低等级粉煤灰在混凝土的应用

 
  　　摘要： 我国属于粉煤灰资源大国，低等级粉煤灰由于活性低，在利用上受到限制，造成资源的很大浪费。为解决低等级粉煤灰应用问题，查阅大量国内外文献，从低等级粉煤灰XRD图谱分析矿物组成、活性机理、低等级粉煤灰掺量对混凝土流动性、强度试验分析等方面入手研究。?C合阐述了低等级粉煤灰在混凝土中应用的可行性，拓展了低等级粉煤灰的应用领域。试验结果表明：低等级粉煤灰掺入对混凝土的流动性是有利的，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的7d、28d抗压和劈裂抗拉强度逐渐降低，C30、C40混凝土的60d抗压和劈裂抗拉强度逐步接近基准混凝土，但C20混凝土的60d抗压强度与基准混凝土相差较大。
 
　　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.
　　关键词： 低等级粉煤灰；混凝土；流动性；强度
　　Key words： low grade fly ash；concrete；fluidity；strength
　　中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0255-03
　　0 引言
　　混凝土是由水泥、水、砂石、外加剂、掺合料等按一定比例配制，经过搅拌、浇筑成型、凝结、硬化而形成的一种无机非金属复合材料。现常用的矿物掺合料有粉煤灰、矿粉、沸石粉、硅灰等。其中以粉煤灰使用最为普遍，而由于现代建筑领域中大量使用Ⅰ级、Ⅱ级的优质粉煤灰，导致了现在优质的粉煤灰资源紧张，低等级的粉煤灰过剩成为环境污染的重要来源之一，如何利用成分比较复杂、活性不高的低等级粉煤灰成为一个重要课题。本文就此特点通过对低等级粉煤灰矿物组成、活性机理分析掺入到混凝土中应用的可行性，以及对混凝土力学性能和工作性能的影响。
　　1 试验原材料
　　1.1 粉煤灰
　　本试验所研究使用的粉煤灰来源为：包头市东河热电厂，其化学成分详见表1。
　　1.1.1 粉煤灰化学分析
　　由表1可见，粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、和Fe2O3，CaO质量百分含量为4.5%、小于10%，根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005》的分类方法，该粉煤灰属于F类粉煤灰。
　　1.1.2 粉煤灰的矿物组成分析
　　为获得该低等级粉煤灰的矿物组成及晶项情况，在合肥工业大学化工学院理化测试中心X射线衍射室里对该样品进行了X光衍射分析，选用仪器为D/Max-rB型衍射仪，管压：40kV，管流：100mA，DS狭缝：1°，RS狭缝：0.3mm，SS狭缝：1°，扫描方式：连续，扫描速度：8O/min，采样间隔：0.02O°。
　　由粉煤灰的XRD图谱，经计算机检索标准PDF卡片库，绘制出图1、列出表2、表3。
　　对图1、表2、表3进行分析得出结论，该粉煤灰中主要分是莫来石和石英（图谱中有明显的衍射峰），另外出现了非晶态玻璃体存在的特征峰（2θ角在20～30°范围内特别明显），而非晶态的玻璃体解聚能力差活性不易被激发出来。通过化学成分分析，虽然该粉煤灰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可以参与化合反应生成硅酸钙盐。此性质称之为火山灰活性，其活性能否被利用主要取决于玻璃体是否易于解聚。   　　另外，粉煤灰还具有粒形效应，粉煤灰多为球形颗粒，能阻止水泥沉淀，更易于流动，产生“滚珠效应”，从而达到增加混凝土的流动性、减少塌损，改善可泵性，通过XRD分析本试验使用的粉煤灰矿物组成及化学成分分析结果显示，该粉煤灰低于3级灰的性能技术要求。但仍具有一定物理活性和化学活性。
　　1.2 其他原材料
　　采用包钢冀东生产的P?O42.5水泥，水泥的比表面积为350m3/kg，氯离子为0.012%，碱含量为0.59%；细骨料采用包头市雪亥沟天然砂，细度模数为2.7，表观密度为2.65g/cm3，氯离子为0.001%，碱活性（NaOH溶液中养护，14d膨胀率）0.038%；粗骨料采用包头市雪亥沟碎石，为4.75～25mm连续级配，表观密度为2.69g/cm3，氯离子为0.001%，碱活性（NaOH溶液中养护，14d膨胀率）0.040%；采用包头市屹峰建材外加剂有限公司生产的聚羧酸外加剂。
　　2 采取的试验设计和试验结果
　　按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011），设计C20、C30、C40 3个强度等级的配合比，按10%、20%、30%粉煤灰等量取代水泥用量，并依不掺粉煤灰的配合比作为对比基准。按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2016），测定其流动性的指标（塌落度、扩展度）；按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（50081-2002），测定其强度（抗压强度、劈裂抗拉强度）。
　　3 结果分析与讨论
　　3.1 粉煤灰掺量对混凝土流动性的影?
　　根据表4中检测结果，绘制图2、图3。由图2、3曲线可以看出，粉煤灰掺入量不大于20%时，3个强度等级的混凝土流动度均有不同程度的提高，当掺量大于20%时，曲线趋于平缓。这个显现表明粉煤灰对流动度的改善在掺量小于20%时贡献较大，大于20%时贡献较小。但从总体趋势来看，粉煤灰掺入对混凝土的流动性是有利的。主要影响因素为粉煤灰的物理活性。
　　3.2 粉煤灰掺量对混凝土强度的影响
　　根据表4中检测结果，绘制图4、图5、图6、图7、图8、图9。
　　由图4、图5、图6曲线可以看出，随粉煤灰掺入量增大，C20混凝土的3个龄期的抗压强度均呈下降趋势，C30、C40混凝土抗压强度下降不明显，尤其后期强度基本不受影响，甚至个别测定值还略有提高。
　　由图7、图8、图9曲线可以看出，随粉煤灰掺入量增大，3个强度等级的混凝土早期的劈裂抗拉强度均呈明显下降的趋势，而后期没有明显的降低。
　　主要影响因素为粉煤灰化学活性和物理活性共同作用。
　　3.3 小结
　　①粉煤灰掺入量不大于20%时，粉煤灰掺入对混凝土的流动性是有利的。②粉煤灰掺入对混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度没有明显的不利影响。③掺入粉煤灰的混凝土易取60天龄期为评定依据。④低等级粉煤灰作为混凝土掺合料在混凝土中是可以利用的，掺量达到30%，对混凝土流动度和强度没有明显不利的影响。
　　4 结语
　　低等级粉煤灰在混凝土中应用是可行性，掺入一定量的低等级粉煤灰对混凝土的力学性能及工作性能均无不利的影响。在一定程度上有效地解决了优质粉煤灰资源紧张的问题，缓解了混凝土行业受掺合料制约发展缓慢的问题，降低了混凝土生产的材料成本，有效缓解了由粉煤灰引起的环境污染的问题。
　　参考文献：
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　　[4]吴正直.粉煤灰房建材料的开发与应用[J].中国建材工业出版社，2003年1月.
 

编辑：小薇