粉煤灰的生產(chǎn)工藝對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的對(duì)比與研究

孫曉林　于乃超　劉莉

摘 要：考察了A、B兩種不同生產(chǎn)工藝的粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。通過化學(xué)分析、XRD和活性指數(shù)研究分析發(fā)現(xiàn)水灰比小于0.44時(shí)，粉煤灰A提高混凝土強(qiáng)度大于B；水灰比大于0.44時(shí)，粉煤灰A提高的強(qiáng)度小于B。A粉煤灰玻璃體含量大于B，且能夠提高膠砂早期強(qiáng)度；B粉煤灰含有硅灰石，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐酸堿腐蝕性，有利于混凝土長(zhǎng)期性、耐久性。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；混凝土；XRD；活性指數(shù)

粉煤灰作為混凝土摻合料，具有表面效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰活性效應(yīng)，粉煤灰活性主要是指火山灰活性，活性SiO2與水泥水化產(chǎn)物CH發(fā)生二次反應(yīng)，生成CSH膠凝填充料。粉煤灰的礦物相有莫來石、石英、玻璃微珠、不定形顆粒等。

某工程土建施工用的粉煤灰有A、B兩種，粉煤灰A是由電廠鍋爐燃燒后的直接產(chǎn)物；粉煤灰B是在A的基礎(chǔ)上，在水環(huán)境下浸泡十余年之久，經(jīng)浮選、分離、烘干等工藝后得到的產(chǎn)物。

本文通過化學(xué)分析和XRD，分別了解兩種粉煤灰的主要化學(xué)成分和礦物組成，通過膠砂強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度表征其活性，以此來分析A、B兩種粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

粉煤灰A、B進(jìn)行化學(xué)分析，主要組分（%）如表1所示：

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 膠砂強(qiáng)度對(duì)比

粉煤火山灰活性有多種測(cè)定方法，如Vicut提出的石灰吸收法和Raask提出的電導(dǎo)率法，表征活性最根本的方法是力學(xué)實(shí)驗(yàn)法，即GB/T1596-2005粉煤灰強(qiáng)度活性指數(shù)。通過試驗(yàn)?zāi)z砂抗壓強(qiáng)度與對(duì)比膠砂抗壓強(qiáng)度之比，以百分?jǐn)?shù)形式表示。膠砂配比見表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，粉煤灰A的活性指數(shù)高于粉煤灰B，3天強(qiáng)度對(duì)比尤為明顯。但是在齡期為28天附近處，活性指數(shù)曲線斜率A明顯小于B，表明隨時(shí)間的延長(zhǎng)B活性指數(shù)與A的差距在逐漸縮小。甚至有超過的可能，具體數(shù)據(jù)還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1.2.2 配合比試驗(yàn)

通過配合比實(shí)驗(yàn)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行比對(duì)，除粉煤灰外其他原材料（包括砂、石、外加劑等）及實(shí)驗(yàn)條件均保持一致，配合比及其強(qiáng)度表3所示。

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2010知，混凝土強(qiáng)度主要有水灰比決定，水灰比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系如圖2所示。

圖2表明兩種粉煤灰均能夠提高混凝土強(qiáng)度，在水灰比小于0.44時(shí)，A提高的強(qiáng)度大于B；大于0.44時(shí)，B大于A。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰礦物相組成

粉煤灰是煤粉在鍋爐中燃燒時(shí)，有無機(jī)礦物經(jīng)分解、燒結(jié)熔融及冷卻等過程形成的。冷卻后可分成玻璃體和晶體礦物兩大類。由于玻璃體的熔融物在急速冷卻時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來不及按特定規(guī)律排列所形成的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無序排列的固體，即內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)未能到達(dá)能量的最低位置，故大量的化學(xué)能未能釋放，因而其化學(xué)穩(wěn)定性較差，含有一定的潛能，活性較高，易和其它物質(zhì)反應(yīng)或自行緩慢像結(jié)晶體轉(zhuǎn)化。

2.2 粉煤灰XRD實(shí)驗(yàn)

粉煤灰進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)行XRD實(shí)驗(yàn)，分析其礦物成分，PDF卡片庫：莫來石（Al6Si2O13，M）84-1205、石英（SiO2，Q）89-1961、剛玉（Al2O3，C）76-0144、氧化鈣（CaO，L）82-1690、硅灰石（CaSiO3，W）29-0372。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

粉煤灰A、B均含有莫來石、石英。20°～30°區(qū)域出現(xiàn)寬大衍射峰是玻璃相存在的特征，表明粉煤灰A玻璃體含量明顯高于B。具體含量，還需通過非晶體散射X射線衍射（NCXRD）進(jìn)行定量分析。

粉煤灰B不含氧化鈣相，玻璃體含量偏少，但含有硅灰石。粉煤灰B原灰長(zhǎng)期浸泡在水環(huán)境下，氧化鈣和水生成的氫氧化鈣與玻璃體進(jìn)行水化反應(yīng)，生成了硅酸鈣（即硅灰石）。硅灰石屬于鈣質(zhì)偏硅酸鹽礦物，具有針狀或纖維狀，經(jīng)破碎研磨仍具有針狀結(jié)構(gòu)，作為摻加劑加入水泥或混凝土中，針狀晶體交織分布，增加了顆粒間的結(jié)合力，使其具有較高的強(qiáng)度。由于不是最緊密堆積，所以具有較好的沖擊韌性。另外，硅灰石具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、耐堿、耐化學(xué)腐蝕。

3 結(jié)論

3.1 摻加A、B粉煤灰均能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)水灰比小于0.44時(shí)，A提高的強(qiáng)度大于B；大于0.44時(shí)，B大于A。

3.2 粉煤灰A玻璃體含量多于B。膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中，3天的強(qiáng)度活性指數(shù)A大于B，后期活性指數(shù)B逐漸接近A。

3.3 粉煤灰B含有硅灰石，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐酸堿腐蝕性，摻加到混凝土中能夠提高混凝土的長(zhǎng)期性、耐久性。

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