粉煤灰混凝土碳吸附抑制劑的制備與應(yīng)用

陸新，臧軍，徐展

（1. 江蘇常州金建混凝土有限公司，江蘇 常州 213144；2. 江蘇名和集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

粉煤灰混凝土碳吸附抑制劑的制備與應(yīng)用

陸新1，臧軍2，徐展1

（1. 江蘇常州金建混凝土有限公司，江蘇 常州 213144；2. 江蘇名和集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

本文利用粉煤灰未燃燒碳粒對(duì)芳香族化合物的優(yōu)先吸附性，輔以丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亞甲基膦酸鈉等配制出粉煤灰混凝土碳吸附抑制劑，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定其對(duì)粉煤灰的碳吸附具有有良好的抑制性，減少了外加劑的用量，保證了混凝土的工作性能，具有良好的應(yīng)用前景。

混凝土；粉煤灰；碳吸附抑制劑

0 前言

以煤為燃料的火力發(fā)電廠從煙道排出經(jīng)除塵器收集下來(lái)的固體顆粒即為粉煤灰。粉煤灰粒子呈現(xiàn)球形，被公認(rèn)為具有能改善混凝土的工作性并且能通過(guò)降低混凝土用水量、降低混凝土水泥摻量從而減少因水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量等實(shí)用價(jià)值[1-3]。

其中，含粉煤灰礦物摻合料的混凝土，被稱之為粉煤灰混凝土，近年來(lái)隨著國(guó)家節(jié)能減排、綠色環(huán)保政策的推行，粉煤灰在混凝土中的利用率也越來(lái)越高。然而另一方面，由于粉煤灰含有未燃燒的碳粒，其對(duì)引氣劑有很強(qiáng)的吸附作用，從而造成在引氣劑使用過(guò)程當(dāng)中摻量增加或含氣量經(jīng)時(shí)損失的增大，給工程施工造成了一定的困難，也給混凝土耐久性帶來(lái)了隱患。由于粉煤灰燒失量以及細(xì)度的不同，其對(duì)引氣劑的吸附量不同，引氣劑摻量不足，混凝土工作性差，難以施工，引氣劑摻量過(guò)大，混凝土強(qiáng)度會(huì)大幅降低。另外粉煤灰中未燃燒的碳粒，對(duì)減水劑的吸附作用，也增加了混凝土的用水量，降低了混凝土強(qiáng)度[2-4]。

本文利用粉煤灰未燃燒碳粒對(duì)芳香族化合物的優(yōu)先吸附性，以及丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亞甲基膦酸鈉對(duì)碳顆粒良好的吸附親和力，利用芐胺、二異丙基萘磺酸鈉、乙二醇苯醚、鄰羥基苯甲酸鋰、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亞甲基膦酸鈉、γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按一定比例組成粉煤灰混凝土碳吸附抑制劑，該抑制劑與各種外加劑適應(yīng)性良好，并且對(duì)各種品質(zhì)的粉煤灰碳吸附均有良好的抑制性，另外該抑制劑的摻量少、引氣量較小，且摻量過(guò)多時(shí)對(duì)混凝土沒有不良影響，有利于改善混凝土孔結(jié)構(gòu)、提高混凝土工作性、強(qiáng)度以及耐久性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

（1）化學(xué)試劑：芐胺（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、二異丙基萘磺酸鈉（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、乙二醇苯醚（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、鄰羥基苯甲酸鋰（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物（山東省泰和水處理有限公司）、乙二胺四亞甲基膦酸鈉（山東省泰和水處理有限公司）、γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（山東省泰和水處理有限公司）。

（2）水泥： P·O42.5（江蘇鎮(zhèn)江鶴林水泥廠）。

（3）粉煤灰：A 粉煤灰的燒失量為 1.23，B 粉煤灰的燒失量為 8.33（江蘇鎮(zhèn)江諫壁電廠）。

（3）外加劑：FOX-8H（蘇州弗克科技有限公司），固含量 20%，減水率 25%。

（4）骨料：Ⅱ 區(qū)中砂（潔凈河砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量0%）、碎石（石灰石質(zhì)，5～25mm 連續(xù)級(jí)配）。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）碳吸附抑制劑的配制

