超細粉煤灰應用技術及經濟效益分析

胡炘，劉志強，周杰，唐榮，梅婷

（西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

為了保護環境，走可持續發展道路，發展綠色循環經濟，作為燃煤發電廠廢棄物的粉煤灰，近年來已變廢為寶，在實際生產中得到廣泛推廣和應用，尤其在預拌混凝土行業，為了進一步提升利用效率，提高粉煤灰的活性，將粉煤灰進行超細化加工，使 45μm 的篩余小于 0.7%，形成超細粉煤灰。為了探尋粉煤灰超細化加工后對水泥和混凝土性能的影響以及最佳摻量，將超細灰和原狀灰分別摻入水泥和混凝土中進行試驗對比。

1 粉煤灰的四大功效

粉煤灰是目前預拌混凝土生產過程中常用的材料組分之一，它在混凝土中的四大功效：

（1）火山灰效應：摻合料中潛在活性物質與堿性物質反應生成水硬性物質。

（2）形態效應：由外觀形貌、表面性質、顆粒級配等產生的效應。

（3）微集料反應：粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細孔，改善混凝土孔結構和增大密實度的效應。

（4）界面效應：粉煤灰與水泥水化產生的 Ca(OH)2發生反應，減少了 Ca(OH)2的含量，改善界面過渡區結構，使漿體界面的粘結力增加。對改善混凝土的和易性、保水性、流動性，提高強度及長期耐久性都有極為重要的作用。

2 摻超細粉煤灰的 C30、C50 混凝土配合比設計

本次設計 C30、C50 高性能大摻量超細粉煤灰混凝土，采用西安市當地原材料進行試驗；對混凝土中不同摻量超細粉煤灰進行對比，從而分析不同摻量超細粉煤灰對混凝土抗壓強度等級的影響。找出合理摻量配制 C30、C50 性能大摻量超細粉煤灰混凝土。

2.1 原材料選擇

（1）水泥：選用堯柏實豐生產的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積 350m2/kg，標稠用水量 27%。

（2）粉煤灰：選用渭河電廠生產的超細Ⅰ級粉煤灰（以下簡稱超細粉），細度（45μm 方孔篩篩余）0.5%，需水量比 95%，燒失量為 3.1%。

選用渭河電廠生產的原狀Ⅱ級粉煤灰（以下簡稱粉煤灰），細度（45μm 方孔篩篩余）18%，需水量比 102%，燒失量為 2.8%。

膠凝材料的性能指標見表 1。

表1 膠凝材料的性能指標

（3）外加劑：選用陜西科之杰有限公司生產的聚羧酸泵送劑，含固量 10%，減水率 26%。

（4）骨料

粗骨料：戶縣碎石，粒徑 5～25mm，連續級配，含泥量 0.8%。細骨料：黑河中砂，細度模數 2.6，含泥量 1.8%。

2.2 確定配制強度

由于缺乏強度標準差統計資料，因此根據 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》表 4.0.2 選擇強度標準差為 5.0MPa。

計算結果：C30 混凝土配制強度不小于 38.3MPa，本試驗取 40MPa。

C50 混凝土配制強度不小于 59.9MPa，本試驗取 60MPa。

2.3 確定膠凝材料用量和超細粉、粉煤灰摻量

本設計，確定 C30 膠凝材料用量為 360kg，C50 膠凝材料用量為 500kg。根據 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》中表 3.0.5.1 的規定，并考慮西安當地原材料、應用部位和施工工藝等因素來考慮確定超細粉、粉煤灰摻量。

考慮當地水泥中混合材摻量為 10%～15%，所以混凝土中粉煤灰摻量建議不大于 20%，由于超細粉 28 天活性指數大于粉煤灰，所以超細粉摻量可以大于 20%。

表2 試驗方案

2.4 確定驗證配合比

由于外加劑中含有 85% 水分，調整后單方用水量為 160kg/m3，方案配合比見表 3 所示。

表3 方案配合比 kg/m3

3 驗證配合比物理性能

本次驗證試驗中，主要觀察混凝土的初始坍落度、1 小時混凝土坍落度損失及混凝土強度發展，見表 4。

表4 混凝土物理性能指標

通過試驗數據可以看出以下結論：

（1）在超細粉與粉煤灰摻量相同時，混凝土坍落度損失有改善現象，凝結時間沒有影響，說明超細粉的“滾珠”作用沒有發生變化。

（2）在超細粉與粉煤灰摻量相同時，摻超細粉的混凝土強度高于粉煤灰的混凝土強度，說明超細粉在經過磨細加工后，自身更加有利于和水泥的水化物產物發生反應。

（3）在超細粉摻量達到 30% 時，混凝土 28 天強度可以滿足試配要求，而且 60 天強度增長明顯，說明超細粉能很好地填充在水泥空隙中，使混凝土內部結構更加密實，混凝土強度發展明顯、耐久性更好。

（4）水泥用量不同，各強度等級中超細粉最大摻量不同。如 C30 混凝土中，超細粉最大摻量為 30%，C50 混凝土中，超細粉最大摻量 33%，說明在水泥用量增多的配合比中，要發揮超細粉的最大作用，一定要尋找最佳摻量，提高超細粉的“微珠”作用。

4 超細粉煤灰的經濟效益分析

（1）使用超細粉可提高粉煤灰的使用量。以 30%的摻量計算，混凝土每方中可以增加 30～50kg 用量。

（2）超細粉可以替代 30～50kg 水泥，從而直接降低混凝土單方成本 5～12 元。

（3）使用超細粉可降低 30～50kg 水泥的使用量，從而間接降低水泥廠二氧化碳排放量。

5 結論

合理科學地利用粉煤灰將對混凝土生產質量和經濟效益產生積極影響，而超細粉煤灰總體表現良好，無論是強度還是工作性均有所改善，使水泥的使用性能即混凝土質量得到提高。所以超細粉煤灰在混凝土中的應用，對應預拌混凝土質量的控制有非常大的提升。