湿排粉煤灰性能评价及在混凝土中的应用研究.pdf

文章编号：1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 1 - 0 0 0 5 - 0 4 季 鹫 螭 琴 湿排粉煤灰性能评价及在混凝土中的应用研究 S t l l d y o f We t D i s c h a r g e d F l y As h P e r f o r ma n c e E v a l u a ti o n a n d I t s A p p l i c a t i o n i n C o n c r e t e 孟刚 ，张凯峰 ，郭艳2 ，赵世冉 ，蔡雨欣 ，刘艳丽 ( 1 中建商品混凝土西安有限公司，陕西西安 7 1 0 1 1 6 ；2 西安建筑科技大学，陕西西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要：针对陕西地区罗敷电厂 5个不同堆放点的陈化湿排粉煤灰 ( WDF A)开展 了试验研究。通过对 5种试样的 细度、密度、比表面积、活性指数等技术性能的检测，评价 了湿排粉煤灰的品质，同时以混合过筛的试样 作为矿物掺和料 ，开展 了混凝土试验。根据试验结果提 出了几点建议 ，为实际工程应用提供参考依据。 关键词 ：粉煤 灰 ；湿排 ；混凝 土 ：性能 评价 中图分类 号：X7 0 5 文献标志码 ：A 0 前 言 随着基础建设的高速发展， 混凝土的需求量 日 益增 加，混凝土原材料的绿色化要求也日益迫切，已有学者 研究了湿排粉煤灰对混凝土强度等级的影响，取得了相 应的研究成果 1 1 - 2 1 ，但是推广湿排粉煤灰的工程应用还需 要更多的试验依据。因此，本文分别采用罗敷电厂不同 堆放点陈化湿排粉煤灰制备标号为 C 2 0 C 5 0的混凝土， 研究湿排粉煤灰对不同强度等级混凝土物理力学性能的 影响。 I 试验原材料及试验方法 1 1 试验原材料 ( 1 )水泥：声威牌 P 0 4 2 5 水泥。 ( 2 )粉煤灰：罗敷电厂湿排粉煤灰。 ( 3) 矿渣粉：陕西德龙粉体工程有限公司生产的 $ 9 5 级矿渣微粉。 ( 4 )粗集料：陕西泾阳县破碎石灰石；细集料：渭 河中砂，细度模数为 2 6 ，级配良好。 ( 5 )外加剂：大连西卡建筑材料有限公司生产的聚 羧酸高效减水剂，含固量 1 0 1 ； ( 6) 水：自来水。 1 2 试验方法 细度、需水量比、活性指数试验参照 G B T l 5 9 6 2 0 0 5 用于水泥和混凝土中的粉煤灰进行；烧失量参 照 G B T 1 7 6 2 0 0 8 水泥化学分析方法进行；混凝土 坍落度、强度分别参照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土 拌合物性能试验方法标准 、G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法进行。 2 试验结果与分析 2 1 湿排粉煤灰的技术性能 2 1 1 基本性能指标 试验选取 5种不同堆放点的陈化湿排粉煤灰，分别 编号为 1号、2号、3号、4号、5号。各项基本性能指 标检测结果见表 1 。从细度要求看，5号试样达到了 I 级 粉煤灰的细度要求 ( 1 2 ) ，2号和 3号试样达到了 I I I 级粉煤灰的细度要求 ( 4 5 ) ，相比之下，1号和 4号 试样的细度过大，不满足 I I I 级粉煤灰的细度要求，表明 不同堆放点的湿排粉煤灰颗粒大小存在差异。 粉煤灰细度过大即粗颗粒过多。粗颗粒粉煤灰微观 状态多为海绵状多孔体，或没烧透的碳粒，掺人到混凝 土中不仅增加了混凝土的疏松颗粒和微孔，而且增加混 凝土的用水量，降低了混凝土强度。