將芐胺、二異丙基萘磺酸鈉、乙二醇苯醚、鄰羥基苯甲酸鋰、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亞甲基膦酸鈉、γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按照質(zhì)量比為 7:26:38:12:6:5:6 的比例混合、攪拌均勻即可。

（2）試驗(yàn)及檢測(cè)方法

通過(guò)調(diào)整 A、B 兩種粉煤灰的比例來(lái)調(diào)整粉煤灰的含碳量，為了更好的檢測(cè)該碳吸附抑制劑對(duì)碳吸附的抑制效果，確定粉煤灰占膠凝材料比例為 40%，試驗(yàn)用混凝土配比見表1。以同摻量外加劑下混凝土的工作性能差異和達(dá)到同等的工作性能所需要的外加劑的量來(lái)作為衡量抑制效果的指標(biāo)，并檢測(cè)硬化混凝土的強(qiáng)度，來(lái)考量該抑制劑對(duì)混凝土的負(fù)面作用。測(cè)試均按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》(GB/T50080—2002 ) 和《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》(GB/T 50081—2002)執(zhí)行。

表1 試驗(yàn)用混凝土配合比 kg/m3

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 同摻量外加劑下混凝土的工作性能差異

保持碳吸附抑制劑摻量為膠凝材料總量的 0.01%、外加劑摻量為膠凝材料總量的 1.5% 不變，通過(guò)調(diào)整 A、B 兩種粉煤灰的比例來(lái)改變粉煤灰的含碳量，檢測(cè)在不同的碳含量下混凝土工作性能及力學(xué)性能的差異，見表2。

表2 外加劑摻量恒定下混凝土的工作性能與粉煤灰含碳量之間的關(guān)系

由表2 可以看出，在未使用碳吸附抑制劑時(shí)，混凝土的含氣量和初始坍落度都隨著粉煤灰的含碳量增大而迅速減小，坍落度損失的變化更為明顯。說(shuō)明粉煤灰中的碳顆粒對(duì)外加劑中的引氣組分和減水組分都有較強(qiáng)的吸附作用。混凝土的 28d 強(qiáng)度也隨著粉煤灰含碳量的增加略有降低，可能是由于混凝土中碳顆粒的存在導(dǎo)致粉煤灰的填充作用減弱，使混凝土的密實(shí)度有所降低。

使用碳吸附抑制劑后，雖然其摻量只有膠凝材料的0.01%，但是其抑制效果是非常明顯的，混凝土的含氣量、坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失明顯改善。說(shuō)明該碳吸附抑制劑對(duì)碳顆粒的表面實(shí)施了有效的包裹，使減水劑作用的發(fā)揮不再受碳顆粒的影響。

2.2 混凝土達(dá)到同樣工作性能所需要的外加劑的用量

確定碳吸附抑制劑摻量為膠凝材料總量的 0.01%，確定混凝土的初始坍落度為 220mm，通過(guò)調(diào)整 A、B 兩種粉煤灰的比例來(lái)調(diào)整粉煤灰的含碳量，測(cè)定要達(dá)到此初始坍落度所需要的外加劑的用量，見表3。

表3 混凝土達(dá)到相同工作性能所需要的外加劑的用量

由表3 可以看出，在未使用碳吸附抑制劑時(shí)，要達(dá)到同樣的初始坍落度，混凝土的外加劑用量急劇上升。而使用碳吸附抑制劑后，外加劑的用量并未隨粉煤灰含碳量的增加而增加。說(shuō)明該碳吸附抑制劑有著良好的應(yīng)用前景。該碳吸附抑制劑的配制主要基于如下思路：

