摻高鈣粉煤灰用于水泥和混凝土的研究

    一、前言

    眾所周知，粉煤灰可廣泛應用于建筑、建材領(lǐng)域，節(jié)約大量不可再生資源。但近年來開始在環(huán)保要求較高的沿海地區(qū)火電廠推廣使用的低硫份、低灰份、高發(fā)熱量的神木煤后所形成的高鈣粉煤灰成色較差，f-CaO含量較高，易由于安定性問題給其在水泥和混凝土中應用帶來不利影響。

    本文主要研究上海地區(qū)鍋爐燃煤混燒所排放的高鈣粉煤灰在水泥、混凝土中的應用效果。用于水泥膠砂和混凝土中進行性能試驗的試樣均來自W、M、P三個電廠電除塵壓力罐處，其中電除塵一電場收集的灰樣模擬粗灰?guī)旎覙樱姵龎m二、三電場收集的灰樣模擬細灰?guī)旎覙?，分別考察其在水泥、混凝土中的應用效果。

    二、試驗用原材料及性能

    2.1 水泥

    下述試驗采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸鹽水泥，其物理性能分析見下表。

表1：水泥物理性能

    2.2 粉煤灰

    A1灰，采用M電廠—電場灰樣

    A2灰：采用M電廠二、三電場灰樣

    B1灰：采用W電廠—電場灰樣

    B2灰：采用W電廠二、三電場灰樣

    C1灰：采用P電廠#1和#3粗灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋砸浑妶觯?/P>

    C2灰：采用P電廠#2細灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋远?、三電場?/P>

    上述五個灰樣的物理性能檢驗結(jié)果見表2。

表2:粉煤灰物理性能測試結(jié)果

    表3列舉了上海市地方標準DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應用技術(shù)規(guī)程》中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標規(guī)定。

表3： DBJ08-230-98中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標規(guī)定

    對照表2和表3，可以看出，在三次鍋爐燃煤混燒試驗中，W、M、P三個電廠二、三電場收集的細灰中粉煤灰的各項技術(shù)指標可以達到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣粉煤灰要求，而一電場收集的粗灰中的粉煤灰則基本波動于Ⅱ級高鈣粉煤灰指標要求附近。

    2.3 細骨料

    粉煤灰用于水泥膠砂中的試驗研究采用標準砂。

    粉煤灰用于混凝土中的試驗研究采用中砂，細度模數(shù)μf=2.3，含水率3.8%，符合JGJ52-92標準。

    2.4 粗骨料

    碎石，5-31.5mm連續(xù)級配，堆積容重1440kg/m³，平均含泥0.2%，平均泥塊含量0%，符合JGJ53-92標準。

    2.5外加劑

    ZK901 普通減水劑，上海住總—建科化學建材有限公司生產(chǎn)，減水率12%，ZK904高效減水劑，上海住總—建科化學建材有限公司，減水率18%。

    三、高鈣粉煤灰用于水泥砂漿的試驗研究

    3.1 高鈣粉煤灰對于水泥膠砂強度的影響

    表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六種混燒粉煤灰在水泥砂漿中的使用效果，水泥砂漿成型根據(jù)GB177-85，以等流度控制（流動度控制在130±5mm），根據(jù)粉煤灰在不同摻量下的需水量調(diào)整水泥膠砂成型用水量。

    根據(jù)表4可以分析

    ① A1、B1灰（即模擬粗灰?guī)熘械幕覙樱┖虲1灰（粗灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，當其摻入水泥砂漿時，可引起水泥砂漿抗壓、抗折強度一定程度的下降，摻量越大，下降程度愈甚，當摻量為10%時，砂漿抗壓強度較基準下降10%左右，而摻量至20%、30%時，其下降程度可達15%—20%。

    ② A2、B2（即模擬細灰?guī)熘械幕覙樱┖虲2灰（細灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，其摻量在10%，各齡期強度與基準基本相近，當摻量達到20%-30%時，早期強度有些微下降，后期較基準還有所提高。

    ③ 細灰?guī)斓幕鞜勖夯覝p水效果明顯，早期及后期強度效應均有較好體現(xiàn)。

表4：粉煤灰在水泥膠砂中的試驗分析

    3.2 不同摻量條件下，高鈣粉煤灰對水泥漿體體積安定性的影響

    圖1和圖2反映了A1灰摻量為5% ~ 30%條件下、 A2灰摻量為5% ~ 50%條件下時粉煤灰—水泥漿體安定性的影響規(guī)律，可見兩條曲線的變化規(guī)律—致，即雷氏夾的體積膨脹在粉煤灰摻量為10% ~ 25%時有明顯變化，但在其摻量范圍內(nèi)，其最大雷氏夾膨脹量均在5.0mm以下，故水泥——粉煤灰漿體體積安定性合格。

        圖1：

        圖2：

    四、混燒粉煤灰用于混凝土的試驗研究

    4.1  P電廠粉煤灰樣品在混凝土中的試驗研究

    因取樣關(guān)系，本部分內(nèi)容就C2灰在混凝土中直接摻用的使用效果做了研究。

    根據(jù)C2粉煤灰的物理性質(zhì)分析，該粉煤灰屬I級高鈣粉煤灰，其細度較小，需水量比較小，減水效果明顯，活性效應十分明顯，故考慮用其以取代系數(shù)為1.0的條件替代水泥，制備混凝土。

    表5列舉了用C2粉煤灰制備的C20—C50系列混凝土配比和強度測試結(jié)果。

                           表5：混凝土配比和強度測試結(jié)果

    根據(jù)表5，可得到：

    ①P電廠#2細灰?guī)旆勖夯铱捎糜贑20 ~ C50普通混凝土配制，該粉煤灰具有一定的減水效果和同水泥相當?shù)哪z凝效力，可以1：1取代15% ~ 30%的水泥。

    ② 表5中各系列配比通過28天強度驗證，均達到設(shè)計要求。

    ③ 隨混凝土設(shè)計強度等級變大，膠凝材料用量增多，可相應提高該粉煤灰在混凝土中的摻量。

    五、結(jié)論

    1、根據(jù)W、M和P電廠的抽樣分析可知，粗灰?guī)熘谢覙有阅芑静▌佑贒BGJ08-230-98規(guī)定的Ⅱ級高鈣性能指標附近，尤其是其f-CaO和安定性指標合格，細灰?guī)熘谢覙有阅苤笜丝梢赃_到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣灰性能指標。

    2、水泥——粉煤灰凈漿試驗結(jié)果表明，在合理摻量條件下，混燒灰樣不會引起安定性不良的現(xiàn)象產(chǎn)生。

    3、細灰?guī)熘蟹勖夯覝p水效果明顯，且具一定的膠凝效力，可以1：1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。

    4、經(jīng)合理級配，粗灰?guī)熘谢覙右部梢杂糜诨炷恋呐渲?。但在工程實際應用中，對游離氧化鈣和安定性超標的粉煤灰，仍需非常謹慎，并嚴格控制?；蛲ㄟ^后加工，經(jīng)系統(tǒng)試驗鑒定，體積安定性合格，并對混凝土強度、和易性及耐久性確實無不利影響，可考慮出廠使用。