脫硝粉煤灰對粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊性能的影響

楊利香（1.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 201108；2.上海工業(yè)固體廢棄物資源化利用工程技術(shù)研究中心，上海 201108）

據(jù)中國資源綜合利用協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國普通粉煤灰在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的消耗量占總量的 70% 左右，成為粉煤灰的最主要消納途徑之一。然而，近年來，隨著脫硝工藝的上馬，上海市年排放近500 萬 t 的普通粉煤灰已全部變成脫硝粉煤灰[1]。由于燃燒工況的差異，脫硝粉煤灰與普通能粉煤灰性能有所差異，可能影響其在粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊等建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全應(yīng)用。

本文選取同一電廠、同一煤種、相同發(fā)電負(fù)荷的脫硝粉煤灰和普通粉煤灰，分通過對比分析脫硝粉煤灰對蒸壓加氣混凝土砌塊基本性能和耐久性能的影響，探索脫硝粉煤灰用于粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊中的可行性。

1 原材料

1.1 水 泥

水泥采用上海萬安水泥廠生產(chǎn)的 P·O 42.5 水泥，其物理和化學(xué)性能見表 1 和表 2。

表1 水泥物理性能

表2 水泥化學(xué)及礦物組成 %

1.2 粉煤灰

普通粉煤灰（S 2）和脫硝粉煤灰（S 4）均取自上海石洞口第一發(fā)電廠，其化學(xué)組成及基本性能見表 3 和表 4。

表3 粉煤灰主要化學(xué)組成 %

表4 粉煤灰基本性能

1.3 石 灰

石灰取自上海大來新型建筑材料有限公司，主要技術(shù)指標(biāo)見表 5。

表5 石灰的主要技術(shù)指標(biāo)

1.4 石 膏

石膏取自上海大來新型建筑材料有限公司，主要技術(shù)指標(biāo)見表 6。

表6 石膏主要化學(xué)性能 %

1.5 鋁 粉

鋁粉為興源金屬顏料有限公司提供的 W-201 C 乳液型鋁粉膏。

2 試驗(yàn)配合比及試件的制備

2.1 試驗(yàn)配合比

采用脫硝粉煤灰和普通粉煤灰，分別配制 A 3.5，A 5.0 粉煤灰加氣混凝土砌塊，其中粉煤灰占漿料質(zhì)量比為 47%，試驗(yàn)具體配合比見表 7。

表7 粉煤灰蒸壓加氣混凝土試驗(yàn)配合比

2.2 粉煤灰加氣混凝土砌塊試樣的制備

粉煤灰加氣混凝土的整個(gè)制備過程均在上海某粉煤灰加氣混凝土生產(chǎn)線完成，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 20 萬m3/a。主要試驗(yàn)流程包括：料漿制備，漿體澆注，靜停養(yǎng)護(hù)，蒸壓養(yǎng)護(hù)，出釜。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 基本性能

按照 GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》對試驗(yàn)制備粉煤灰加氣混凝土砌塊及該企業(yè)日常生產(chǎn)的 A 3.5、A 5.0 兩種強(qiáng)度級別的粉煤灰加氣混凝土砌塊進(jìn)行干密度、抗壓強(qiáng)度、吸水率、含水率等基本性能測試，結(jié)果見表 8。

表8 蒸壓加氣混凝土砌塊試驗(yàn)結(jié)果

由表 8 可知如下結(jié)論。

(1) 含水率：在自然狀態(tài)下，體積密度級別為 B 07 的粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的含水率高于體積密度為 B 06 的粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊。

(2) 吸水率：吸水率與試塊的體積密度無明顯關(guān)系，且相同強(qiáng)度級別時(shí)，采用脫硝粉煤灰制備的蒸壓加氣混凝土砌塊的吸水率略高于采用普通粉煤灰制備的蒸壓加氣混凝土砌塊。

(3) 抗壓強(qiáng)度：相同強(qiáng)度級別時(shí)，采用兩種粉煤灰配置的蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)。

(4) 總體而言，采用脫硝粉煤灰制備的粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊密度、強(qiáng)度與采用普通粉煤灰制備的粉煤灰蒸壓加氣混凝土相差不大，且均滿足 B 06、 B 07 密度級別的合格品標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 耐久性能

對粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊進(jìn)行干燥收縮性能、抗凍性能、抗碳化性能及抗干濕循環(huán)性能等耐久性能測試。

3.2.1 干燥收縮試驗(yàn)

測定試件干燥收縮值，測試結(jié)果詳見表 9。測定試件不同含水率狀態(tài)的干燥收縮值，并繪制干燥收縮特性曲線。

表9 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊試件收縮值

由表 9 可知如下結(jié)論。

(1) 采用普通粉煤灰和脫硝粉煤灰配制的蒸壓加氣混凝土砌塊的干縮值均 ＜0.5 mm/m，符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB 11986—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》對蒸壓加氣混凝土砌塊干縮值的規(guī)定。

(2) Q 3、Q 4 的干縮值均＜Q 1、Q 2 的干縮值，說明粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的干密度與干縮值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，干密度越大，制品的干縮值越小[2]。

(3) 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的干燥收縮值均隨著砌塊含水率的降低而增加。當(dāng)粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的含水率在 20%～30% 時(shí)，試件的干燥收縮值變化較小，當(dāng)粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的含水率 ＜20% 時(shí)，試件的干燥收縮值隨著含水率的減小明顯增加，在達(dá)到氣干狀態(tài)時(shí)（含水率 5% 左右）干燥收縮值最大。

