa；90天40~50MPa；1年50~60MPa。大掺量粉煤灰混凝土的成功试验，使其在哈利法克斯的帕克林购物中心施工中用于浇注巨大的柱子，拌合物含55％低钙粉煤灰、45％硅酸盐水泥，以及就地取材的砂、石和高效减水剂。这些柱子一共用去700m3大掺量粉煤灰混凝土；在哈利法克斯海边处于海洋环境的建筑物群施工中也得到应用。该建筑物位于海边，包括两幢商业大厦的公共建筑，其32根直径1.2m和30根直径1.1m的框架柱沉箱，平均长度在21m。采用大掺量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗渗性能优异。在渥太华附近的大卫伏劳瑞达实验室，工程师们用CANMET开发的大掺量粉煤灰混凝土设计了一个重360吨的混凝土平台。为了降低水化热，以粉煤灰、Ⅱ型（低热）水泥、水、粗细骨料、引气剂和高效减水剂混合配制。平台的尺寸是7×8m，平均厚度2.25m，安放在多个充气圆柱体上，因此其震动与地面分离。由于粉煤灰混凝土特殊的品质，发射火箭产生的冲击不会引起平台共振。随着龄期增长，平台混凝土的共振频率以每年0.05Hz的速度增长，质量越来越好。在该平台上成功地发射了爱那克依火箭的事实雄辩地证明：粉煤灰混凝土可以看作是真正的太空时代的建筑材料。
根据CANMET在第二届“高强混凝土的应用”国际研讨会发表的论文[5]，以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，不掺引气剂并掺高效减水剂将水胶比降至0.29，所配制的大掺量粉煤灰高强混凝土7天强度可达34MPa；28天52MPa；90天70MPa；365天98MPa。
我们用内蒙元宝山电厂1级粉煤灰、北京2级粉煤灰为原材料，同样以水泥150kg/m3、粉煤灰200kg/m3，并掺高效减水剂调节水胶比为0.30~0.38，配制的混凝土R3=30MPa；R28=50MPa；R1y=80MPa。根

二、 混凝土的结构与性能
为了便于认识粉煤灰在混凝土中的作用，先来看看混凝土的结构和性能之间的关系。混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒的粗骨料（石子）填充；粗骨料颗粒的空隙由细骨料（砂子）填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙；水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，并包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土（也称拌合物）具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。硬化混凝土是一种复杂的、多相的复合材料，它的结构主要包括三个相——骨料、硬化水泥浆体以及二者之间的过渡区，说它复杂是因为它很不匀质，主要体现在以下几方面：
第一，过渡区的存在。过渡区是围绕骨料颗粒周边的一层薄壳，厚度约10～50μm。由于它的薄弱，对混凝土性能的影响十分显著；第二，三相中的任一相，本身实际上还是多相体。例如一颗花岗岩的骨料里除了有微裂缝、孔隙外，还不均匀地镶嵌着石英、长石和云母三种矿物。石英很硬，而云母就很软；第三，与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相——硬化水泥浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。
先谈骨料相。通常在为混凝土选择骨料时，首先注意的是它的颗粒强度，也就是说：它越坚硬越好。事实上，由于骨料的强度通常比其他两相的高很多，因此它对混凝土的强度并没有直接的影响。但是它们的粒径和形状间接地影响混凝土强度：当骨料最大粒径越大、针片状颗粒越多时，其表面积存的水膜越厚，过渡区相就越薄弱，硬化混凝土的强度和抗渗透性也越差。所以，质量好的骨料应该是颗粒形状均匀、级配好，堆积密实度高，所需要的浆体用量少。许多路面板之所以不耐久，骨料质量差，尤其缺乏5~10mm粒径的颗粒，因此传荷能力和抗冲击与疲劳能力受到严重影响是重要的原因。
再谈硬化水泥浆体（也称水泥石）。在配制混凝土选用水泥时，都认为标号越高的水泥就越好。事实上，高标号水泥因为通常粉磨得越细，在拌合时往往需要更多的水，硬化后生成更多薄弱的氢氧化钙，多余的水分蒸发后也会形成更多的孔隙，对混凝土的强度和耐久性不利。但是，这样的水泥水化反应快，因此用它配制的混凝土早期强度高，这是它受欢迎，售价高的原因。
