低等級(jí)粉煤灰在混凝土的應(yīng)用

權(quán)峰

摘要： 我國(guó)屬于粉煤灰資源大國(guó)，低等級(jí)粉煤灰由于活性低，在利用上受到限制，造成資源的很大浪費(fèi)。為解決低等級(jí)粉煤灰應(yīng)用問(wèn)題，查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，從低等級(jí)粉煤灰XRD圖譜分析礦物組成、活性機(jī)理、低等級(jí)粉煤灰摻量對(duì)混凝土流動(dòng)性、強(qiáng)度試驗(yàn)分析等方面入手研究。綜合闡述了低等級(jí)粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的可行性，拓展了低等級(jí)粉煤灰的應(yīng)用領(lǐng)域。試驗(yàn)結(jié)果表明：低等級(jí)粉煤灰摻入對(duì)混凝土的流動(dòng)性是有利的，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的7d、28d抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度逐漸降低，C30、C40混凝土的60d抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度逐步接近基準(zhǔn)混凝土，但C20混凝土的60d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相差較大。

Abstract： China is a country with a large amount of fly ash resources. Because of its low activity， low-grade fly ash is limited in its use， resulting in great waste of resources. In order to solve the problems of low-grade fly ash applications， a large number of domestic and foreign literatures were consulted， and the XRD pattern of low-grade fly ash was used to analyze the composition of minerals， the activity mechanism， and the low-grade fly ash content for concrete flowability and strength test analysis. It comprehensively expounded the feasibility of low-grade fly ash in concrete， and expanded the application of low-grade fly ash. The test results show that low-grade fly ash incorporation is beneficial to the flowability of concrete. With the increase of fly ash content， the 7d and 28d compressive and splitting tensile strengths of concrete are gradually reduced. The 60d compressive and splitting tensile strength of C30， C40 concrete gradually approached the reference concrete， but the 60d compressive strength of the C20 concrete was significantly different from that of the reference concrete.

關(guān)鍵詞： 低等級(jí)粉煤灰；混凝土；流動(dòng)性；強(qiáng)度

Key words： low grade fly ash；concrete；fluidity；strength

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0255-03

0 引言

混凝土是由水泥、水、砂石、外加劑、摻合料等按一定比例配制，經(jīng)過(guò)攪拌、澆筑成型、凝結(jié)、硬化而形成的一種無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料?，F(xiàn)常用的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉、沸石粉、硅灰等。其中以粉煤灰使用最為普遍，而由于現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中大量使用Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，導(dǎo)致了現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)的粉煤灰資源緊張，低等級(jí)的粉煤灰過(guò)剩成為環(huán)境污染的重要來(lái)源之一，如何利用成分比較復(fù)雜、活性不高的低等級(jí)粉煤灰成為一個(gè)重要課題。本文就此特點(diǎn)通過(guò)對(duì)低等級(jí)粉煤灰礦物組成、活性機(jī)理分析摻入到混凝土中應(yīng)用的可行性，以及對(duì)混凝土力學(xué)性能和工作性能的影響。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 粉煤灰

本試驗(yàn)所研究使用的粉煤灰來(lái)源為：包頭市東河熱電廠，其化學(xué)成分詳見(jiàn)表1。

1.1.1 粉煤灰化學(xué)分析

由表1可見(jiàn)，粉煤灰的主要成分為SiO2、Al2O3、和Fe2O3，CaO質(zhì)量百分含量為4.5%、小于10%，根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005》的分類(lèi)方法，該粉煤灰屬于F類(lèi)粉煤灰。

1.1.2 粉煤灰的礦物組成分析

為獲得該低等級(jí)粉煤灰的礦物組成及晶項(xiàng)情況，在合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院理化測(cè)試中心X射線衍射室里對(duì)該樣品進(jìn)行了X光衍射分析，選用儀器為D/Max-rB型衍射儀，管壓：40kV，管流：100mA，DS狹縫：1°，RS狹縫：0.3mm，SS狹縫：1°，掃描方式：連續(xù)，掃描速度：8O/min，采樣間隔：0.02O°。

由粉煤灰的XRD圖譜，經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片庫(kù)，繪制出圖1、列出表2、表3。

對(duì)圖1、表2、表3進(jìn)行分析得出結(jié)論，該粉煤灰中主要分是莫來(lái)石和石英（圖譜中有明顯的衍射峰），另外出現(xiàn)了非晶態(tài)玻璃體存在的特征峰（2θ角在20～30°范圍內(nèi)特別明顯），而非晶態(tài)的玻璃體解聚能力差活性不易被激發(fā)出來(lái)。通過(guò)化學(xué)成分分析，雖然該粉煤灰SiO2+Al2O3含量很高，并不代表可以利用的活性高。