(4) 總體而言，采用普通粉煤灰和脫硝粉煤灰配制的粉煤灰蒸壓加氣砌塊干燥收縮值符合 GB 11986—2006 標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2 抗凍試驗(yàn)

按 GB/T 11969—2008，進(jìn)行試塊凍融循環(huán) 15 次，采用凍融試件質(zhì)量損失率和凍后抗壓強(qiáng)度平均值進(jìn)行砌塊抗凍性能評定。試驗(yàn)結(jié)果見表 10。

表10 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

由表 10 可知結(jié)論如下。

(1) 經(jīng)過 15 次凍融循環(huán)后，試件均出現(xiàn)不同程度的破損情況，但 B 07 砌塊優(yōu)于 B 06 砌塊的抗凍性能。

(2) 采用普通粉煤灰和脫硝粉煤灰制備的粉煤灰加氣混凝土砌塊質(zhì)量損失均 ＜5%，其凍后最低強(qiáng)度分別為 3.13 MPa、5.22 MPa，高于國家標(biāo)準(zhǔn) GB 11968—2006）規(guī)定的體積密度為 B 06 和 B 07 砌塊合格品強(qiáng)度（≥2.8 MPa 和 4.0 MPa）。

(3) 總體而言，采用脫硝粉煤灰配制粉煤灰加氣混凝土砌塊抗凍性能符合 GB 11986—2006 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

3.2.3 碳化試驗(yàn)

碳化穩(wěn)定性是評定加氣混凝土耐久性的常用指標(biāo)之一，加氣混凝土的水化產(chǎn)物在 CO2和水的作用下發(fā)生分解的難度及對其物理力學(xué)性能的影響稱為加氣混凝土的碳化性能，以制品碳化后的抗壓強(qiáng)度與未碳化時(shí)的抗壓強(qiáng)度的比值—碳化系數(shù)來衡量。按 GB/T11969—2008 對粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊抗碳化性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)測定砌塊碳化前后的抗壓強(qiáng)度，計(jì)算其抗壓強(qiáng)度比，以評定該混凝土的抗碳化能力。碳化試驗(yàn)結(jié)果詳見表 11。

表11 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊碳化試驗(yàn)結(jié)果

由表 11 可知如下結(jié)論。

(1) 經(jīng)碳化，試件強(qiáng)度均有不同程度降低，從微觀機(jī)理而言，可能是由于在 CO2作用下，加氣混凝土中的水化產(chǎn)物，尤其是托勃莫來石和 C-S-H 凝膠逐漸分解，致使蒸壓加氣混凝土砌塊強(qiáng)度降低[3]。

(2) 采用普通粉煤灰和脫硝粉煤灰配制的粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的碳化系數(shù) ＞0.85，符合 GB 50574—2010 《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一規(guī)范》對墻體材料的碳化要求。

3.2.4 干濕循環(huán)試驗(yàn)

加氣混凝土在運(yùn)輸、堆放和應(yīng)用過程中，不可避免要受到日曬雨淋，同時(shí)相對濕度的變化也影響加氣混凝土的含水率，使加氣混凝土制品的含水率不斷發(fā)生變化。按 GB/T 11969—2008，對試塊進(jìn)行 15 次干濕循環(huán)，采用抗壓強(qiáng)度系數(shù)評定砌塊干濕循環(huán)性能。試驗(yàn)結(jié)果詳見表 12。

表12 蒸壓加氣混凝土砌塊干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

由表 12 可知如下結(jié)論。

(1) 經(jīng)過干濕循環(huán)后的粉煤灰加氣混凝土砌塊強(qiáng)度均有不同程度降低，這是由于粉煤灰加氣混凝土砌塊在干濕循環(huán)過程中砌塊內(nèi)部水分布不均勻，存在含水梯度，當(dāng)試件失水干燥時(shí)，各處干縮值不同，存在變形差異，從而產(chǎn)生收縮應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過粉煤灰加氣混凝土砌塊最大拉應(yīng)力時(shí)，砌塊內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)微裂縫，從而導(dǎo)致粉煤灰加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度降低[4]。

(2) 采用普通粉煤灰和脫硝粉煤灰制備的粉煤灰加氣混凝土砌塊，經(jīng) 15 次干濕循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度均降低。摻普通粉煤灰的粉煤灰加氣混凝土砌塊與摻脫硝粉煤灰的粉煤灰加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度系數(shù)相差不大，且均＞ 0.9，抗干濕循環(huán)性能較好。

(3) 總體而言，采用脫硝粉煤灰制備的蒸壓加氣混凝土砌塊密度、含水率、吸水率、強(qiáng)度等基本性能以及抗凍、碳化、干濕循環(huán)等耐久性能與摻普通粉煤灰制備的粉煤灰蒸壓加氣混凝土相差不大，且均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

4 結(jié) 語

(1) 摻脫硝粉煤灰的蒸壓加氣混凝土砌塊的密度、含水率、吸水率、強(qiáng)度等基本性能與摻普通粉煤灰的加氣混凝土砌塊基本相當(dāng)。

(2) 摻脫硝粉煤灰的蒸壓加氣混凝土砌塊的抗凍、碳化、干濕循環(huán)等耐久性能與摻普通粉煤灰制備的粉煤灰蒸壓加氣混凝土相差不大，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。