试验表明：即使所用骨料非常致密，混凝土的渗透性也要比相应的水泥浆体低一个数量级。这说明：混凝土体的渗透性并不直接取决硬化水泥浆体的渗透性，那么更主要的影响来自哪里呢？答案只能是：来自过渡区。刚浇筑成型的混凝土在其凝固硬化之前，骨料颗粒受重力作用向下沉降，含有大量水分的稀水泥浆则由于密度小的原因向上迁移，它们之间的相对运动使骨料颗粒的周壁形成一层稀浆膜，待混凝土硬化后，这里就形成了过渡区。过渡区微结构的特点为：1）富集大晶粒的氢氧化钙和钙矾石；2）孔隙率大、大孔径的孔多；3）存在大量原生微裂缝，即混凝土未承载之前出现的裂缝。
因为过渡区的影响，使混凝土在比它两个主要相能够承受的应力低得多的时候就被破坏；由于过渡区大量孔隙和微裂缝存在，所以虽然硬化水泥浆体和骨料两相的刚性很大，但受它们之间传递应力作用的过渡区影响，混凝土的刚性和弹性模量明显地减小。
过渡区的特性对混凝土的耐久性影响也很显著。因为硬化水泥浆体和骨料两相在弹性模量、线胀系数等参数上的差异，在反复的荷载、冷热循环与干湿循环作用下，过渡区作为薄弱环节，在较低的拉应力作用下其裂缝就会逐渐扩展，使外界水分和侵蚀性离子易于进入，对混凝土及钢筋产生侵蚀作用。

三、 粉煤灰在混凝土中的作用
了解混凝土的微结构的特性及其对性能的影响后，就可以更好地认识粉煤灰在混凝土中的作用。粉煤灰的主要作用可以包括以下几方面：
1）填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。
2）对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。
3）粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物（与水泥中硅酸盐的水化产物相同），而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。
4）粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。
下面对粉煤灰在混凝土中的作用及其机理做一些具体地分析。
长期以来，国内外在混凝土中常掺有一定量粉煤灰，但作为水泥的替代材料，绝大多数情况下是以如下三种方式应用的：在早期强度要求很低，长期强度大约在25~35MPa的大体积水工混凝土中，大掺量地替代水泥使用；在结构混凝土里较少量地替代水泥（10~25%）；在强度要求很低的回填或道路基层里大量掺用。
对于粉煤灰的作用机理和应用技术，多年来进行了大量的研究工作，取得了不少进展，这些进展对粉煤灰在混凝土中的应用起了一定的推动作用。如掺用的方法从等量替代水泥，发展到超掺法、代砂法以及与化学外加剂同时使用的双掺法。对于粉煤灰的作用机理，从主要是火山灰质材料特性的作用（消耗了水泥水化时生成薄弱的，而且往往富集在过渡区的氢氧化钙片状结晶，由于水化缓慢，只在后期才生成少量C-S-H凝胶，填充于水泥水化生成物的间隙，使其更加密实），逐步发展到分析它还具有形态效应、填充效应和微集料效应等。但无论哪一方面的研究成果，似乎都改变不了这样一个事实：在混凝土中掺粉煤灰要降低混凝土的强度，包括28天龄期以后一段时间里的强度，其他性能当然也相应受到不同程度的影响，而且这些影响要随着掺量的增大而加剧。这个事实始终禁锢着粉煤灰在混凝土中，尤其是结构混凝土中的掺量，而且似乎形成了这样一种成见：掺用粉煤灰是以牺牲结构混凝土的品质为代价的。
事实上，如前所述，由于高效减水剂的应用，使混凝土的水胶比可以大幅度降低，从而使掺用粉煤灰的效果大为改善，使大掺量粉煤灰混凝土的性能能够大幅度地提高。

1）水胶比的影响 水胶比的上述变化为什么影响这么大呢？在高水胶比的水泥浆里，水泥颗粒被水分隔开（水所占体积约为水泥的两倍），水化环境优异，可以迅速地生成表面积增大1000倍的水化物，有良好地填充浆体内空隙的能力。粉煤灰虽然从颗粒形状来说，易于堆积得较为密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充密实颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆的强度和其他性能总是随掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（当然在早龄期就更加显著）。
