粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用研究

摘　要:深入研究了九龍矸石電廠粉煤灰的物理性質(zhì)及其化學(xué)成分,并對高摻量粉煤灰混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)分析,得出了高摻量粉煤灰混凝土技術(shù)在井下巷道支護(hù)的新途徑。

關(guān)鍵詞:粉煤灰,燒失量,巷道支護(hù)

中圖分類號: TU528

引言

　　截至2000 年,我國目前發(fā)電機(jī)總?cè)萘繛?. 7 億kW ,火電裝機(jī)容量為2 億kW ,每年燃煤電廠粉煤灰排放量為1. 2 億t ,綜合利用率不到45 %。因而,粉煤灰資源化確實(shí)是一個迫切需要解決的問題。根據(jù)粉煤灰的組成和物理力學(xué)性質(zhì),粉煤灰可以填料用作路面填料、代替水泥原料,代替砂子噴漿使用,可以大大降低資源消耗,降低成本。同時,既節(jié)省水資源及土地占有,達(dá)到了資源可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略思想的要求,又有利于環(huán)保。

1 　九龍矸石電廠粉煤灰物理性質(zhì)研究

　　九龍矸石電廠粉煤灰性質(zhì)在河北工程學(xué)院土工實(shí)驗(yàn)室完成,共計(jì)進(jìn)行了粉煤灰顏色、密度、細(xì)度、含水率試驗(yàn)及微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果如下:九龍矸石電廠采集到的粉煤灰進(jìn)行色澤分析,色澤指數(shù)達(dá)到8～9 。

　　粉煤灰密度試驗(yàn)方法宜采用環(huán)刀法,密度曲線見圖1。用烘干法測含水率的試驗(yàn)結(jié)果見圖2。粉煤灰細(xì)度分析記錄結(jié)果見圖3。

　　九龍矸石電廠粉煤灰物理研究得出以下結(jié)論:色澤指數(shù)為8～9 ;平均密度0. 963 g/ cm3 ;含水率為1. 34 %;細(xì)度為0. 045 mm的篩余量為53. 48 % ,該灰屬于Ⅲ級粉煤灰,且含水量略微大,建議在使用前應(yīng)對粉煤灰含水率進(jìn)行量測。

2 　九龍矸石電廠粉煤灰化學(xué)成分分析

　　九龍矸石電廠粉煤灰性質(zhì)在河北工程學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成,對粉煤灰的燃失量及SiO2 ,Al2O3 , Fe2O3 ,CaO ,MgO ,SO3 等含量進(jìn)行了化學(xué)分析試驗(yàn),結(jié)果如表1 所示。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明九龍矸石電廠粉煤灰屬于低鈣灰,燒失量較大,建議在使用前應(yīng)做脫炭處理。

3 　高摻量粉煤灰混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)分析

　　不摻粉煤灰混凝土強(qiáng)度與齡期關(guān)系曲線及優(yōu)化組CFS05 組高摻量混凝土強(qiáng)度與齡期曲線分別見圖4 ,圖5 。從圖4 ,圖5 可以看出,摻粉煤灰混凝土1 d ,7 d 齡期抗壓強(qiáng)度增長率有隨粉煤灰摻量的增大而降低的趨勢。21 d ,28 d 粉煤灰混凝土強(qiáng)度增加幅度較大,接近并幾乎超過不摻粉煤灰素混凝土強(qiáng)度。

　　摻粉煤灰水泥的水化,首先是水泥熟料水化所析出的Ca (OH) 2 ,通過液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體的表面,發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕,并生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣;當(dāng)有石膏存在時,隨即產(chǎn)生水化硫鋁酸鈣結(jié)晶。大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠狀出現(xiàn),隨著齡期的增長,逐步轉(zhuǎn)化成纖維狀晶體,數(shù)量不斷增加,相互交叉,形成連鎖結(jié)構(gòu),使后期強(qiáng)度得到較快的增長。由于粉煤灰的球形玻璃體比較穩(wěn)定,表面又相當(dāng)致密,不易水化, 在水泥水化1 d 后的粉煤灰顆粒表面上,幾乎沒有變化,直到7 d 后才開始初始水化,略有凝膠狀的水化產(chǎn)物出現(xiàn),在28 d 后粉煤灰顆粒表面上才產(chǎn)生大量的水化硅酸鈣纖維狀晶體,它們相互交叉連接形成很高的粘結(jié)強(qiáng)度。由此可見,在早齡期摻粉煤灰的混凝土強(qiáng)度都偏低,以后逐漸接近甚至超過純水泥熟料混凝土的強(qiáng)度。摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度有隨粉煤灰摻量的增加而降低的趨勢,且其抗壓強(qiáng)度均低于不摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度。對比試驗(yàn)結(jié)果表明,高摻量粉煤灰混凝土在井下巷道噴漿支護(hù)中應(yīng)用是可行的。

4 　結(jié)語

　　1) 通過試驗(yàn)的方法測定了九龍矸石電廠粉煤灰的物理性質(zhì)及化學(xué)成分,為該電廠粉煤灰資源化綜合利用奠定了基礎(chǔ)。2) 九龍矸石電廠粉煤灰含水量偏高,在使用前應(yīng)對其含水率進(jìn)行測試。3) 篩分試驗(yàn)表明,粉煤灰屬Ⅲ級低鈣灰,燒失量高,在作為摻料前應(yīng)做脫炭處理。4) 摻粉煤灰混凝土早期抗壓強(qiáng)度增長率隨粉煤灰摻量的增大而降低,但后期強(qiáng)度增長速率很快,達(dá)到并幾乎超過不摻粉煤灰素混凝土強(qiáng)度。5) 高摻量粉煤灰混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)表明,高摻量粉煤灰混凝土技術(shù)是可行的,并可以在井下巷道進(jìn)行噴漿使用,為粉煤灰資源化綜合利用開辟了新的途徑。

參考文獻(xiàn):

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