摻高鈣粉煤灰用于水泥和混凝土的研究

    一、前言

    眾所周知，粉煤灰可廣泛應(yīng)用于建筑、建材領(lǐng)域，節(jié)約大量不可再生資源。但近年來開始在環(huán)保要求較高的沿海地區(qū)火電廠推廣使用的低硫份、低灰份、高發(fā)熱量的神木煤后所形成的高鈣粉煤灰成色較差，f-CaO含量較高，易由于安定性問題給其在水泥和混凝土中應(yīng)用帶來不利影響。

    本文主要研究上海地區(qū)鍋爐燃煤混燒所排放的高鈣粉煤灰在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。用于水泥膠砂和混凝土中進(jìn)行性能試驗(yàn)的試樣均來自W、M、P三個(gè)電廠電除塵壓力罐處，其中電除塵一電場(chǎng)收集的灰樣模擬粗灰?guī)旎覙?，電除塵二、三電場(chǎng)收集的灰樣模擬細(xì)灰?guī)旎覙?，分別考察其在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。

    二、試驗(yàn)用原材料及性能

    2.1 水泥

    下述試驗(yàn)采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸鹽水泥，其物理性能分析見下表。

表1：水泥物理性能

    2.2 粉煤灰

    A1灰，采用M電廠—電場(chǎng)灰樣

    A2灰：采用M電廠二、三電場(chǎng)灰樣

    B1灰：采用W電廠—電場(chǎng)灰樣

    B2灰：采用W電廠二、三電場(chǎng)灰樣

    C1灰：采用P電廠#1和#3粗灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋砸浑妶?chǎng)）

    C2灰：采用P電廠#2細(xì)灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋远?、三電?chǎng)）

    上述五個(gè)灰樣的物理性能檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2:粉煤灰物理性能測(cè)試結(jié)果

    表3列舉了上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對(duì)高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定。

表3： DBJ08-230-98中對(duì)高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定

    對(duì)照表2和表3，可以看出，在三次鍋爐燃煤混燒試驗(yàn)中，W、M、P三個(gè)電廠二、三電場(chǎng)收集的細(xì)灰中粉煤灰的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級(jí)高鈣粉煤灰要求，而一電場(chǎng)收集的粗灰中的粉煤灰則基本波動(dòng)于Ⅱ級(jí)高鈣粉煤灰指標(biāo)要求附近。

    2.3 細(xì)骨料

    粉煤灰用于水泥膠砂中的試驗(yàn)研究采用標(biāo)準(zhǔn)砂。

    粉煤灰用于混凝土中的試驗(yàn)研究采用中砂，細(xì)度模數(shù)μf=2.3，含水率3.8%，符合JGJ52-92標(biāo)準(zhǔn)。

    2.4 粗骨料

    碎石，5-31.5mm連續(xù)級(jí)配，堆積容重1440kg/m³，平均含泥0.2%，平均泥塊含量0%，符合JGJ53-92標(biāo)準(zhǔn)。

    2.5外加劑

    ZK901 普通減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，減水率12%，ZK904高效減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司，減水率18%。

    三、高鈣粉煤灰用于水泥砂漿的試驗(yàn)研究

    3.1 高鈣粉煤灰對(duì)于水泥膠砂強(qiáng)度的影響

    表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六種混燒粉煤灰在水泥砂漿中的使用效果，水泥砂漿成型根據(jù)GB177-85，以等流度控制（流動(dòng)度控制在130±5mm），根據(jù)粉煤灰在不同摻量下的需水量調(diào)整水泥膠砂成型用水量。

    根據(jù)表4可以分析

    ① A1、B1灰（即模擬粗灰?guī)熘械幕覙樱┖虲1灰（粗灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，當(dāng)其摻入水泥砂漿時(shí)，可引起水泥砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度一定程度的下降，摻量越大，下降程度愈甚，當(dāng)摻量為10%時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)下降10%左右，而摻量至20%、30%時(shí)，其下降程度可達(dá)15%—20%。

