簡介： 本文研究了不同產(chǎn)地的粉煤灰物理性能、化學(xué)性能 、微觀分析和作用機(jī)理，粉煤灰混凝土的超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)的選擇。粉煤灰混凝和基準(zhǔn)混凝土對比的物理性能、力學(xué)性能、長期性能及應(yīng)用情況等方面的試驗(yàn)成果。
關(guān)鍵字：粉煤灰 粉煤灰混凝土 基準(zhǔn)混凝土
1前言
粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一，目前，我國年 排放粉煤灰約11000萬噸，利用率為42%，主要應(yīng)用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰 也是福建省數(shù)量最大，分布較廣的工業(yè)廢渣之一，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應(yīng)用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境。粉煤灰作為一種人工 火山灰質(zhì)材料，在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質(zhì)量和降低成本，為了更好地應(yīng)用粉煤灰混凝土，現(xiàn)將粉煤灰混凝土的性能及應(yīng)用試 驗(yàn)研究成果綜述如下。
2 粉煤灰在混凝土中作用機(jī)理
粉煤灰是人工火山灰質(zhì)材料，本身并無膠凝性能，在常溫下，當(dāng)有水存在時(shí)，能與石灰起化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物，一般能在空 氣中立即硬化，而后漸漸具有水硬性。粉煤灰摻入混凝土中，水泥水化析出的 Ca(OH)2形成的鈣離子，吸附在微珠玻璃表面上，能夠侵蝕玻璃的表面，而粉煤灰表層的 玻璃與水作用也能析出堿。
3 原材料
3.1粉煤灰 采用邵武電廠、三明電廠和南平造紙廠的原狀粉煤灰。
3.1化學(xué)成份 試驗(yàn)用的原狀粉煤灰的化學(xué)成份見表一
表一 粉煤灰的化學(xué)成份
名稱 | 燒失量% | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | NaO |
邵武電廠 | 7.18 | 55.3 | 22.9 | 3.18 | 1.46 | 1.22 | 0.27 | 2.73 | 0.72 |
三明電廠
| 5.27 | 56.5 | 27.1 | 4.41 | 1.69 | 1.76 | 0.11 | 2.15 | 0.59 |
南平造紙廠 | 6.41 | 48.10 | 29.2 | 4.89 | 2.35 | 0.84 | 0.31 | 1.17 | 0.86 |
3.1.2 物理性能試驗(yàn)用的原狀粉煤灰的物理性能見表二
表二 粉煤灰的物理性能
名稱 | 細(xì)度 | 含水率 | 視比重 | 容量kg/m3 | 比表面積cm/g | 標(biāo)準(zhǔn)稠度% | 需水量比% | |
80μm篩余(%) | 45μm 篩余(%) | |||||||
邵武電廠 | 1.00 | 3.96 | 0.6 | 2.12 | 643 | 3518 | 39.5 | 96 |
三明電廠 | 2.42 | 7.20 | 0.2 | 2.11 | 608 | 2370 | 57.5 | 106 |
南平造紙廠 | 8.00 | 17.30 | 0.2 | 2.01 | 493 | 3288 | 39.7 | 107 |
3.1.3微觀分析通過X射線、掃描電鏡對邵武、三明和南平粉煤灰的礦物
組成及顆粒形態(tài)特征進(jìn)行分析表明 ，上述電廠粉煤灰礦物組成基本相同，
是由大量的硅鋁成分為主的玻璃相和結(jié)晶相礦物組成。結(jié)晶相礦物主要是
莫來石A3S2,石英α-SiO2，其次是少量的磷鐵礦Fe3O4，赤鐵礦Fe2O3和極少
量的長石和未燃盡的碳粒。非晶體物質(zhì)——玻璃體是由大小不均勻的玻璃
球顆粒和無定形顆粒組成。
3.2粗骨料
采用5-20mm碎石，物理性質(zhì)見表三
3.3細(xì)骨料
采用閩江流域的中砂，物理性質(zhì)見表三
3.4水泥
采用健福牌PO425普通水泥
表三 粗、細(xì)骨料的物理性能
名稱 | 品種規(guī)格 | 視比重 | 容量kg/m3 | 細(xì)度模數(shù) | 顆粒級配（累計(jì)篩余%) | |||||||||
25mm | 20mm | 15mm | 10mm | 5mm | 2.5mm | 1.25mm | 0.63mm | 0.315mm | 0.16mm | |||||
細(xì)骨料 | 中砂 | 2.56 | 1391 | 2.72 | / | / | / | / | 0.2 | 2.6 | 13.9 | 57.7 | 98.8 | 99.7 |
粗骨料 | 5-20 mm碎石 | 2.55 | 1486 | / | 2.47 | 14.58 | 32.25 | 57.89 | 90.16 | 99.95 | / | / | / | / |
4 粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)
粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)是以基準(zhǔn)混凝土配合比為基準(zhǔn)，按等稠度，等強(qiáng)度等級原則，用 超量取代法進(jìn)行調(diào)整，選定粉煤灰超量系數(shù)(δc)為1.2、1.3、1.4，取代水泥百分率(Bc)為 0.5%、10%、15%、20%、25%、30%配制C30和C20混凝土，根據(jù)混凝土強(qiáng)度情況，結(jié)合混凝土和易性，選取粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)見表四
表四 粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)
水泥品種 | 混凝土等級 | 粉煤灰 | ||
產(chǎn)地 | δc | Bc | ||
425＃普通水泥 | C30 | 邵武 | 1.2 | 10 |
三明 | 1.2 | 10 | ||
南平 | 1.3 | 15 | ||
C20 | 邵武 | 1.4 | 15 | |
三明 | 1.2 | 10 | ||
南平 | 1.2 | 15 | ||
確定了在不同標(biāo)號的混凝土中摻入不同產(chǎn)地的粉煤灰的超量系數(shù)和取代水泥百分率后，進(jìn)行了粉煤灰混凝土有關(guān)性能試驗(yàn)。
5 粉煤灰混凝土物理性能
5.1坍落度損失情況
