粉煤灰混凝土的技術性能及經濟分析

摘　要:表述了粉煤灰的組成和性能,以及摻粉煤灰對混凝土的和易性、強度、絕熱溫升、干縮變形、耐久性及鋼筋銹蝕性能等的影響,并分析了粉煤灰混凝土的經濟性。

關鍵詞:粉煤灰; 混凝土技術性能; 經濟性

中圖分類號: TU528. 2 文獻標識碼: A

　　隨著建筑業的飛速發展,粉煤灰混凝土是在現代混凝土技術的新潮流中發展起來的一種經濟的改性的混凝土。特別是摻粉煤灰的泵送混凝土更是受到廣泛的關注。應用粉煤灰的活性不僅可以減少水泥用量,降低混凝土的生產成本,顯著地改善混凝土的工作性能,使其具有良好的工作性,同時消除環境污染,減少能源消耗等方面有著非常重要的經濟意義和社會意義。

　　用優質的粉煤灰等量或超量取代水泥,一方面可以降低企業的生產成本,另一方面可以改善混凝土的工作性、耐久性。其工作機理主要表現在:

　　(1)粉煤灰是由大小不等的球狀玻璃體組成,表面光滑致密,加入混凝土中可以起到圓球的作用,新拌制混凝土中水泥顆粒容易積聚成團,粉煤灰的摻入可有效分散水泥顆粒,使水泥水化更充分,釋放出更多的水泥漿體來潤滑骨料,這就是我們常說的粉煤灰微粒的“滾珠軸承”和“解絮”擴散行為。如果同時加入高效減水劑,可使混凝土的水灰比降到更低,能減少其泌水和離析,提高水泥漿的密實度,使混凝土具有良好的保水性和工作性,有利于泵送施工。

　　(2)火山灰混合效應,粉煤灰顆粒與水泥中的Ca (OH) 2 反應,使粉煤灰顆粒與水泥漿體的界面膠合,對水泥漿體和骨料的界面起致密作用,同時能消除大量的化學性質不穩定的Ca (OH) 2 ,能有效地提高混凝土的密實度和耐久性。

　　(1)水泥: 采用萬年青普通硅酸鹽水泥( 42. 5級) ,其物理力學性能如表1所示。

表1　水泥物理力學性能

　　( 2 ) 砂: 江西貴溪信江中砂,細度模數μf =2. 68,屬II區級配,見表2。

表2　普通混凝土用砂顆粒級配

　　
　　(3)石子:江西貴溪信江5～40mm連續級配卵石,見表3。

表3　普通混凝土用卵石顆粒級配

　　(4)粉煤灰:江西貴溪電廠II級粉煤灰。用掃描電鏡觀察表明,粉煤灰是由多種不同性狀的顆粒機械混合的粒群,從形貌上可將粉煤灰中的顆粒大致分為:珠狀顆粒;渣狀顆粒;碎屑;粘聚顆粒等四種顆粒。其中80%以上的是玻璃微珠和多孔玻璃體。其化學成份和物理性能如表4,表5所示。

　　(1)普通混凝土配合比設計規程JGJ55 - 2000;

　　(2)粉煤灰混凝土應用技術規程GBJ146 - 90;

　　(3 ) 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥GB175 -1999;

　　(4)水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法GB /T17671 - 1999;

　　(5 ) 水泥細度檢驗方法( 80μm 篩分析法)GB1345 - 91;

　　(6)普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法JGJ52 - 92;
　　(7)普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法JGJ53 - 92;

　　(8)普通混凝土拌合物性能試驗方法標準GB /T50080 - 2002;

　　(9)普通混凝土力學性能試驗方法標準GB /T50081 - 2002;

　　(10)普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法GBJ82 - 85;

　　(11)混凝土外加劑GB8076 - 1997。

5. 1　粉煤灰混凝土拌合物的和易性和強度

　　試驗時基準混凝土按C50進行配合比設計,混凝土拌合物的坍落度控制在10～30mm;單摻FDN高效減水劑混凝土的配合比與基準混凝土相同;雙摻FDN高效減水劑和粉煤灰混凝土配合比采用超量取代法,用水量與基準混凝土相同,粉煤灰取代水泥率為25% ,超量系數為1. 2 。試驗結果如表7所示。

表7　混凝土配合比及試驗結果

　　由表7中可以看出, 雙摻FDN高效減水劑和粉煤灰混凝土的坍落度比單摻FDN高效減水劑混凝土的坍落度增大25mm, 坍落度經時損失要少得多, 這說明粉煤灰對混凝土拌合物具有一定的塑化作用, 顯著降低拌合物的屈服剪切應力, 并能有效地減少混凝土拌合物坍落度的經時損失, 這對于遠距離運送的混凝土保持可泵性具有良好的作用。對強度而言, 由于粉煤灰的活性比水泥低, 所以摻粉煤灰的混凝土在28d內強度有所降低, 但28d后粉煤灰活性會逐漸得到發揮, 其60d強度超過基準混凝土和單摻FDN高效減水劑混凝土, 說明粉煤灰具有潛在的后期增強能力。

