乙二醇苯醚提升粉煤灰混凝土性能穩(wěn)定性的研究

王霞，陳琴

（1. 江蘇美贊建材科技有限公司，江蘇 淮安 223045；2. 徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

隨著國家能源政策的調(diào)整和環(huán)保措施的加強(qiáng)，火力發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的比例逐漸下降，粉煤灰迅速從無人問津的固體廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)榫o俏的水泥混合材及混凝土摻和料。上世紀(jì) 90 年代，電廠輸送粉煤灰給建材企業(yè)是需要付費(fèi)的，而現(xiàn)在粉煤灰價(jià)格一路攀升，且市場供應(yīng)量嚴(yán)重不足，粉煤灰采購困難已成為混凝土企業(yè)普遍面臨的問題。在此背景下，許多小型燃煤企業(yè)的劣質(zhì)粉煤灰以及上世紀(jì)灰壩中的囤積灰通過烘干、粉磨等工藝，填充了粉煤灰市場供應(yīng)的部分缺口，而技術(shù)及設(shè)備的落后導(dǎo)致煤燃燒不充分是小型燃煤企業(yè)存在的普遍問題。燒失量波動(dòng)大、碳含量不穩(wěn)定已成為當(dāng)前粉煤灰市場的新常態(tài)[1]。

粉煤灰中未燃盡的碳粒屬于多孔的活性炭，具有較強(qiáng)的吸附作用，應(yīng)用于混凝土?xí)r，其有害表現(xiàn)主要為對外加劑中的引氣組分有很強(qiáng)的吸附作用，使混凝土的工作性能和抗凍融性能難以滿足要求，若通過增加引氣劑用量來彌補(bǔ)，一旦粉煤灰中碳含量下降，將導(dǎo)致混凝土含氣量過高，強(qiáng)度大幅度下降[2-3]。

活性炭對于芳香族化合物具有優(yōu)先吸附的特性，在工業(yè)廢水的處理中已得到廣泛的應(yīng)用（活性炭對廢水中的芳香族化合物去除率可達(dá) 97% 以上）[4]。在眾多的芳香族化合物中，乙二醇苯醚具有毒性低、溶解性好、對活性炭吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，是抑制活性炭吸附的優(yōu)良有機(jī)試劑。本文通過試驗(yàn)研究乙二醇苯醚對燒失量波動(dòng)大的粉煤灰混凝土工作性能及力學(xué)性能的穩(wěn)定作用，提升混凝土的工作性、強(qiáng)度以及耐久性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

（1）乙二醇苯醚：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

（2） 水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥，28d 強(qiáng)度52.3MPa，密度 3070kg/m3。

（3）粉煤灰 A：國華Ⅱ級灰，45μm 方孔篩篩余11%，燒失量 1.8%，需水量比 97%。

（4）粉煤灰 B：磨細(xì)灰，45μm 方孔篩篩余 10%，燒失量 8.3%，需水量比 106%。

（5）粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.3%。

（6）細(xì)骨料：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量1.4%。

（7）減水劑：PCA-1（蘇博特），固含量 20%，減水率 25%。

（8）引氣劑：竹本油脂 CHUPOL AE-200，含固量25%，摻量為膠凝材料質(zhì)量的 0.001%～0.003% 時(shí)可提高 1% 的含氣量。

1.2 試驗(yàn)方法

分別應(yīng)用 A、B 兩種粉煤灰配制同配比混凝土（試驗(yàn)配比如表 1 所示），僅調(diào)整引氣劑的用量，測試混凝土工作性能和力學(xué)性能。為了凸顯粉煤灰品質(zhì)對混凝土性能的影響，將粉煤灰占膠凝材料的比例設(shè)定為 40%；此后針對含碳量高的粉煤灰 B 配制的混凝土，引入乙二醇苯醚，通過混凝土性能表征測試其對碳顆粒的吸附抑制效果；測試均按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》執(zhí)行。

表 1 試驗(yàn)用混凝土配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰含碳量對混凝土引氣性能的影響

