一種自制摻合料在混凝土中的應(yīng)用

曹潔華，鄔海濤

（鎮(zhèn)江四方建設(shè)工程質(zhì)檢有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

一種自制摻合料在混凝土中的應(yīng)用

曹潔華，鄔海濤

（鎮(zhèn)江四方建設(shè)工程質(zhì)檢有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

利用循環(huán)流化床粉煤灰和鋼渣中的石膏和 CaO 與礦粉中的活性組分反應(yīng)，相互激發(fā)使得該種摻合料的早期和后期活性效果良好，將循環(huán)流化床粉煤灰、鋼渣和水淬粒化高爐礦渣粉磨成不同細度，實現(xiàn)了各組分之間的梯次反應(yīng)和顆粒的緊密堆積。此種摻合料應(yīng)用于混凝土中時，效果優(yōu)于礦粉和粉煤灰。

摻合料；CFBC 粉煤灰；鋼渣

0 前言

隨著環(huán)境保護要求的進一步提升，各種工業(yè)廢棄物的綜合利用得到了廣泛的關(guān)注。優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉已經(jīng)在水泥混凝土行業(yè)廣泛應(yīng)用并成為稀缺資源，但循環(huán)流化床（circulating fluidized bed combustion，CFBC）粉煤灰和鋼渣利用率一直很低，且對環(huán)境造成沉重的負(fù)擔(dān)[1-2]。

循環(huán)流化床粉煤灰在化學(xué)組成、礦物組成和性能表現(xiàn)上都與普通粉煤灰不同，大部分都不符合現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范，因而難以直接應(yīng)用在水泥混凝土中。CFBC 粉煤灰具有顆粒較粗、形貌不規(guī)則、f-CaO 和 SO3含量高，以及以硬石膏和石灰作為主要礦物組成等特點。因此，循環(huán)流化床粉煤灰需水量大、活性低，且容易導(dǎo)致水泥混凝土凝結(jié)時間異常。

而另一種工業(yè)廢渣——鋼渣，雖已應(yīng)用多年，但由于鋼渣存在著安定性不良、易磨性很差、早期活性很低等技術(shù)瓶頸，因而也一直未能大規(guī)模應(yīng)用于水泥混凝土中，鋼渣的排放依然對環(huán)境造成巨大的壓力。

鑒于上述原因，筆者嘗試將 CFBC 粉煤灰與鋼渣應(yīng)用于混凝土中，取代普通礦粉，并對其性能進行檢測，以期找到合理利用這兩種工業(yè)副產(chǎn)品的方法。

1 原材料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5 水泥，28d 水泥強度為48.7MPa。（2）礦粉：常州友邦礦粉，流動度比 101%，比表面積 415m2/kg，28d 活性指數(shù) 103%。（3）粉煤灰：鎮(zhèn)江諫壁 Ⅱ 級灰，45μm 方孔篩篩余 15%，燒失量 1.8%，需水量比 99%。（4）CFBC 粉煤灰：揚州某廠提供。（5）水淬粒化高爐礦渣：南鋼嘉華提供，玻璃體含量 98%。（6）轉(zhuǎn)爐鋼渣：南鋼嘉華提供，堿度為 3.2。（7）粗骨料：5～20mm 碎石，含泥量 0.5%。（8）細骨料：江砂，細度模數(shù) 2.6，含泥量 1.5%。（9）水：市政自來水。（10）減水劑：鎮(zhèn)江特密斯 PCA，減水率 25%。

2 試驗方法

采用立磨方式將循環(huán)流化床粉煤灰比表面積粉磨至550m2/kg 左右，將鋼渣粉磨至比表面積為 250m2/kg 左右，水淬?；郀t礦渣比表面積粉磨至 400m2/kg 左右，然后將三者的質(zhì)量百分比按照循環(huán)流化床粉煤灰 15%、鋼渣 15%、礦粉70% 混合制成混凝土摻合料。隨后測試此混凝土摻合料在混凝土中應(yīng)用取代粉煤灰和礦粉時的各項性能指標(biāo)對比。