    ② A2、B2（即模擬細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┖虲2灰（細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，其摻量在10%，各齡期強(qiáng)度與基準(zhǔn)基本相近，當(dāng)摻量達(dá)到20%-30%時(shí)，早期強(qiáng)度有些微下降，后期較基準(zhǔn)還有所提高。

    ③ 細(xì)灰?guī)斓幕鞜勖夯覝p水效果明顯，早期及后期強(qiáng)度效應(yīng)均有較好體現(xiàn)。

表4：粉煤灰在水泥膠砂中的試驗(yàn)分析

    3.2 不同摻量條件下，高鈣粉煤灰對(duì)水泥漿體體積安定性的影響

    圖1和圖2反映了A1灰摻量為5% ~ 30%條件下、 A2灰摻量為5% ~ 50%條件下時(shí)粉煤灰—水泥漿體安定性的影響規(guī)律，可見兩條曲線的變化規(guī)律—致，即雷氏夾的體積膨脹在粉煤灰摻量為10% ~ 25%時(shí)有明顯變化，但在其摻量范圍內(nèi)，其最大雷氏夾膨脹量均在5.0mm以下，故水泥——粉煤灰漿體體積安定性合格。

        圖1：

        圖2：

    四、混燒粉煤灰用于混凝土的試驗(yàn)研究

    4.1  P電廠粉煤灰樣品在混凝土中的試驗(yàn)研究

    因取樣關(guān)系，本部分內(nèi)容就C2灰在混凝土中直接摻用的使用效果做了研究。

    根據(jù)C2粉煤灰的物理性質(zhì)分析，該粉煤灰屬I級(jí)高鈣粉煤灰，其細(xì)度較小，需水量比較小，減水效果明顯，活性效應(yīng)十分明顯，故考慮用其以取代系數(shù)為1.0的條件替代水泥，制備混凝土。

    表5列舉了用C2粉煤灰制備的C20—C50系列混凝土配比和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。

                           表5：混凝土配比和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

    根據(jù)表5，可得到：

    ①P電廠#2細(xì)灰?guī)旆勖夯铱捎糜贑20 ~ C50普通混凝土配制，該粉煤灰具有一定的減水效果和同水泥相當(dāng)?shù)哪z凝效力，可以1：1取代15% ~ 30%的水泥。

    ② 表5中各系列配比通過28天強(qiáng)度驗(yàn)證，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

    ③ 隨混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)變大，膠凝材料用量增多，可相應(yīng)提高該粉煤灰在混凝土中的摻量。

    五、結(jié)論

    1、根據(jù)W、M和P電廠的抽樣分析可知，粗灰?guī)熘谢覙有阅芑静▌?dòng)于DBGJ08-230-98規(guī)定的Ⅱ級(jí)高鈣性能指標(biāo)附近，尤其是其f-CaO和安定性指標(biāo)合格，細(xì)灰?guī)熘谢覙有阅苤笜?biāo)可以達(dá)到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級(jí)高鈣灰性能指標(biāo)。

    2、水泥——粉煤灰凈漿試驗(yàn)結(jié)果表明，在合理摻量條件下，混燒灰樣不會(huì)引起安定性不良的現(xiàn)象產(chǎn)生。

    3、細(xì)灰?guī)熘蟹勖夯覝p水效果明顯，且具一定的膠凝效力，可以1：1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。

    4、經(jīng)合理級(jí)配，粗灰?guī)熘谢覙右部梢杂糜诨炷恋呐渲?。但在工程?shí)際應(yīng)用中，對(duì)游離氧化鈣和安定性超標(biāo)的粉煤灰，仍需非常謹(jǐn)慎，并嚴(yán)格控制?；蛲ㄟ^后加工，經(jīng)系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定，體積安定性合格，并對(duì)混凝土強(qiáng)度、和易性及耐久性確實(shí)無不利影響，可考慮出廠使用。