煤矸石磨細灰的性能分析及在混凝土中的運用

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006）

1 煤矸石磨細灰應用背景

隨著混凝土需求量與日俱增，粉煤灰作為混凝土的重要摻合料之一，需求量也逐年上升，傳統粉煤灰已供不應求，導致市場上出現大量的劣質粉煤灰。劣質粉煤灰主要有磨細灰、脫硫灰、脫硝灰和浮黑灰，劣質粉煤灰使用不當將嚴重影響混凝土的質量。煤矸石是煤礦建設、煤炭生產過程中所排放出的固體廢棄物的總稱，煤矸石磨細灰是煤矸石煅燒后固體廢棄物經粉磨而成的，屬于一種較常見的、性能與傳統粉煤灰較接近的灰。由于我國是世界第一產煤大國，每年產生大量的煤矸石固體廢棄物，將煤矸石廢棄物再利用、變廢為寶成為當前研究的重點。

2 煤矸石磨細灰與傳統粉煤灰性能對比

2.1 顆粒形狀

通過400倍顯微鏡觀察，煤矸石磨細灰顆粒形狀不規則且有棱角，不含玻璃微珠，而傳統粉煤灰在顯微鏡觀察下能發現大量的玻璃微珠。顯微鏡觀察可以作為辨別傳統粉煤灰和磨細灰的快速手段之一。

2.2 在酸性溶液中的反應

在煤矸石磨細灰、傳統磨細灰和脫硫灰中分別加入草酸并充分攪拌，其中煤矸石磨細灰未見明顯氣泡，傳統粉煤灰未產生氣泡，而脫硫粉產生大量氣泡并有刺激性氣體產生，用pH試紙測顯酸性，因為煤矸石磨細灰和傳統粉煤灰不含或者含有較少的硫化物，而脫硫灰含有大量硫化物，遇酸反應產生大量的SO2氣體。

2.3 在熱水中的反應

在煤矸石磨細灰、傳統磨細灰和浮油灰中分別加入熱水并充分攪拌，其中煤矸石磨細灰和傳統粉煤灰溶液表面和杯壁未見黑色浮油，而浮黑灰則在溶液表面和杯壁上出現較多的黑色浮油。

2.4 煤矸石磨細灰的理化性能分析

對3個不同廠家生產的煤矸石磨細灰樣品進行理化性能檢驗，見表1。

表1 磨細灰的理化性能檢驗結果（%）

由結果比對發現，煤矸石磨細灰的理化性能如下：1）細度＞12.0%，＜30%，符合Ⅱ級粉煤灰的技術要求；2）需水量比符合Ⅱ級粉煤灰（≤105%）的技術要求且＜100%，拌制混凝土時用其取代一定量水泥可以起到降低混凝土單位用水量的效果；3）燒失量符合Ⅱ級粉煤灰（≤8.0%）的技術要求，說明煤矸石磨細灰的含碳量較低；4）含水量、三氧化硫符合粉煤灰的技術要求，說明煤矸石磨細灰對混凝土體積安定性和凝結時間不會產生較大影響；5）強度活性指數不符合粉煤灰（≥70.0%）的技術要求[1]，根據強度活性指數H（H=R/R0×100%，R為試驗膠砂28d抗壓強度,MPa，R0為比對膠砂28d抗壓強度，MPa），發現摻入煤矸石磨細灰的膠砂強度增長較緩慢，比傳統粉煤灰的效果差，從而說明煤矸石磨細灰含有火山灰活性成分極其有限，對混凝土后期強度增長作用較小。

通過對煤矸石磨細灰的幾種簡單鑒別方法和理化性能檢驗結果可知，煤矸石磨細灰在顯微鏡下未能觀察到玻璃微珠，顆粒形狀顯不規則且有棱角；和酸性溶液不產生氨氣；在熱水中未見黑色浮油；強度活性指數不符合≥70%粉煤灰的技術要求；細度、需水量比、燒失量、三氧化硫、含水量能夠滿足粉煤灰的技術要求。

3 煤矸石磨細灰在混凝土中的運用

3.1 原材料

1）水泥。選用建福牌P.O42.5水泥，3d抗壓強度25.0MPa，28d抗壓強度49.4MPa。

2）細集料。采用細度模數1.7的河砂和細度模數3.1的機制砂按50:50比例摻配而成的混合砂，其混合砂細度模數2.4，泥塊含量0.3%，MB值0.50，石粉含量3.0%，總壓碎值指標為13.1%。