測試方法參照 GB /T 18046-2008《用于水泥和混凝土中?；郀t礦渣粉》、GB /T 50080-2002《普通混凝土的拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB /T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》和有關(guān)規(guī)定進行，測試的項目包括摻合料的活性指數(shù)及流動度比、混凝土的坍落度及 3d、7d、28d抗壓強度。試驗采用商品混凝土中最常用的 C30 配比作為基準(zhǔn)配合比，見表 1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 混凝土摻合料的活性指數(shù)及流動度比

參照 GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》測試此種混凝土摻合料的活性指數(shù)及流動度比，結(jié)果如表 2 所示。

表2 混凝土摻合料的活性指數(shù)及流動度比

由試驗結(jié)果可知，此種摻合料的流動度比和活性指數(shù)都明顯優(yōu)于礦粉，在混凝土中有很好的應(yīng)用潛力。CFBC 粉煤灰、鋼渣、礦粉分別粉磨處理至幾種不同的粒徑范圍，有助于實現(xiàn)這種高品質(zhì)混合材的顆粒體系的緊密堆積，降低了摻合料的孔隙率，使摻合料的流動度比相對于粒徑分布較窄的礦粉有著明顯的提高。

此外，CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰含量較高，鋼渣中的 CaO 含量居高不下，很多鋼渣中的石膏含量也不低，而這些石膏與 CaO 易于和礦粉中的活性組分（如 SiO2和Al2O3），這些組分之間的相互激發(fā)使得混合后的產(chǎn)品早期活性和后期活性都比較理想，反應(yīng)后生成 C-S-H 凝膠。

3.2 自制混凝土摻合料在混凝土中的應(yīng)用

為了驗證此種摻合料在混凝土中的應(yīng)用效果，在試驗中用此種摻合料分別取代礦粉、粉煤灰和完全取代礦粉及粉煤灰，考察混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力學(xué)性能。具體結(jié)果如表 3 所示。

表3 自制該摻合料對混凝土性能的影響

將此種摻合料應(yīng)用于 C30 商品混凝土中，無論是分別取代礦粉、粉煤灰還是完全取代礦粉和粉煤灰，混凝土的工作性能和力學(xué)性能都有明顯的改善。

此外，此種混凝土摻合料的制備成本較低。CFBC 粉煤灰和鋼渣都是目前較難處理的工業(yè)固體廢棄物，CFBC 由于自身化學(xué)及礦物組成的影響，應(yīng)用受到諸多限制，鋼渣由于其粉磨成本高，推廣應(yīng)用一直裹足不前。在此種摻合料的制備過程中，將鋼渣粉磨至較粗的顆粒，大幅度降低了鋼渣的粉磨成本，鋼渣顆粒的本征強度很高，顆粒較粗時，僅表面參與相互激發(fā)反應(yīng)，而自身充當(dāng)膠凝材料和細骨料的過渡顆粒，有助于提高膠凝體系的力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性；CFBC粉煤灰相對易磨，將 CFBC 粉煤灰處理成粒度最小的顆粒，有助于 CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰與礦粉在水化早期相互激發(fā)，保證了摻合料的早期活性；粗顆粒鋼渣可在后期持續(xù)提供鈣源激發(fā)水淬?；郀t礦渣水化，保證了摻合料的后期活性。

4 結(jié)論

（1）采用分別粉磨的方法處理 CFBC 粉煤灰、鋼渣、水淬粒化高爐礦渣，然后將三者的質(zhì)量百分比按照循環(huán)流化床粉煤灰 15%、鋼渣 15%、礦粉 70% 混合制成混凝土摻合料，此種混凝土摻合料的流動度比和活性指數(shù)都明顯優(yōu)于普通礦粉。

（2）將此種摻合料應(yīng)用于 C30 商品混凝土中，無論是分別取代礦粉、粉煤灰還是完全取代礦粉和粉煤灰，混凝土的工作性能和力學(xué)性能都有明顯的改善。

[1] 周圣，徐紅．CFBC 脫硫灰和 F 類粉煤灰對注漿材料性能的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2006(2)：30-32．

[2] 潘如意．不同細度鋼渣的活性研究[J]．水泥，2012,4：10-12．

［單位地址］江蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)宗澤路四方建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司（212000）

曹潔華（1986-）男，助理工程師，從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。