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摻高鈣粉煤灰用于水泥和混凝土的研究

    一、前言

    眾所周知,粉煤灰可廣泛應用于建筑、建材領域,節約大量不可再生資源。但近年來開始在環保要求較高的沿海地區火電廠推廣使用的低硫份、低灰份、高發熱量的神木煤后所形成的高鈣粉煤灰成色較差,f-CaO含量較高,易由于安定性問題給其在水泥和混凝土中應用帶來不利影響。

    本文主要研究上海地區鍋爐燃煤混燒所排放的高鈣粉煤灰在水泥、混凝土中的應用效果。用于水泥膠砂和混凝土中進行性能試驗的試樣均來自W、M、P三個電廠電除塵壓力罐處,其中電除塵一電場收集的灰樣模擬粗灰庫灰樣,電除塵二、三電場收集的灰樣模擬細灰庫灰樣,分別考察其在水泥、混凝土中的應用效果。

    二、試驗用原材料及性能

    2.1 水泥

    下述試驗采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸鹽水泥,其物理性能分析見下表。

表1:水泥物理性能

密度g/cm3

細度

80μm篩余%

比表面積m2/kg

凝結時間(h)

標準稠度用水量(%)

安定性

抗折強度(MPa)

抗壓強度

(Mpa)

初凝

終凝

3d

28d

3d

28d

3.15

0.3

341

1:43

2:39

26.00

合格

6.4

9.2

35.4

65.2

 

    2.2 粉煤灰

    A1灰,采用M電廠—電場灰樣

    A2灰:采用M電廠二、三電場灰樣

    B1灰:采用W電廠—電場灰樣

    B2灰:采用W電廠二、三電場灰樣

    C1灰:采用P電廠#1和#3粗灰庫的灰樣(源自一電場)

    C2灰:采用P電廠#2細灰庫的灰樣(源自二、三電場)

    上述五個灰樣的物理性能檢驗結果見表2。

表2:粉煤灰物理性能測試結果

項目

     編號

45μ篩余量(%)

需水量比(%)

f-CaO

(%)

安定性(mm)

含水率(%)

燒失量(%)

SO3

(%)

A1

18.9

101

2.49

4.3

0.3

2.01

0.95

A2

0.57

92

2.26

3.8

0.2

1.09

1.20

B1

23.2

103

2.50

3.9

0.3

2.79

0.54

B2

4.9

92

2.37

3.5

0.2

1.51

1.33

C1

16.4

99

2.44

4.6

0.2

1.45

1.31

C2

3.5

91

2.02

2.9

0.2

1.38

1.65

 

    表3列舉了上海市地方標準DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應用技術規程》中對高鈣粉煤灰的質量指標規定。

表3: DBJ08-230-98中對高鈣粉煤灰的質量指標規定

項目

質量指標

Ⅰ級灰

Ⅱ級灰

燒失量(%)

≤5

≤8

游離氧化鈣(%)

≤3.0

≤2.5

安定性(mm)

≤5

≤5

三氧化硫(%)

≤3

≤3

0.045mm細度(%)

≤12

≤20

需水量比(%)

≤95

<100

含水率(%)

≤1

≤1

 

    對照表2和表3,可以看出,在三次鍋爐燃煤混燒試驗中,W、M、P三個電廠二、三電場收集的細灰中粉煤灰的各項技術指標可以達到DBJ08-230-98規定的Ⅰ級高鈣粉煤灰要求,而一電場收集的粗灰中的粉煤灰則基本波動于Ⅱ級高鈣粉煤灰指標要求附近。

    2.3 細骨料

    粉煤灰用于水泥膠砂中的試驗研究采用標準砂。

    粉煤灰用于混凝土中的試驗研究采用中砂,細度模數μf=2.3,含水率3.8%,符合JGJ52-92標準。

    2.4 粗骨料

    碎石,5-31.5mm連續級配,堆積容重1440kg/m3,平均含泥0.2%,平均泥塊含量0%,符合JGJ53-92標準。

    2.5外加劑

    ZK901 普通減水劑,上海住總—建科化學建材有限公司生產,減水率12%,ZK904高效減水劑,上海住總—建科化學建材有限公司,減水率18%。

 

