低等級粉煤灰在混凝土的應用

權峰

摘要： 我國屬于粉煤灰資源大國，低等級粉煤灰由于活性低，在利用上受到限制，造成資源的很大浪費。為解決低等級粉煤灰應用問題，查閱大量國內外文獻，從低等級粉煤灰XRD圖譜分析礦物組成、活性機理、低等級粉煤灰摻量對混凝土流動性、強度試驗分析等方面入手研究。綜合闡述了低等級粉煤灰在混凝土中應用的可行性，拓展了低等級粉煤灰的應用領域。試驗結果表明：低等級粉煤灰摻入對混凝土的流動性是有利的，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的7d、28d抗壓和劈裂抗拉強度逐漸降低，C30、C40混凝土的60d抗壓和劈裂抗拉強度逐步接近基準混凝土，但C20混凝土的60d抗壓強度與基準混凝土相差較大。

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.

關鍵詞： 低等級粉煤灰；混凝土；流動性；強度

Key words： low grade fly ash；concrete；fluidity；strength

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0255-03

0 引言

混凝土是由水泥、水、砂石、外加劑、摻合料等按一定比例配制，經過攪拌、澆筑成型、凝結、硬化而形成的一種無機非金屬復合材料?，F常用的礦物摻合料有粉煤灰、礦粉、沸石粉、硅灰等。其中以粉煤灰使用最為普遍，而由于現代建筑領域中大量使用Ⅰ級、Ⅱ級的優質粉煤灰，導致了現在優質的粉煤灰資源緊張，低等級的粉煤灰過剩成為環境污染的重要來源之一，如何利用成分比較復雜、活性不高的低等級粉煤灰成為一個重要課題。本文就此特點通過對低等級粉煤灰礦物組成、活性機理分析摻入到混凝土中應用的可行性，以及對混凝土力學性能和工作性能的影響。

1 試驗原材料

1.1 粉煤灰

本試驗所研究使用的粉煤灰來源為：包頭市東河熱電廠，其化學成分詳見表1。

1.1.1 粉煤灰化學分析

由表1可見，粉煤灰的主要成分為SiO2、Al2O3、和Fe2O3，CaO質量百分含量為4.5%、小于10%，根據《用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005》的分類方法，該粉煤灰屬于F類粉煤灰。

1.1.2 粉煤灰的礦物組成分析

為獲得該低等級粉煤灰的礦物組成及晶項情況，在合肥工業大學化工學院理化測試中心X射線衍射室里對該樣品進行了X光衍射分析，選用儀器為D/Max-rB型衍射儀，管壓：40kV，管流：100mA，DS狹縫：1°，RS狹縫：0.3mm，SS狹縫：1°，掃描方式：連續，掃描速度：8O/min，采樣間隔：0.02O°。

由粉煤灰的XRD圖譜，經計算機檢索標準PDF卡片庫，繪制出圖1、列出表2、表3。

對圖1、表2、表3進行分析得出結論，該粉煤灰中主要分是莫來石和石英（圖譜中有明顯的衍射峰），另外出現了非晶態玻璃體存在的特征峰（2θ角在20～30°范圍內特別明顯），而非晶態的玻璃體解聚能力差活性不易被激發出來。通過化學成分分析，雖然該粉煤灰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可以參與化合反應生成硅酸鈣鹽。此性質稱之為火山灰活性，其活性能否被利用主要取決于玻璃體是否易于解聚。

另外，粉煤灰還具有粒形效應，粉煤灰多為球形顆粒，能阻止水泥沉淀，更易于流動，產生“滾珠效應”，從而達到增加混凝土的流動性、減少塌損，改善可泵性，通過XRD分析本試驗使用的粉煤灰礦物組成及化學成分分析結果顯示，該粉煤灰低于3級灰的性能技術要求。但仍具有一定物理活性和化學活性。

1.2 其他原材料

采用包鋼冀東生產的P·O42.5水泥，水泥的比表面積為350m3/kg，氯離子為0.012%，堿含量為0.59%；細骨料采用包頭市雪亥溝天然砂，細度模數為2.7，表觀密度為2.65g/cm3，氯離子為0.001%，堿活性（NaOH溶液中養護，14d膨脹率）0.038%；粗骨料采用包頭市雪亥溝碎石，為4.75～25mm連續級配，表觀密度為2.69g/cm3，氯離子為0.001%，堿活性（NaOH溶液中養護，14d膨脹率）0.040%；采用包頭市屹峰建材外加劑有限公司生產的聚羧酸外加劑。

2 采取的試驗設計和試驗結果

按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011），設計C20、C30、C40 3個強度等級的配合比，按10%、20%、30%粉煤灰等量取代水泥用量，并依不摻粉煤灰的配合比作為對比基準。按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2016），測定其流動性的指標（塌落度、擴展度）；按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（50081-2002），測定其強度（抗壓強度、劈裂抗拉強度）。

3 結果分析與討論

3.1 粉煤灰摻量對混凝土流動性的影響

根據表4中檢測結果，繪制圖2、圖3。由圖2、3曲線可以看出，粉煤灰摻入量不大于20%時，3個強度等級的混凝土流動度均有不同程度的提高，當摻量大于20%時，曲線趨于平緩。這個顯現表明粉煤灰對流動度的改善在摻量小于20%時貢獻較大，大于20%時貢獻較小。但從總體趨勢來看，粉煤灰摻入對混凝土的流動性是有利的。主要影響因素為粉煤灰的物理活性。

3.2 粉煤灰摻量對混凝土強度的影響

根據表4中檢測結果，繪制圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9。

由圖4、圖5、圖6曲線可以看出，隨粉煤灰摻入量增大，C20混凝土的3個齡期的抗壓強度均呈下降趨勢，C30、C40混凝土抗壓強度下降不明顯，尤其后期強度基本不受影響，甚至個別測定值還略有提高。

由圖7、圖8、圖9曲線可以看出，隨粉煤灰摻入量增大，3個強度等級的混凝土早期的劈裂抗拉強度均呈明顯下降的趨勢，而后期沒有明顯的降低。

主要影響因素為粉煤灰化學活性和物理活性共同作用。

3.3 小結

①粉煤灰摻入量不大于20%時，粉煤灰摻入對混凝土的流動性是有利的。②粉煤灰摻入對混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度沒有明顯的不利影響。③摻入粉煤灰的混凝土易取60天齡期為評定依據。④低等級粉煤灰作為混凝土摻合料在混凝土中是可以利用的，摻量達到30%，對混凝土流動度和強度沒有明顯不利的影響。

4 結語

低等級粉煤灰在混凝土中應用是可行性，摻入一定量的低等級粉煤灰對混凝土的力學性能及工作性能均無不利的影響。在一定程度上有效地解決了優質粉煤灰資源緊張的問題，緩解了混凝土行業受摻合料制約發展緩慢的問題，降低了混凝土生產的材料成本，有效緩解了由粉煤灰引起的環境污染的問題。

參考文獻：

[1]錢覺時，王智，吳傳明.粉煤灰的礦物組成（中）[J].粉煤灰綜合利用，2001（2）.

[2]趙亞明，于濤.國內外粉煤灰品質評價綜述[J].房材與應用，2002，30（2）.

[3]劉金梅，盧忠遠，嚴云.低等級的研究現狀及進展[J].中國資源綜合利用，2008，26（6）.

[4]吳正直.粉煤灰房建材料的開發與應用[J].中國建材工業出版社，2003年1月.