粉煤灰的生產工藝對混凝土強度影響的對比與研究

孫曉林　于乃超　劉莉

摘 要：考察了A、B兩種不同生產工藝的粉煤灰對混凝土強度的影響。通過化學分析、XRD和活性指數研究分析發現水灰比小于0.44時，粉煤灰A提高混凝土強度大于B；水灰比大于0.44時，粉煤灰A提高的強度小于B。A粉煤灰玻璃體含量大于B，且能夠提高膠砂早期強度；B粉煤灰含有硅灰石，具有很好的化學穩定性和耐酸堿腐蝕性，有利于混凝土長期性、耐久性。

關鍵詞：粉煤灰；混凝土；XRD；活性指數

粉煤灰作為混凝土摻合料，具有表面效應、填充效應和火山灰活性效應，粉煤灰活性主要是指火山灰活性，活性SiO2與水泥水化產物CH發生二次反應，生成CSH膠凝填充料。粉煤灰的礦物相有莫來石、石英、玻璃微珠、不定形顆粒等。

某工程土建施工用的粉煤灰有A、B兩種，粉煤灰A是由電廠鍋爐燃燒后的直接產物；粉煤灰B是在A的基礎上，在水環境下浸泡十余年之久，經浮選、分離、烘干等工藝后得到的產物。

本文通過化學分析和XRD，分別了解兩種粉煤灰的主要化學成分和礦物組成，通過膠砂強度和混凝土強度表征其活性，以此來分析A、B兩種粉煤灰對混凝土強度的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

粉煤灰A、B進行化學分析，主要組分（%）如表1所示：

1.2 試驗方法

1.2.1 膠砂強度對比

粉煤火山灰活性有多種測定方法，如Vicut提出的石灰吸收法和Raask提出的電導率法，表征活性最根本的方法是力學實驗法，即GB/T1596-2005粉煤灰強度活性指數。通過試驗膠砂抗壓強度與對比膠砂抗壓強度之比，以百分數形式表示。膠砂配比見表2，實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，粉煤灰A的活性指數高于粉煤灰B，3天強度對比尤為明顯。但是在齡期為28天附近處，活性指數曲線斜率A明顯小于B，表明隨時間的延長B活性指數與A的差距在逐漸縮小。甚至有超過的可能，具體數據還需要進一步實驗驗證。

1.2.2 配合比試驗

通過配合比實驗對其強度進行比對，除粉煤灰外其他原材料（包括砂、石、外加劑等）及實驗條件均保持一致，配合比及其強度表3所示。

根據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2010知，混凝土強度主要有水灰比決定，水灰比與混凝土強度關系如圖2所示。

圖2表明兩種粉煤灰均能夠提高混凝土強度，在水灰比小于0.44時，A提高的強度大于B；大于0.44時，B大于A。

2 結果與討論

2.1 粉煤灰礦物相組成

粉煤灰是煤粉在鍋爐中燃燒時，有無機礦物經分解、燒結熔融及冷卻等過程形成的。冷卻后可分成玻璃體和晶體礦物兩大類。由于玻璃體的熔融物在急速冷卻時，質點來不及按特定規律排列所形成的內部質點無序排列的固體，即內部質點未能到達能量的最低位置，故大量的化學能未能釋放，因而其化學穩定性較差，含有一定的潛能，活性較高，易和其它物質反應或自行緩慢像結晶體轉化。

2.2 粉煤灰XRD實驗

粉煤灰進行預處理后進行XRD實驗，分析其礦物成分，PDF卡片庫：莫來石（Al6Si2O13，M）84-1205、石英（SiO2，Q）89-1961、剛玉（Al2O3，C）76-0144、氧化鈣（CaO，L）82-1690、硅灰石（CaSiO3，W）29-0372。實驗結果如圖3、圖4所示。

粉煤灰A、B均含有莫來石、石英。20°～30°區域出現寬大衍射峰是玻璃相存在的特征，表明粉煤灰A玻璃體含量明顯高于B。具體含量，還需通過非晶體散射X射線衍射（NCXRD）進行定量分析。

粉煤灰B不含氧化鈣相，玻璃體含量偏少，但含有硅灰石。粉煤灰B原灰長期浸泡在水環境下，氧化鈣和水生成的氫氧化鈣與玻璃體進行水化反應，生成了硅酸鈣（即硅灰石）。硅灰石屬于鈣質偏硅酸鹽礦物，具有針狀或纖維狀，經破碎研磨仍具有針狀結構，作為摻加劑加入水泥或混凝土中，針狀晶體交織分布，增加了顆粒間的結合力，使其具有較高的強度。由于不是最緊密堆積，所以具有較好的沖擊韌性。另外，硅灰石具有很好的化學穩定性，耐酸、耐堿、耐化學腐蝕。

3 結論

3.1 摻加A、B粉煤灰均能提高混凝土的抗壓強度。當水灰比小于0.44時，A提高的強度大于B；大于0.44時，B大于A。

3.2 粉煤灰A玻璃體含量多于B。膠砂強度實驗中，3天的強度活性指數A大于B，后期活性指數B逐漸接近A。

3.3 粉煤灰B含有硅灰石，具有很好的化學穩定性和耐酸堿腐蝕性，摻加到混凝土中能夠提高混凝土的長期性、耐久性。

參考文獻

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