煤矸石磨細(xì)灰的性能分析及在混凝土中的運(yùn)用

（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006）

1 煤矸石磨細(xì)灰應(yīng)用背景

隨著混凝土需求量與日俱增，粉煤灰作為混凝土的重要摻合料之一，需求量也逐年上升，傳統(tǒng)粉煤灰已供不應(yīng)求，導(dǎo)致市場上出現(xiàn)大量的劣質(zhì)粉煤灰。劣質(zhì)粉煤灰主要有磨細(xì)灰、脫硫灰、脫硝灰和浮黑灰，劣質(zhì)粉煤灰使用不當(dāng)將嚴(yán)重影響混凝土的質(zhì)量。煤矸石是煤礦建設(shè)、煤炭生產(chǎn)過程中所排放出的固體廢棄物的總稱，煤矸石磨細(xì)灰是煤矸石煅燒后固體廢棄物經(jīng)粉磨而成的，屬于一種較常見的、性能與傳統(tǒng)粉煤灰較接近的灰。由于我國是世界第一產(chǎn)煤大國，每年產(chǎn)生大量的煤矸石固體廢棄物，將煤矸石廢棄物再利用、變廢為寶成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

2 煤矸石磨細(xì)灰與傳統(tǒng)粉煤灰性能對比

2.1 顆粒形狀

通過400倍顯微鏡觀察，煤矸石磨細(xì)灰顆粒形狀不規(guī)則且有棱角，不含玻璃微珠，而傳統(tǒng)粉煤灰在顯微鏡觀察下能發(fā)現(xiàn)大量的玻璃微珠。顯微鏡觀察可以作為辨別傳統(tǒng)粉煤灰和磨細(xì)灰的快速手段之一。

2.2 在酸性溶液中的反應(yīng)

在煤矸石磨細(xì)灰、傳統(tǒng)磨細(xì)灰和脫硫灰中分別加入草酸并充分?jǐn)嚢瑁渲忻喉肥ゼ?xì)灰未見明顯氣泡，傳統(tǒng)粉煤灰未產(chǎn)生氣泡，而脫硫粉產(chǎn)生大量氣泡并有刺激性氣體產(chǎn)生，用pH試紙測顯酸性，因?yàn)槊喉肥ゼ?xì)灰和傳統(tǒng)粉煤灰不含或者含有較少的硫化物，而脫硫灰含有大量硫化物，遇酸反應(yīng)產(chǎn)生大量的SO2氣體。

2.3 在熱水中的反應(yīng)

在煤矸石磨細(xì)灰、傳統(tǒng)磨細(xì)灰和浮油灰中分別加入熱水并充分?jǐn)嚢?，其中煤矸石磨?xì)灰和傳統(tǒng)粉煤灰溶液表面和杯壁未見黑色浮油，而浮黑灰則在溶液表面和杯壁上出現(xiàn)較多的黑色浮油。

2.4 煤矸石磨細(xì)灰的理化性能分析

對3個(gè)不同廠家生產(chǎn)的煤矸石磨細(xì)灰樣品進(jìn)行理化性能檢驗(yàn)，見表1。

表1 磨細(xì)灰的理化性能檢驗(yàn)結(jié)果（%）

由結(jié)果比對發(fā)現(xiàn)，煤矸石磨細(xì)灰的理化性能如下：1）細(xì)度＞12.0%，＜30%，符合Ⅱ級粉煤灰的技術(shù)要求；2）需水量比符合Ⅱ級粉煤灰（≤105%）的技術(shù)要求且＜100%，拌制混凝土?xí)r用其取代一定量水泥可以起到降低混凝土單位用水量的效果；3）燒失量符合Ⅱ級粉煤灰（≤8.0%）的技術(shù)要求，說明煤矸石磨細(xì)灰的含碳量較低；4）含水量、三氧化硫符合粉煤灰的技術(shù)要求，說明煤矸石磨細(xì)灰對混凝土體積安定性和凝結(jié)時(shí)間不會產(chǎn)生較大影響；5）強(qiáng)度活性指數(shù)不符合粉煤灰（≥70.0%）的技術(shù)要求[1]，根據(jù)強(qiáng)度活性指數(shù)H（H=R/R0×100%，R為試驗(yàn)?zāi)z砂28d抗壓強(qiáng)度,MPa，R0為比對膠砂28d抗壓強(qiáng)度，MPa），發(fā)現(xiàn)摻入煤矸石磨細(xì)灰的膠砂強(qiáng)度增長較緩慢，比傳統(tǒng)粉煤灰的效果差，從而說明煤矸石磨細(xì)灰含有火山灰活性成分極其有限，對混凝土后期強(qiáng)度增長作用較小。

通過對煤矸石磨細(xì)灰的幾種簡單鑒別方法和理化性能檢驗(yàn)結(jié)果可知，煤矸石磨細(xì)灰在顯微鏡下未能觀察到玻璃微珠，顆粒形狀顯不規(guī)則且有棱角；和酸性溶液不產(chǎn)生氨氣；在熱水中未見黑色浮油；強(qiáng)度活性指數(shù)不符合≥70%粉煤灰的技術(shù)要求；細(xì)度、需水量比、燒失量、三氧化硫、含水量能夠滿足粉煤灰的技術(shù)要求。

3 煤矸石磨細(xì)灰在混凝土中的運(yùn)用

3.1 原材料

1）水泥。選用建福牌P.O42.5水泥，3d抗壓強(qiáng)度25.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度49.4MPa。