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土坍落度損失可明顯減少，這樣有利于熱天施工，特別是商品混凝 土輸送及泵送凝土施工。
5.2凝結(jié)時(shí)間
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間慢，初終凝均比基準(zhǔn)混凝土推遲約1-3小時(shí)，這是由于粉煤灰在形成的過程中，其表面吸附了一定量的Na2O及SO3，這些化合物延長了混凝土的凝結(jié)時(shí)間。
5.3水化熱
水泥水化作用是放熱作用，用粉煤灰取代水泥后，能使溫升降低約20%左右，對混凝土溫升起到緩解作用，很適用于大體積混凝土工程。
6 粉煤灰混凝土的基本力學(xué)性能(見表五)
6.1抗壓強(qiáng)度
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土。
6.2粉煤灰混凝土的抗折、抗拉、軸壓強(qiáng)度。
粉煤灰混凝土抗拉強(qiáng)度基本上與基準(zhǔn)混凝土相近，但其抗折軸壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土有所下降。
6.3彈性模量 粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土彈性模量在C30混凝土中有所下降，但在C20混凝土中彈性模量有所改善。
粉煤灰混凝土的基本力學(xué)性能 表五
混凝土等級 | 粉煤灰產(chǎn)地 | 抗壓強(qiáng)度(MPa) | 抗折強(qiáng)度MPa | 抗拉強(qiáng)度MPa | 軸壓 強(qiáng)度MPa | 彈性模量×104MPa | ||||||
3天 | 7天 | 28天 | 60天 | 90天 | 180天 | 360天 | ||||||
C30 | 基準(zhǔn) | 12.4 | 23.0 | 35.5 | 36.9 | 39.6 | 43.6 | 54.6 | 3.88 | 1.95 | 31.6 | 2.36 |
邵武 | 11.6 | 22.7 | 36.0 | 40.1 | 43.2 | 46.7 | 59.5 | 3.45 | 1.91 | 27.7 | 2.57 | |
三明 | 11.4 | 21.2 | 35.2 | 37.7 | 43.5 | 45.3 | 55.1 | 3.61 | 2.00 | 29.9 | 2.46 | |
南平 | 10.3 | 21.0 | 35.0 | 37.2 | 41.0 | 46.1 | 57.8 | 3.26 | 1.91 | 24.3 | 2.58 | |
C20 | 基準(zhǔn) | 10.8 | 15.7 | 21.9 | 24.8 | 29.0 | 32.6 | 34.9 | 3.61 | 1.35 | 24.5 | 2.31 |
邵武 | 10.1 | 13.6 | 23.2 | 25.4 | 29.8 | 36.9 | 38.3 | 3.54 | 1.33 | 23.3 | 2.48 | |
三明 | 9.6 | 12.7 | 23.8 | 28.2 | 32.1 | 34.4 | 38.5 | 3.48 | 1.34 | 22.0 | 2.54 | |
南平 | 10.0 | 13.6 | 23.2 | 25.1 | 29.0 | 33.0 | 37.1 | 3.57 | 1.31 | 20.4 | 2.53 | |
7 粉煤灰混凝土的長期性能和耐久性能
7.1抗凍性能
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土，28天齡期的抗凍性能有所降低。
7.2抗?jié)B性能
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土，抗?jié)B性能有所提高，這在于火山灰反應(yīng)，使普通混凝土內(nèi)性能不穩(wěn)定的氫氧化鈣轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)上致密，性能上穩(wěn)定的膠凝物質(zhì)，使其提高了混凝土的抗?jié)B性。
7.3干縮性
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土的收縮值小，兩者收縮發(fā)展情況基本相近。
7.4鋼筋粘結(jié)力
粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土鋼筋粘結(jié)力有所提高。這是由于粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土膠結(jié) 料明顯增多，均勻性較好，因而增強(qiáng)了其粘結(jié)強(qiáng)度。
7.5碳化性能
粉煤灰混凝土的碳化深度比基準(zhǔn)混凝土大，但粉煤灰混凝土在50年碳化深度一般均小于鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度。
8粉煤灰混凝土在工程上應(yīng)用
為了進(jìn)一步了解在混凝土中摻入粉煤灰后，對混凝土強(qiáng)度情況及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可行性，我們在福州有關(guān)工程上進(jìn)行了應(yīng)用，混凝土工程量約為1000m3混凝土強(qiáng)度為C30和C20，共節(jié)約水泥47T，每立方可降低成本約8%，現(xiàn)場施工人員普通反映，粉煤灰混凝土和易性好，振搗方便，脫模后，混凝土表面光滑，效果良好。 9結(jié)語 9.1不同產(chǎn)地的粉煤灰配制的粉煤灰混凝土，經(jīng)試驗(yàn)所選取的粉煤灰超量系數(shù)(δc)和取代水泥百分率(Bc)是可行的。其28天強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土基本相近，但不同品種的粉煤灰配制的混凝土，其(δc)和(Bc)值，需根據(jù)原材料和配合比的實(shí)際情況，經(jīng)試驗(yàn)確定，才能保證粉煤灰混凝土的質(zhì)量。
9.2粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間慢，水化熱低，坍落度損失少，后期強(qiáng)度高，抗?jié)B性能和干縮性等方面都有所改善，抗凍，碳化性能有所下降。
9.3粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細(xì)骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環(huán)境污染，因此，具有一定社會(huì)效益。