因此在实际工程应 1 2 0 1 5 粉煤 灰 5 用中应严格控制湿排粉煤灰的细度。 表 1 湿排粉煤灰的各项性能检测结果 粉煤灰的需水量比是其重要技术指标，关系到外加 剂掺量、混凝土的需水量等。影响需水量比的因素除了 烧失量和细度外，还有含珠率、 微珠的粒形等因素。粉 煤灰需水量越小工程利用价值就越大。由表 1可知，5种 湿排粉煤灰试样的需水量比均满足 I I 级粉煤灰1 0 5 的 要求，其中 2 号和 3 号试样的需水量相对较小。 样品的烧失量变化反应出贮灰池中湿排粉煤灰经过 长时间堆积后的匀质性。从表 1烧失量的结果来看，不 同堆放点湿排粉煤灰烧失量略有不同，但相差不大。烧 失量可以反映粉煤灰中的含碳量，烧失量大代表粉煤灰 中的含碳量多 【 3 】 。含碳量大不仅降低粉煤灰中活性成分的 比例，而且影响外加剂的使用效果，增加了水泥混凝土 的需水量，降低混凝土的密实度和强度，因此用于混凝 土中粉煤灰的烧失量不宜过大。从试验结果来看，5种湿 排粉煤灰试样的烧失量均满足I 级粉煤灰5 的要求。 2 1 2 活性指数 由图 1中 5种试样不同龄期的活性指标来看，2号、 3号、5号试样的 7 d 、2 8 d活性指数相对较高，达到了 国标中规定强度活性指数不小于 7 0 的技术要求。即 5 种湿排粉煤灰试样中 2号、3号、5号试样满足用作水泥 活性混合材的强度活性指数要求。 摹 靶 蜒 试样 图 1 5 种试样 7 d和 2 8 d活性指数 2 2 湿排粉煤灰对水泥浆体扩展度的影响 根据 5种湿排灰的性能检测结果来看 ，其中2号、 6 CD 上ASH 1 2 01 5 3号、5号样品能够直接用于生产混凝土，1号、4号样 品细度过大，不能直接用于混凝土中。考虑到湿排粉煤 灰存储量大且特性不一，试验模拟实际生产将现有的 5 种试验样品进行混合，通过不同强度等级的试配方案综 合研究湿排粉煤灰对水泥浆体、混凝土物理、力学性能 的影响。 以实际生产中不同等级商品混凝土粉煤灰的掺量为 准，将湿排粉煤灰掺入到水泥中来研究湿排粉煤灰对水 泥浆体扩展度的影响，净浆配合比见表 2 ，净浆扩展度结 果见表 3 。由表 3可知，浆体初始扩展度较大，随着水化 时间的延长 ， 扩 展度没有减小反而增大 ，并没有出现经 时损失，且静置的浆体出现了分层现象。这可能是外加 剂掺量过大而产生的泌水现象。 表2 掺湿排粉煤灰( wD F A ) 的不同强度等级净浆的配合比 等级 WD F A掺量 水泥 g粉煤灰 水 g 外加剂 g水灰比 表 3掺湿排粉煤灰的不同强度等级净浆扩展度 m m 究其原因l 4 】 ，ca于粉煤灰对水泥中的 c A和C F A的 抑制作用大，且几乎所有的粉煤灰中都含有 P ， 0 ，所以 在延缓水化过程中，溶液中的 C a 2 + 、S O ： 一与粉煤灰表面 钙沉积处的铝离子反应可以生成 A F t相。该相的形成使 粉煤灰在最初的几小时内 c a ： + 的浓度下降，延迟了富钙 表面层在熟料矿物上形成，最终导致了水泥水化的诱导 期延长。因此，随着水化时间的延长，浆体扩展度没有 减小反而增大。另外，造成这种现象的原因也可能是外 加剂掺量过大。 2 3 湿排粉煤灰对混凝土性能的影响 由于粉煤灰能够改善混凝土和易性，并且具有良好的 经济效益而被广泛地用作混凝土掺合料。试验研究了湿排 粉煤灰对新拌混凝土性能的影响，并采用相同的配合比， 蚰 鲫 柏 如 加 m 0 比较湿排灰与干排灰混凝土的力学性质。试配试验中设 计强度等级分别为 C 2 0 、C 3 0 、C 4 0 、C 5 0 。粉煤灰取代水 泥量根据强度等级而不同，混凝土配合比见表4 。 