1.1.3 粉煤灰的活性

粉煤灰的主要活性成分是可溶性SiO2，Al2O3，含量越高表示活性越高。原理是可溶性SiO2，Al2O3可以參與化合反應(yīng)生成硅酸鈣鹽。此性質(zhì)稱(chēng)之為火山灰活性，其活性能否被利用主要取決于玻璃體是否易于解聚。

另外，粉煤灰還具有粒形效應(yīng)，粉煤灰多為球形顆粒，能阻止水泥沉淀，更易于流動(dòng)，產(chǎn)生“滾珠效應(yīng)”，從而達(dá)到增加混凝土的流動(dòng)性、減少塌損，改善可泵性，通過(guò)XRD分析本試驗(yàn)使用的粉煤灰礦物組成及化學(xué)成分分析結(jié)果顯示，該粉煤灰低于3級(jí)灰的性能技術(shù)要求。但仍具有一定物理活性和化學(xué)活性。

1.2 其他原材料

采用包鋼冀東生產(chǎn)的P·O42.5水泥，水泥的比表面積為350m3/kg，氯離子為0.012%，堿含量為0.59%；細(xì)骨料采用包頭市雪亥溝天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，表觀密度為2.65g/cm3，氯離子為0.001%，堿活性（NaOH溶液中養(yǎng)護(hù)，14d膨脹率）0.038%；粗骨料采用包頭市雪亥溝碎石，為4.75～25mm連續(xù)級(jí)配，表觀密度為2.69g/cm3，氯離子為0.001%，堿活性（NaOH溶液中養(yǎng)護(hù)，14d膨脹率）0.040%；采用包頭市屹峰建材外加劑有限公司生產(chǎn)的聚羧酸外加劑。

2 采取的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果

按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011），設(shè)計(jì)C20、C30、C40 3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的配合比，按10%、20%、30%粉煤灰等量取代水泥用量，并依不摻粉煤灰的配合比作為對(duì)比基準(zhǔn)。按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2016），測(cè)定其流動(dòng)性的指標(biāo)（塌落度、擴(kuò)展度）；按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（50081-2002），測(cè)定其強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度）。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 粉煤灰摻量對(duì)混凝土流動(dòng)性的影響

根據(jù)表4中檢測(cè)結(jié)果，繪制圖2、圖3。由圖2、3曲線可以看出，粉煤灰摻入量不大于20%時(shí)，3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土流動(dòng)度均有不同程度的提高，當(dāng)摻量大于20%時(shí)，曲線趨于平緩。這個(gè)顯現(xiàn)表明粉煤灰對(duì)流動(dòng)度的改善在摻量小于20%時(shí)貢獻(xiàn)較大，大于20%時(shí)貢獻(xiàn)較小。但從總體趨勢(shì)來(lái)看，粉煤灰摻入對(duì)混凝土的流動(dòng)性是有利的。主要影響因素為粉煤灰的物理活性。

3.2 粉煤灰摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

根據(jù)表4中檢測(cè)結(jié)果，繪制圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9。

由圖4、圖5、圖6曲線可以看出，隨粉煤灰摻入量增大，C20混凝土的3個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，C30、C40混凝土抗壓強(qiáng)度下降不明顯，尤其后期強(qiáng)度基本不受影響，甚至個(gè)別測(cè)定值還略有提高。

由圖7、圖8、圖9曲線可以看出，隨粉煤灰摻入量增大，3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土早期的劈裂抗拉強(qiáng)度均呈明顯下降的趨勢(shì)，而后期沒(méi)有明顯的降低。

主要影響因素為粉煤灰化學(xué)活性和物理活性共同作用。

3.3 小結(jié)

①粉煤灰摻入量不大于20%時(shí)，粉煤灰摻入對(duì)混凝土的流動(dòng)性是有利的。②粉煤灰摻入對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度沒(méi)有明顯的不利影響。③摻入粉煤灰的混凝土易取60天齡期為評(píng)定依據(jù)。④低等級(jí)粉煤灰作為混凝土摻合料在混凝土中是可以利用的，摻量達(dá)到30%，對(duì)混凝土流動(dòng)度和強(qiáng)度沒(méi)有明顯不利的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

低等級(jí)粉煤灰在混凝土中應(yīng)用是可行性，摻入一定量的低等級(jí)粉煤灰對(duì)混凝土的力學(xué)性能及工作性能均無(wú)不利的影響。在一定程度上有效地解決了優(yōu)質(zhì)粉煤灰資源緊張的問(wèn)題，緩解了混凝土行業(yè)受摻合料制約發(fā)展緩慢的問(wèn)題，降低了混凝土生產(chǎn)的材料成本，有效緩解了由粉煤灰引起的環(huán)境污染的問(wèn)題。

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