5. 2　混凝土的絕熱溫升

　　試驗時采用600 ×600 (mm)組合鋼模板,內襯50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料(導熱系數λ = 0. 041W /m·K) ,兩種配合比的混凝土入模溫度為19℃,向模中澆注混凝土時安裝熱電偶,人工插搗密實后,表面覆蓋50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料,并用蠟密封,然后分別測定1d、3d和7d的絕熱溫升,其測定結果如表8所示。從表8中的測定結果可以看出,在混凝土中摻加25%粉煤灰后, 1～3d的絕熱溫升要比混凝土(序號1)低7℃左右,說明粉煤灰對于降低水泥的水化熱溫升是有效的。

表8　混凝土絕熱溫升試驗結果

5. 3　粉煤灰混凝土的干縮變形

　　國外的系統測試資料表明, 粉煤灰混凝土的塑性收縮和硬化早期收縮都比基準混凝土的略小, 其極限收縮值約為540 ×10- 6 ～720 ×10- 6 , 也低于基準混凝土。英國在實際工程中對粉煤灰混凝土干縮性的長期測定發現, 截面很薄的粉煤灰混凝土構件, 早期的干縮率比普通混凝土為低, 2年后的收縮值與普通混凝土相似, 混凝土的抗裂性主要取決于混凝土早期的干縮值大小, 所以, 在混凝土中摻加一定數量的粉煤灰能提高混凝土的抗裂度。

5. 4　粉煤灰混凝土的耐久性

　　在粉煤灰混凝土硬化過程中,粉煤灰能有效地減少混凝土內部溫升和硬化初期的收縮,從而有利于混凝土內部結構的形成。粉煤灰的活性效應和微骨料效應使化學性質不穩定的Ca (OH) 2 形成水硬性的膠凝物質,既能“細化”孔隙和堵塞毛細孔通道,又能提高混凝土抗拉應變能力,使粉煤灰對混凝土具有明顯的“免疫效應”。許多研究資料表明,粉煤灰的效應充分發揮以后,粉煤灰混凝土強度會在后期較大提高,而耐久性則會成倍提高。由于混凝土的滲透性與其耐久性之間存在密切的關系,國內的有關資料顯示:大幅度提高混凝土的抗滲性是改善其耐久性的關鍵,所以我們通過測定混凝土的抗滲性來評價粉煤灰對混凝土耐久性的影響。試驗結果如表9所示。

表9　粉煤灰對混凝土抗滲性的影響

5. 5　鋼筋銹蝕性能

　　摻加粉煤灰混凝土的鋼筋銹蝕問題,根據有關國家資料表明,采用硅酸鹽水泥摻入一定量的粉煤灰后,其pH值保持在11. 8以上,均不會使鋼筋的鈍化膜遭到破壞。我們作了大量的試驗,結果見表10,表中數據表明,摻加不同的粉煤灰后, pH值均在11. 8以上,而且變化幅度不大。

表10　不同摻量粉煤灰混凝土的堿濃度

　　我們又將鋼筋埋入不同摻量粉煤灰混凝土內,以高濃度CO2 氣體(濃度為60%～70% )強制碳化,并使碳化層超過鋼筋混凝土的保護層,直至鋼筋四周,比較不同摻量粉煤灰對鋼筋的銹蝕情況,試驗結果見表11。

　　從表11數據可以看出,采用不同的粉煤灰摻量,經過鋼筋實測的銹蝕性能試驗結果表明,在摻與不摻粉煤灰混凝土強度相等時,鋼筋的重量損失值和鋼筋的銹蝕面積百分率平均比基準混凝土的實測值小。

　　(1)能節約15% ～35%的水泥,從而減少大量能源消耗。

　　(2) 現今已不再認為砂、石是取之不盡, 用之不竭的資源, 用超量取代法配制混凝土可節約用砂10%～15% , 這對于減少不可再生資源的消耗,維持生態平衡和國民經濟可持續發展具有重要的現實意義。

　　(3) 粉煤灰的產量巨大, 僅貴溪電廠粉煤灰的年產量就可達20萬t, 造成環境的巨大污染, 并制約電廠的發展。由于目前混凝土的生產量巨大,如果能合理地利用粉煤灰, 那么由此能消耗大量的粉煤灰, 這對于保證能源工業的可持續發展具有非常重要作用。

　　(1)粉煤灰是一種能造成環境重大污染的工業廢渣,但是它更是一種具有潛在技術經濟性的資源;

　　(2)在混凝土中摻加粉煤灰具有良好的技術經濟效益和社會效益;

　　(3)用優質的粉煤灰等量或超量取代水泥,還有許多未知領域沒有涉及,比如ISO新標準水泥摻粉煤灰的泵送混凝土水膠(灰)比與混凝土強度之間的關系,還有待于我們通過大量的試驗工作進行探討。

 

Techn ica l Performance of Coa l Powder Concrete and its Econom ic Ana lysis

L IMe i - qun(China N o. 15 M etallurgical Construction Com pany, Huangshi, Hubei 435000, China)

Abstract: This article describes the composition and performance of coal powder, the impacts of coal powder to amiability,strength, absolute temperature rise, shrink and deformation, duration of concrete and anti - erosion of reinforcing steel bars. Analysison economics of coal powder concrete is conducted.

Key words: Coal powder; concrete’d technical performance; economics