3）粗集料。采用5～25mm連續粒徑的碎石，含泥量0.6%，泥塊含量0.2%，針片狀為7%，壓碎值為8.3%。

4）減水劑。采用緩凝型高性能減水劑，減水率27%，含固量16.38%，摻量為外摻膠凝材料用量的2.0%。

5）磨細灰。由煅燒煤矸石粉磨而成的磨細灰，細度19.4%，需水量比96%，燒失量5.64%，含水量0.5%，三氧化硫2.37%。

張雨生有不少雜文，關注的是貧富差距。《貧富差距的代際傳承》是他在這方面的代表作。中國富豪財富積累的時間超短，“富二代”就是“憑資本分配養育的一代”。張雨生說：“我想點明的是，在貧富差距的代際傳承中，政府需要擔當起調節這個差距的責任?！辈⑶揖唧w提出“政府應該不應該啟動遺產稅”的問題。與此文著重說“富”的一端不同，《向農民工深鞠一躬》說的是“貧”的一端，他說得擲地有聲：“若有人編著這個時期的史冊，沒有農民工的輝煌篇章，我敢說，那便缺失了創造歷史的主體。”他在新春前夕用“深鞠一躬”的方式，表達了對農民工的敬意。

6）拌合水：自來水。

3.2 混凝土配合比方案

3.2.1 基準配合比

見表2。

表2 基準配合比

3.2.2 試驗配合比

采用磨細灰取代部分水泥用量，分析取代率為5%、10%、15%、20%、25%的混凝土性能(表3)。

表3 試驗配合比

3.3 混凝土性能試驗結果

見表4。

表4 基準混凝土與試驗混凝土性能試驗結果

由表4可知：

1）當取代率在15%以內，混凝土坍落度隨著取代率的增大而增大，而當取代率超過20%，坍落度反而隨著取代率的增加而減小，這是由于煤矸石磨細灰的需水量比小于100%，取代水泥越多，原則上可以起到降低單位用水量的作用，增大混凝土流動性，但當取代率超過20%時，混凝土坍落度反而變小，因為煤矸石磨細灰顆粒形狀顯不規則且有棱角，具有一定的吸附能力，摻量超過一定范圍后混凝土顆粒組成不合理，部分漿體被吸附，導致混凝土坍落度降低。

2）混凝土坍落度1h經時變化量隨著取代率的增加逐步降低并趨于不變，這是由于隨著取代率的增加，水泥的用量逐漸降低，混凝土水化熱就越小，坍落度損失就越低，但當取代率達到一定時，混凝土水化熱對混凝土坍落度損失量不構成主要影響因素，坍落度損失趨于穩定。

3）隨著取代率的增加，混凝土抗壓強度逐漸減小，強度增長值先升后降。取代率在15%以內時，混凝土28d抗壓強度并無較大差距，取代率超過15%后，對混凝土強度有明顯影響。取代率為15%時，混凝土強度增長值最大，這由于煤矸石磨細灰本身無膠結作用，不產生強度，取代率越大，起到膠結作用的水泥越少，其混凝土強度也就越低，但當取代率在較合理范圍內時，一則由于煤矸石磨細灰能夠填充混凝土中其他材料無法填充的空隙，使混凝土更密實，從而增強混凝土強度，二則由于煤矸石磨細灰含有少量火山灰活性成分，有助于混凝土強度后期增長。

4）在混凝土中用煤矸石磨細灰取代水泥，取代率在0～25%，對混凝土抗滲性能不產生不良影響。

4 結語

煤矸石磨細灰與傳統粉煤灰各項指標基本一致，鑒別兩種不同灰的方法是：1）煤矸石磨細灰顆粒形狀在顯微鏡觀察下顯不規則且有棱角，未含有玻璃微珠；2）可以通過膠砂強度試驗，檢驗其強度活性指數，煤矸石磨細灰強度活性指數比傳統粉煤灰低。

在混凝土中用一定量煤矸石磨細灰取替水泥，不僅能夠將煤矸石變廢為寶，而且可以降低混凝土成本。取代率在15%時，其混凝土各項性能與純水泥混凝土幾乎一致。這為煤矸石磨細灰在混凝土中的運用提供了重要參考價值。