表 4各组混凝土拌合物的配合比 k g m 3 3 1 湿排粉煤灰对新拌混凝土物理性能的影响 图 2是掺干排灰与湿排灰不同等级混凝土的坍落度， 从图 2中可以看出，掺湿排粉煤灰的新拌混凝土坍落度 要明显低于掺干排灰的，且强度越高，湿排灰混凝土坍 落度越低。这表明了改善混凝土流动性方面，湿排灰与 干排灰有一定的差距。 图2 掺干排粉煤灰与湿排粉煤灰不同等级混凝土坍落度 造成这种差距的原因可能是由于粉煤灰多孔颗粒中 残存一些有机的憎水物质，孔内壁与水之间润湿角 0较 大，毛细压力较小，所以通常粉煤灰颗粒吸水速度很慢， 而试验所采用的样品是经过陈放半年以上的湿排粉煤灰， 此时水已渗透到粉煤灰颗粒的微孔中，在水的氧化作用 下，它们的疏水性渐弱，多孔颗粒的孔界面与水之间的 润湿角 0 减小，但这些低温烘干后的湿排灰作为掺合料 被加入到混凝土中再次接触到水时，吸水多孔体中的毛 细压力将增大，能在较短时间内增大吸入粉煤灰颗粒中 拌合水的量，因此降低了拌合物的流动性 14 。 另外，湿排灰虽采取了烘干处理，但试验所用粉煤 灰是经过筛分的，所 以颗粒很细 ，比表面积大 ，可能有 少量颗粒会被活性物质快速水化反应生成的胶凝物质粘 结在一起，使其分散性比干排灰差，难以充分地发挥超 细微粉的 “ 微集料效应”和 “ 滚珠效应” ，因而不利于改 善混凝土的流动性。 2 3 2 对硬化混凝土力学性能的影响 试验研究了 C 2 0 C 5 0 等级湿排灰混凝土的 7 d 、2 8 d 抗压强度，并与同等级干排灰混凝土的相同龄期强度做 了比较。湿排灰对硬化混凝土力学性能的影响结果见图 3 、图 4 。由图 3 、图 4可知，掺干排灰和湿排灰混凝土 的强度相差不大，且强度都随着龄期和强度等级的增长 而增大， 符合普通混凝土强度发展规律。其中除 C 3 0混 凝土以外，C 2 0 、C 4 0 、C 5 0等级的湿排灰混凝土 7 d 、2 8 d强度整体上均高于干排灰混凝土强度，且都达到了设计 强度，可满足工程需要。试验结果表明湿排粉煤灰不会 降低混凝土强度，主要是因为低钙粉煤灰长期自水化过 程对其活性影响是有限的，湿排灰仍能满足作为水泥混 凝土掺和料 C 2 0 C3 0 C 4 0 C 5 0 混凝士强度等级， n lm 图 3 不同等级混凝土 7 d抗压强度 图 4 不同等级混凝土 2 8 d抗压强度 3 结 论 通过对试验结果的分析，得出如下主要结论，并提 出意见，以便在实际应用中参考。 ( 1 ) 不同堆放地点的湿排粉煤灰在细度方面差异较 大，均匀性不好 ， 烧失量较小 ， 需水量比一般的干排粉煤 灰稍有增加。 ( 2 ) 与干排粉煤灰相比， 湿排粉煤灰的活性指数不高， 为了增大湿排粉煤灰在混凝土中的用量和减少水泥的用 量， 需要对湿排粉煤灰进行活化，通过提高活性来制备 高活性粉煤灰。 ( 下转第3 2 页) 1 2 0 1 5 粉 煤灰 7 0 ， 一 求 一 序 卧 事 = 如嚣拍 加 1 n I ；， 日 d I 鑫 麓 鳝 白 如 加 ：2 日 塞骥 摄 经 试验表 明，发泡 剂采用 C a C O 。时，发泡 温度 为 7 6 0 7 7 0；而当采用碳黑时，则为 8 2 0 8 6 0 C。 1 3 发泡剂的细度与掺量 据有关资料介绍，发泡剂越细则其掺量越小。采用 C a C O 时，其掺量为玻璃质量的 l 2 。采用碳黑时， 其掺量为玻璃质量的0 1 0 _ 3 。 为简化配合料制备工艺，将发泡剂磨细到与玻璃粉 料细度一致，即 9 5 0 c m g 。然后按表 3中的掺量与玻璃 粉料混合均匀， 以3 O 一 4 0 K ra i n 的升温速度进行发泡试验。 所测结果见表 3 。 表 3 混合料的化学成分 1 4 玻璃粉料细度与烧结温度的关系 按表 1比例混料，分别磨细到不同程度，其试验结 果见表 4 。 