2）細(xì)集料。采用細(xì)度模數(shù)1.7的河砂和細(xì)度模數(shù)3.1的機(jī)制砂按50:50比例摻配而成的混合砂，其混合砂細(xì)度模數(shù)2.4，泥塊含量0.3%，MB值0.50，石粉含量3.0%，總壓碎值指標(biāo)為13.1%。

3）粗集料。采用5～25mm連續(xù)粒徑的碎石，含泥量0.6%，泥塊含量0.2%，針片狀為7%，壓碎值為8.3%。

4）減水劑。采用緩凝型高性能減水劑，減水率27%，含固量16.38%，摻量為外摻膠凝材料用量的2.0%。

5）磨細(xì)灰。由煅燒煤矸石粉磨而成的磨細(xì)灰，細(xì)度19.4%，需水量比96%，燒失量5.64%，含水量0.5%，三氧化硫2.37%。

張雨生有不少雜文，關(guān)注的是貧富差距?！敦毟徊罹嗟拇H傳承》是他在這方面的代表作。中國富豪財(cái)富積累的時(shí)間超短，“富二代”就是“憑資本分配養(yǎng)育的一代”。張雨生說：“我想點(diǎn)明的是，在貧富差距的代際傳承中，政府需要擔(dān)當(dāng)起調(diào)節(jié)這個(gè)差距的責(zé)任?！辈⑶揖唧w提出“政府應(yīng)該不應(yīng)該啟動遺產(chǎn)稅”的問題。與此文著重說“富”的一端不同，《向農(nóng)民工深鞠一躬》說的是“貧”的一端，他說得擲地有聲：“若有人編著這個(gè)時(shí)期的史冊，沒有農(nóng)民工的輝煌篇章，我敢說，那便缺失了創(chuàng)造歷史的主體?！彼谛麓呵跋τ谩吧罹弦还钡姆绞剑磉_(dá)了對農(nóng)民工的敬意。

6）拌合水：自來水。

3.2 混凝土配合比方案

3.2.1 基準(zhǔn)配合比

見表2。

表2 基準(zhǔn)配合比

3.2.2 試驗(yàn)配合比

采用磨細(xì)灰取代部分水泥用量，分析取代率為5%、10%、15%、20%、25%的混凝土性能(表3)。

表3 試驗(yàn)配合比

3.3 混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

見表4。

表4 基準(zhǔn)混凝土與試驗(yàn)混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知：

1）當(dāng)取代率在15%以內(nèi)，混凝土坍落度隨著取代率的增大而增大，而當(dāng)取代率超過20%，坍落度反而隨著取代率的增加而減小，這是由于煤矸石磨細(xì)灰的需水量比小于100%，取代水泥越多，原則上可以起到降低單位用水量的作用，增大混凝土流動性，但當(dāng)取代率超過20%時(shí)，混凝土坍落度反而變小，因?yàn)槊喉肥ゼ?xì)灰顆粒形狀顯不規(guī)則且有棱角，具有一定的吸附能力，摻量超過一定范圍后混凝土顆粒組成不合理，部分漿體被吸附，導(dǎo)致混凝土坍落度降低。

2）混凝土坍落度1h經(jīng)時(shí)變化量隨著取代率的增加逐步降低并趨于不變，這是由于隨著取代率的增加，水泥的用量逐漸降低，混凝土水化熱就越小，坍落度損失就越低，但當(dāng)取代率達(dá)到一定時(shí)，混凝土水化熱對混凝土坍落度損失量不構(gòu)成主要影響因素，坍落度損失趨于穩(wěn)定。

3）隨著取代率的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸減小，強(qiáng)度增長值先升后降。取代率在15%以內(nèi)時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度并無較大差距，取代率超過15%后，對混凝土強(qiáng)度有明顯影響。取代率為15%時(shí)，混凝土強(qiáng)度增長值最大，這由于煤矸石磨細(xì)灰本身無膠結(jié)作用，不產(chǎn)生強(qiáng)度，取代率越大，起到膠結(jié)作用的水泥越少，其混凝土強(qiáng)度也就越低，但當(dāng)取代率在較合理范圍內(nèi)時(shí)，一則由于煤矸石磨細(xì)灰能夠填充混凝土中其他材料無法填充的空隙，使混凝土更密實(shí)，從而增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，二則由于煤矸石磨細(xì)灰含有少量火山灰活性成分，有助于混凝土強(qiáng)度后期增長。

4）在混凝土中用煤矸石磨細(xì)灰取代水泥，取代率在0～25%，對混凝土抗?jié)B性能不產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)語

煤矸石磨細(xì)灰與傳統(tǒng)粉煤灰各項(xiàng)指標(biāo)基本一致，鑒別兩種不同灰的方法是：1）煤矸石磨細(xì)灰顆粒形狀在顯微鏡觀察下顯不規(guī)則且有棱角，未含有玻璃微珠；2）可以通過膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，檢驗(yàn)其強(qiáng)度活性指數(shù)，煤矸石磨細(xì)灰強(qiáng)度活性指數(shù)比傳統(tǒng)粉煤灰低。

在混凝土中用一定量煤矸石磨細(xì)灰取替水泥，不僅能夠?qū)⒚喉肥儚U為寶，而且可以降低混凝土成本。取代率在15%時(shí)，其混凝土各項(xiàng)性能與純水泥混凝土幾乎一致。這為煤矸石磨細(xì)灰在混凝土中的運(yùn)用提供了重要參考價(jià)值。