在低水胶比的水泥浆里情况就不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降，但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙也同时减小，因此混凝土强度得到迅速提高。这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下（例如0.3左右），水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土实际的“水灰比”增大，水泥的水化因而加快，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（例如掺量为50%左右，初期实际水灰比则接近0.6），水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而它降低温升等其它优点则依然起着有利于混凝土性能的作用。以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，我们可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对于长期以来沿用的静态堆积而言的。即通常在选择原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的，但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应该是更为密实的。上述大掺量粉煤灰混凝土的例子中，每方混凝土的用水量仅100kg左右，要比目前配制普通混凝土少几十公斤，就是明显的证据。有人曾进行过低水灰比（水胶比）掺/不掺粉煤灰净浆的结合水测定试验[6]：掺有30%粉煤灰，水胶比为0.24的净浆，要比水灰比为0.24的纯水泥浆在28d时的结合水还多，证实上述掺粉煤灰后改善了水泥在低水灰比条件下水化程度的说法。因此低水胶比条件下，大掺量粉煤灰混凝土的强度发展与空白混凝土接近，而后期仍有一定幅度的增长，在一定范围内随掺量变化的影响不大。当然，粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激发作用的氢氧化钙含量减少，使粉煤灰的水化条件劣化，所以在不同条件下存在一最佳粉煤灰掺量，并不是越大越好。
2）温度的影响 众所周知，温度升高时水泥水化的速率会显著加快。研究表明：与20℃相比，30℃时硅酸盐水泥的水化速率要加快一倍。由于近些年来大型、超大型混凝土结构物的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝设计土强度等级的提高，使所用水泥标号提高、单位用量增大；又由于水泥生产技术的进展，使其所含水化迅速的早强矿物硅酸三钙含量提高、粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化时产生的温升明显加剧，温峰升高。举一个典型的例子：97年北京一栋建筑物底层断面为1.6m×1.6m的柱子，模板采用9层胶合板材料，施工季节为夏季，混凝土浇筑后柱芯的温峰达到110℃。
在达到温峰后的降温期间，混凝土产生温度收缩（也称热收缩）引起弹性拉应力；另一方面，混凝土水胶比的降低，又会使因水泥水化产生的自身收缩增大，同样产生弹性拉应力；而混凝土的水灰比（水胶比）降低，早期水化加快，混凝土的弹性模量随强度的提高而增大，进一步加剧了弹性拉应力增长；与此同时，混凝土的粘弹性，即对于弹性拉应力的松弛作用却显著地减小，这一切，都导致近些年来许多结构物在施工期间，模板刚拆除或以后不久就发现表面大量裂缝。除了凝固前的塑性裂缝以外，硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长（实际上不可见裂缝的长度和深度，要远比可见裂缝大得多）。为了防止可见裂缝的出现，目前常采取外包保温措施，以减小内外温差，这种做法被认为是有效措施而迅速地得到推广。但是没有注意到：由于外保温阻碍了混凝土水化热的散发，加剧了体内的温升，混凝土体温度升高，使水泥水化加速，早期强度发展更加迅速，因此也更容易出现裂缝，只是由于钢筋的约束和对应力的分散作用，使少量宽而长的可见裂缝转变为大量分散的不可见裂缝，它们将为侵蚀性介质提供通道，影响结构混凝土的耐久性。同时较大的弹性拉应力还可能引起钢筋达到屈服点而滑移，从而可能影响结构的使用功能。
与水泥相比，粉煤灰受温度影响更为显著，即温度升高时它的水化明显加快。所以当混凝土浇注时环境温度与混凝土体温度较高时，对纯水泥混凝土来说，由于温升带来不利的影响，而对掺粉煤灰混凝土来说，则不仅温升下降，减小了混凝土因温度开裂的危险，同时由于加快火山灰反应，还提高了28天强度。举一个很有意思的例子：德国在修建一条新铁路时，其隧道衬砌曾严重地开裂，当时要求混凝土10