表 4数据表明，随着此表面积的增加，玻璃粉料在 烧结和发泡过程中反应能力增强，因而烧结温度降低。 但粉料越细， 粉磨周期长， 电耗增大， 导致成本上升。 所以，在确定粉料细度时应同时考虑工艺要求和产品成本 两个因素。 一般情况下， 粉料的此表面积可定为9 3 0 1 3 1 1 g 。 表 4 粉料细度与烧结温度的关系 玻璃粉料比 表面积c m 2 g - - 烧结温度 6 0 9 3 0 3 4 o 0 6 0 o O 9 0 0 7 5 0 6 5 O O 5 O 3 0 2 结 论 1 )以前述废旧玻璃作原料时，加入占玻璃质量 1 5 的 C a C O ， 或 O 2 的碳黑发泡剂，以3 O 4 0 K m i n的升温 速度至 7 6 0 7 7 0或 8 2 0 8 6 0，恒温 1 5 2 0 m i n ，使 其发泡， 然后快速冷却进入稳定区，即可制得质量较好 的泡沫玻璃。其性能见表 5 。 表 5 泡沫玻璃的功能 2 ) 发泡剂在粉磨原料前加入，共同磨细至 9 5 0 c m 2 g 。 这样既满足了工艺要求、降低了生产成本，又提高了发泡 剂在玻璃粉料中的均匀度，有利于提高产品质量。 收稿 日期： 2 0 1 4年 7月 1 1日 ， ! ， ! ! 电! ， ! ! ， ! ! ! ， ! ， ! ! ， ! ， 百 ： ! 缔 ( 上 接第 7 页) 但不能明显的改善混凝土的工作性，需要对目前的湿排 ( 3 ) 湿排粉煤灰水泥浆体初始扩展度比较大，并随 粉煤灰磨细活化来进一步提高混凝土的流动性。 着水化的进行逐渐增大，没有发生经时损失且静置的浆 体有明显的分层现象。这说明湿排粉煤灰能够改善浆体 参考文献 的经时损失。 【 1 】鄢 朝勇 低等级湿排粉煤灰在中低强度混凝土中的应用研究 J 】 _ 新型 ( 4) 新拌混凝土性能方面，湿排灰混凝土的坍落度 建 筑 材料，2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 3 2 4 要明显低于掺干排灰的，且湿排灰不能明显的改善混凝 2 1崔 军 湿排 粉煤 灰 混凝土 性 能试 验 研究【J 】 山 西建 筑， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 0 7 土的流动性。虽然在减水剂存在的情况下，湿排粉煤灰 一 l 0 8 灰对混凝土的流动性增大，但可能会造成因减水剂掺量 3 1钱 觉时 粉 煤灰 特 性与 粉煤 灰混 凝土【 M 北 京： 科学出 版 社， 2 0 0 2 过大而产生泌水现象，所以应该在保证混凝土流云 f l 性的 4 1汪 可进， 湿 排对 粉煤 灰 性质 影响的 研究 D I 重 庆： 重庆 大学， 2 0 0 5 前提下，合理调整减水剂的掺量。 ( 5 ) 湿排粉煤灰能够满足作为混凝土掺和料的强度 作 者简 介： 孟 刚 ，男， ( 1 9 7 ) ，大学本科， 工程师，中建商品混凝 要求，这是由于低钙粉煤灰长期 自水化过程对其活性影 土 西安 有限 公司 总 工程 师； 张凯 峰， 男，( 1 9 8 6 一) ， 硕士 研 究生， 助 响是有限的。 工。 通 信 地址： 西 安市 长 安区王 寺 镇西 街中 建商 品混 凝土 西安 有限 公司 ( 6 )可以认为，湿排粉煤灰与于排粉煤灰相比作为 研 发中 心 邮编： 。 。 E m a i ： z a n g a i n g 。 。 混凝土掺和料使用时，虽然可以满足混凝土的强度要求， 收 稿日 期 ： 2 0 1 4 年7 月 1 1 日 3 2 COAL A _， 】 ， 20 1 5