    三、高鈣粉煤灰用于水泥砂漿的試驗研究

    3.1 高鈣粉煤灰對于水泥膠砂強度的影響

    表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六種混燒粉煤灰在水泥砂漿中的使用效果,水泥砂漿成型根據GB177-85,以等流度控制(流動度控制在130±5mm),根據粉煤灰在不同摻量下的需水量調整水泥膠砂成型用水量。

    根據表4可以分析

    ① A1、B1灰(即模擬粗灰庫中的灰樣)和C1灰(粗灰庫中的灰樣)在水泥砂漿中的使用效果相近,當其摻入水泥砂漿時,可引起水泥砂漿抗壓、抗折強度一定程度的下降,摻量越大,下降程度愈甚,當摻量為10%時,砂漿抗壓強度較基準下降10%左右,而摻量至20%、30%時,其下降程度可達15%—20%。

    ② A2、B2(即模擬細灰庫中的灰樣)和C2灰(細灰庫中的灰樣)在水泥砂漿中的使用效果相近,其摻量在10%,各齡期強度與基準基本相近,當摻量達到20%-30%時,早期強度有些微下降,后期較基準還有所提高。

    ③ 細灰庫的混燒粉煤灰減水效果明顯,早期及后期強度效應均有較好體現。

表4:粉煤灰在水泥膠砂中的試驗分析

粉煤灰編號

摻量

(%)

抗折強度(MPa)

抗壓強度(MPa)

3d

7d

28d

60d

3d

7d

28d

60d

基準

0

7.9

8.4

9.7

10.1

44.1

57.9

70.4

73.2

A1

10

20

30

7.5

7.0

5.9

7.7

7.3

6.2

8.2

7.9

7.1

9.6

9.6

2.9

40.6

35.8

33.0

49.2

40.1

43.1

59.9

52.8

44.6

64.7

54.6

51.7

A2

10

20

30

7.8

7.2

6.9

8.2

8.0

7.3

9.9

10.0

9.5

10.2

11.2

10.6

43.6

40.7

39.2

58.7

56.2

48.9

72.0

71.9

68.9

79.4

74.3

71.0

B1

10

20

30

7.3

6.4

4.8

7.9

6.9

6.0

8.4

7.6

7.2

9.2

8.8

8.8

39.3

33.0

31.4

45.7

39.8

40.6

59.4

50.2

49.8

66.7

59.3

66.6

B2

10

20

30

7.9

7.0

7.0

8.3

8.0

7.9

9.7

9.9

10.0

11.1

12.0

11.9

44.1

43.7

40.6

59.4

58.2

59.1

73.0

72.5

75.0

79.6

77.4

80.0

C1

10

20

30

7.4

7.1

5.6

7.9

7.5

6.8

8.3

7.9

7.9

9.0

9.2

8.9

41.2

36.1

35.0

49.9

42.2

39.9

60.2

53.6

49.9

67.1

60.1

54.9

C2

10

20

30

8.0

7.2

7.3

8.4

8.1

7.9

9.9

10.0

10.2

11.4

11.9

11.9

45.7

43.2

41.0

60.0

59.9

59.7

74.2

74.5

79.6

79.4

80.0

81.2

  

    3.2 不同摻量條件下,高鈣粉煤灰對水泥漿體體積安定性的影響

    圖1和圖2反映了A1灰摻量為5% ~ 30%條件下、 A2灰摻量為5% ~ 50%條件下時粉煤灰—水泥漿體安定性的影響規律,可見兩條曲線的變化規律—致,即雷氏夾的體積膨脹在粉煤灰摻量為10% ~ 25%時有明顯變化,但在其摻量范圍內,其最大雷氏夾膨脹量均在5.0mm以下,故水泥——粉煤灰漿體體積安定性合格。