粉煤灰中未燃燒碳粒對(duì)芳香族化合物具有優(yōu)先吸附性，丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亞甲基膦酸鈉對(duì)碳顆粒良好的吸附親和力，采用鄰羥基苯甲酸鋰、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亞甲基膦酸鈉預(yù)處理粉煤灰，作為犧牲劑填補(bǔ)粉煤灰碳粒的孔；而有機(jī)硅烷在水與空氣的作用下可以與碳顆粒作用，生成二氧化硅，填補(bǔ)碳顆粒微小孔隙，同時(shí)在水泥水化后期，這部分二氧化硅還可以參與粉煤灰火山灰反應(yīng)，提高混凝土后期強(qiáng)度；芳香族氨基小分子作為粉煤灰碳吸附抑制劑其作用受時(shí)間影響較小且受粉煤灰碳顆粒含量影響較小，混凝土氣泡穩(wěn)定性強(qiáng)；而二異丙基萘磺酸鈉與醇類衍生物作為粉煤灰碳吸附抑制劑，混凝土氣泡較小，且氣泡大小均勻、變異系數(shù)小，有利于改善混凝土孔結(jié)構(gòu)、提高混凝土耐久性。

另外，二異丙基萘磺酸鈉、鄰羥基苯甲酸鋰與乙二胺四亞甲基膦酸鈉作為一種堿對(duì)粉煤灰有一定的激發(fā)作用，提高了粉煤灰的活性，增加了膠凝材料與骨料之間的粘結(jié)力，提高了混凝土的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）在未使用碳吸附抑制劑時(shí)，混凝土的含氣量和初始坍落度都隨著粉煤灰的含碳量增大而迅速減小，坍落度損失的變化則更為明顯。說(shuō)明粉煤灰中的碳顆粒對(duì)外加劑中的引氣組分和減水組分都有較強(qiáng)的吸附作用。

（2）使用碳吸附抑制劑后，雖然其摻量只有膠凝材料的0.01%，但是其抑制效果是非常明顯的，混凝土的含氣量、坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失明顯改善。說(shuō)明該碳吸附抑制劑對(duì)碳顆粒的表面實(shí)施了有效的包裹，使減水劑作用的發(fā)揮不再受碳顆粒的影響。

（3）在未使用碳吸附抑制劑時(shí)，要達(dá)到同樣的初始坍落度，混凝土的外加劑用量急劇上升。而使用碳吸附抑制劑后，外加劑的用量并未隨粉煤灰含碳量的增加而增加。說(shuō)明該碳吸附抑制劑有著良好的應(yīng)用前景。

[1]黃兆龍，湛淵源．粉煤灰燒失量及材料配合比對(duì)砼工程性質(zhì)的影響，粉煤灰綜合利用[J]，2003(1):9-13．

[2]薛永杰，侯浩波，査進(jìn)．高燒失量粉煤灰對(duì)水泥漿體的力學(xué)和耐久性能的影響研究，粉煤灰[J]，2007(4):24-26．

[3]錢覺時(shí)．粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M]．北京:科學(xué)出版社， 2004．

[4]譚鹽賓，李化建，謝永江，易忠來(lái)．燒失量和細(xì)度對(duì)粉煤灰漿體流變特性的影響，鐵道建筑[J]，2010(2):127-129．

[通訊地址]江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)鄒區(qū)鎮(zhèn)河底下村（213144）

Preparation and application of carbon absorption inhibitor in fl y ash concrete

Lu Xin1, Zang Jun2, Xu Zhan1
(1. Chang Zhou Jinjian Concrete Co. Ltd, Changzhou 213144;2. Jiangsu Minghe Group CO. Ltd., Zhenjiang 212028 )

As we known carbon particles owned preferential absorption to aromatic compounds. In this article, the carbon absorption inhibitor in fly ash concrete was prepared by using unburned carbon particles in the fly ash, AA-AMPSA and EDTMPS. Through systematic experiments on the inhibitor, the good inhibitive ability against carbon absorption was conf i rmed, the consumption of additive was decreased and the performance of concrete was maintained. With these properties, there would be a promising application prospect for the carbon absorption inhibitor in the future.

concrete fl y ash ; carbon absorption inhibitor

陸新（1976—），男，工程師，從事新型建筑材料的生產(chǎn)與研究。