針對含碳量差異較大的兩種粉煤灰，通過調(diào)整引氣劑的摻量，測試混凝土的含氣量、初始坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失和 28d 抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。

表 2 粉煤灰含碳量對混凝土引氣性能的影響

由表 2 可以看出，對于含碳量較低的粉煤灰 A，通過調(diào)整引氣劑的用量可以有效的調(diào)整混凝土的含氣量，當(dāng)引氣劑摻量低于 0.005% 時(shí)，混凝土含氣量適中，工作性能改善，力學(xué)性能穩(wěn)定，當(dāng)引氣劑摻量高于0.005% 時(shí)，混凝土引入氣量過高，28d 抗壓強(qiáng)度大幅度下降。而對于含碳量較高的粉煤灰 B，小劑量的引氣劑摻入對混凝土含氣量幾乎沒有影響，當(dāng)引氣劑摻量達(dá)到0.02% 時(shí)，混凝土含氣量僅增加 1%，通過引氣劑改善混凝土工作性能的技術(shù)手段近于失效。由于碳顆粒較強(qiáng)的吸附作用，混凝土坍落度損失較快，對工程施工造成不良影響。

2.2 乙二醇苯醚對碳吸附的抑制所用

針對含碳量較高的粉煤灰 B，設(shè)定乙二醇苯醚摻量為膠凝材料總量的 0.01%，參照表 2 的試驗(yàn)調(diào)整引氣劑用量，測試混凝土的含氣量、初始坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失和 28d 抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

表 3 乙二醇苯醚對碳吸附的抑制作用

由表 3 可以看出，乙二醇苯醚以 0.01% 的摻量引入混凝土后，即使對于含碳量高達(dá) 8.3% 的粉煤灰 B，亦可通過調(diào)整引氣劑用量有效調(diào)控混凝土的含氣量，對比表 2 中粉煤灰 A 的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)加入乙二醇苯醚后，粉煤灰 B 的性能與粉煤灰 A 的性能相當(dāng)，說明乙二醇苯醚的優(yōu)先吸附作用，屏蔽了碳顆粒對引氣劑的吸附，使用含碳量較高的粉煤灰 B 亦可配制出工作性能優(yōu)良的混凝土。

2.3 乙二醇苯醚對混凝土性能的穩(wěn)定作用

將引氣劑和乙二醇苯醚摻量皆固定為 0.01%，通過調(diào)整 A、B 兩種粉煤灰的比例來調(diào)整粉煤灰的含碳量，檢測在乙二醇苯醚引入后，混凝土工作性能及力學(xué)性能的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

表 4 乙二醇苯醚對混凝土性能的穩(wěn)定作用

由表 4 可以看出，在乙二醇苯醚摻入混凝土后，粉煤灰的含碳量即使大幅度波動(dòng)，混凝土的引氣量依然穩(wěn)定在 7% 左右（引氣劑摻量固定為 0.01%），混凝土的工作性能與力學(xué)性能不再因?yàn)樘嘉降挠绊懏a(chǎn)生大幅度的波動(dòng)。乙二醇苯醚對碳顆粒的優(yōu)先吸附作用提升了混凝土的工作性能和力學(xué)性能的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰中的碳顆粒對引氣劑有較強(qiáng)的吸附作用，當(dāng)粉煤灰含碳量過高時(shí)，通過引氣劑改善混凝土工作性能的技術(shù)手段近于失效，混凝土坍落度損失較快，對工程施工造成不良影響。

（2）乙二醇苯醚對粉煤灰中的碳顆粒具有優(yōu)先吸附作用，屏蔽了碳顆粒對引氣劑的吸附，使用含碳量較高的粉煤灰亦可配制出工作性能優(yōu)良的混凝土。

（3）乙二醇苯醚對碳顆粒的優(yōu)先吸附作用穩(wěn)定了混凝土中的含氣量，提升了混凝土的工作性能和力學(xué)性能的穩(wěn)定性。