        圖1:

        圖2:

 

    四、混燒粉煤灰用于混凝土的試驗研究

    4.1  P電廠粉煤灰樣品在混凝土中的試驗研究

    因取樣關系,本部分內容就C2灰在混凝土中直接摻用的使用效果做了研究。

    根據C2粉煤灰的物理性質分析,該粉煤灰屬I級高鈣粉煤灰,其細度較小,需水量比較小,減水效果明顯,活性效應十分明顯,故考慮用其以取代系數為1.0的條件替代水泥,制備混凝土。

    表5列舉了用C2粉煤灰制備的C20—C50系列混凝土配比和強度測試結果。

                           表5:混凝土配比和強度測試結果

混凝土設計

強度等級

混凝土配合比(kg/m3

砼坍落度(mm)

砼抗壓強度(MPa)

水泥

粉煤灰

外加劑

7d

28d

60d

C20

基準

175

300

-

827

1097

Zk901 0.8%

170

23.1

28.9

30.0

摻FA

170

255

45(15%)

827

1097

Zk901 0.8%

175

20.2

25.4

29.3

C25

基準

175

310

-

823

1091

Zk901 0.8%

170

26.9

31.7

35.4

摻FA

170

264

46(15%)

823

1091

Zk901 0.8%

175

23.2

30.6

33.7

C30

基準

175

330

-

816

1040

Zk904 1.0%

180

31.1

36.3

40.7

摻FA

170

264

66(20%)

816

1040

Zk904 1.0%

185

28.9

34.7

42.9

C35

基準

175

342

-

805

1067

Zk904 1.0%

180

37.1

43.2

46.7

摻FA

170

274

68(20%)

805

1067

Zk904 1.0%

180

32.9

41.8

49.4

C40

基準

175

386

-

774

1068

Zk904 1.0%

180

37.4

44.8

49.5

摻FA

170

270

116(30%)

774

1068

Zk904 1.0%

190

33.0

44.1

49.7

C50

基準

175

442

-

732

1054

Zk904 1.0%

180

44.3

53.2

61.6

摻FA

165

309

133(30%)

732

1054

Zk904 1.0%

185

27.9

52.7

65.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    根據表5,可得到:

    ①P電廠#2細灰庫粉煤灰可用于C20 ~ C50普通混凝土配制,該粉煤灰具有一定的減水效果和同水泥相當的膠凝效力,可以1:1取代15% ~ 30%的水泥。

    ② 表5中各系列配比通過28天強度驗證,均達到設計要求。

    ③ 隨混凝土設計強度等級變大,膠凝材料用量增多,可相應提高該粉煤灰在混凝土中的摻量。

    五、結論

    1、根據W、M和P電廠的抽樣分析可知,粗灰庫中灰樣性能基本波動于DBGJ08-230-98規定的Ⅱ級高鈣性能指標附近,尤其是其f-CaO和安定性指標合格,細灰庫中灰樣性能指標可以達到DBJ08-230-98規定的Ⅰ級高鈣灰性能指標。

    2、水泥——粉煤灰凈漿試驗結果表明,在合理摻量條件下,混燒灰樣不會引起安定性不良的現象產生。

    3、細灰庫中粉煤灰減水效果明顯,且具一定的膠凝效力,可以1:1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。

    4、經合理級配,粗灰庫中灰樣也可以用于混凝土的配制。但在工程實際應用中,對游離氧化鈣和安定性超標的粉煤灰,仍需非常謹慎,并嚴格控制。或通過后加工,經系統試驗鑒定,體積安定性合格,并對混凝土強度、和易性及耐久性確實無不利影響,可考慮出廠使用。

編輯:

監督:0571-85871667

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