乙二醇苯醚提升粉煤灰混凝土性能穩定性的研究

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整和環保措施的加強，火力發電在能源結構中的比例逐漸下降，粉煤灰迅速從無人問津的固體廢棄物轉變為緊俏的水泥混合材及混凝土摻和料。上世紀 90 年代，電廠輸送粉煤灰給建材企業是需要付費的，而現在粉煤灰價格一路攀升，且市場供應量嚴重不足，粉煤灰采購困難已成為混凝土企業普遍面臨的問題。在此背景下，許多小型燃煤企業的劣質粉煤灰以及上世紀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的部分缺口，而技術及設備的落后導致煤燃燒不充分是小型燃煤企業存在的普遍問題。燒失量波動大、碳含量不穩定已成為當前粉煤灰市場的新常態[1]。

粉煤灰中未燃盡的碳粒屬于多孔的活性炭，具有較強的吸附作用，應用于混凝土時，其有害表現主要為對外加劑中的引氣組分有很強的吸附作用，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，一旦粉煤灰中碳含量下降，將導致混凝土含氣量過高，強度大幅度下降[2-3]。

活性炭對于芳香族化合物具有優先吸附的特性，在工業廢水的處理中已得到廣泛的應用（活性炭對廢水中的芳香族化合物去除率可達 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、對活性炭吸附性強等特點，是抑制活性炭吸附的優良有機試劑。本文通過試驗研究乙二醇苯醚對燒失量波動大的粉煤灰混凝土工作性能及力學性能的穩定作用，提升混凝土的工作性、強度以及耐久性。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）乙二醇苯醚：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

（2） 水泥：淮海中聯 P·O42.5 水泥，28d 強度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）細骨料：Ⅱ區中砂，細度模數 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%，摻量為膠凝材料質量的 0.001%～0.003% 時可提高 1% 的含氣量。

1.2 試驗方法

分別應用 A、B 兩種粉煤灰配制同配比混凝土（試驗配比如表 1 所示），僅調整引氣劑的用量，測試混凝土工作性能和力學性能。為了凸顯粉煤灰品質對混凝土性能的影響，將粉煤灰占膠凝材料的比例設定為 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方法》和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學試驗方法》執行。

表 1 試驗用混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結果與討論

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、坍落度經時損失和 28d 抗壓強度，試驗結果如表 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，通過調整引氣劑的用量可以有效的調整混凝土的含氣量，當引氣劑摻量低于 0.005% 時，混凝土含氣量適中，工作性能改善，力學性能穩定，當引氣劑摻量高于0.005% 時，混凝土引入氣量過高，28d 抗壓強度大幅度下降。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，當引氣劑摻量達到0.02% 時，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手段近于失效。由于碳顆粒較強的吸附作用，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 的試驗調整引氣劑用量，測試混凝土的含氣量、初始坍落度、坍落度經時損失和 28d 抗壓強度，試驗結果如表 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 8.3% 的粉煤灰 B，亦可通過調整引氣劑用量有效調控混凝土的含氣量，對比表 2 中粉煤灰 A 的數據，不難發現加入乙二醇苯醚后，粉煤灰 B 的性能與粉煤灰 A 的性能相當，說明乙二醇苯醚的優先吸附作用，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良的混凝土。

2.3 乙二醇苯醚對混凝土性能的穩定作用

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

表 4 乙二醇苯醚對混凝土性能的穩定作用

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，混凝土的引氣量依然穩定在 7% 左右（引氣劑摻量固定為 0.01%），混凝土的工作性能與力學性能不再因為碳吸附的影響產生大幅度的波動。乙二醇苯醚對碳顆粒的優先吸附作用提升了混凝土的工作性能和力學性能的穩定性。

3 結論

（1）粉煤灰中的碳顆粒對引氣劑有較強的吸附作用，當粉煤灰含碳量過高時，通過引氣劑改善混凝土工作性能的技術手段近于失效，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良的混凝土。

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