粉煤灰的主要来源是火力电厂以煤碳粉为燃料,经过燃烧后干法排灰得到的产物,以硅酸盐和铝硅酸盐为主,是我国现阶段工业排渣较大的行业之一,,大量的粉煤灰排放均采用填埋处置,品质较好的粉煤灰被用作各类建材的原材料,利用率不足,无序排放大量的粉煤灰,如不加处理,就会产生扬尘,污染大气,同时影响地下水系,有毒化学物质还会对人民群众的健康造成危害。因此怎样将粉煤灰有效地处理和利用已成为人们广泛关注的议题。近年来优质粉煤灰在预拌混凝土的大量运用,不仅大大改善混凝土的工作性、力学性能、抗裂抗渗性能及耐久性能,还节约了大量的水泥,变废为宝成为绿色混凝土生产中重要的组分。本文从粉煤灰的本质及粉煤灰在预拌混凝土中应用的特性规律出发,浅谈粉煤灰在预拌混凝土中的应用相关技术要点。

  煤粉在电厂高温燃烧后生产粉煤灰,温度急剧下降,极大的温差使其具有一定的火山灰效应,主要物理形态为玻璃体,表面光滑、颗粒细、质地紧密、对水的吸附力小,同时存在的形态还有石英、赤铁矿、碳、云母、长石、石膏、硫化物等矿物的形式,主要化学成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3,以及未燃烧尽的炭粒,SiO2含量为40%~60%;Al2O3含量为20%~30%;Fe2O3含量为5%~10%;CaO含量2%~8%,SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分。粉煤灰本身并无与水泥类似的胶凝性能,但如果在液相中存在碱性离子,其便会发生硅碱反应,混凝土中因水泥水化产生Ca(OH)2物质,粉煤灰会与其产生硅钙水化反应,生成水硬性物质。

  世界上最早把粉煤灰有效地应用在混凝土中约在20世纪70年代,如美国佛罗里达州的阳光高架桥、英国的Garwick机场停机坪、加拿大哈利佛克斯的帕克林购物中心等国外工程实例,我国在20世纪80年代也在逐步的开始将粉煤灰添加到混凝土中,国家相应规范在90年代也相续出台,21世纪初,我国预拌混凝土的蓬勃发展,在2006年后,粉煤灰在预拌混凝土中的应用已经非常普遍,成了高性能混凝土生产中不可或缺的重要活性掺和料,掺加的方法有替代水泥法、超掺法、代砂法、双掺法及化学法。特别是2017年《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2017)的颁布出台,对提出粉煤灰的技术指标提出了更高的要求,同时界定了生活垃圾飞灰、工业固废焚烧灰、流化床处理灰不能用作水泥或混凝土的掺合料。

  粉煤灰在预拌混凝土中的作用主要集中在四个方面:火山灰效应、滚珠形态效应、微集料填充效应、界面效应。

  (1)火山灰效应:燃烧产生粉煤灰的电厂炉膛温度1200℃~1350℃,部分无烟煤电厂炉膛达到1600℃,在此高温下经热交换、脱硫脱硝后,粉煤灰温度在15min内迅速降为100℃左右,由于温差较大、降温时间较短,粉煤灰颗粒产生了类似火山喷发产生火山灰一样的特性。水泥的水化反应产生CH的过程为C2S+mH→CSH+(2-x)CH;C3S+nH→CSH+(3-x)CH,CH+S→C-S-H,水泥水化产生的碱性物质是粉煤灰水化的必然条件,而粉煤灰的细度、玻璃体含量、表面形态等都会影响到粉煤灰水化的速度或水化程度。

  粉煤灰的水化特性在早期要远远慢于水泥水化,粉煤灰的活性7d以后才能逐渐表现来,反应率28d为1.5%~5.5%,90d为8%~13%,180d为15%~19%之间。故掺加粉煤灰的混凝土早期强度略低,但其后期强度的不断缓慢增长也是对混凝土的发展是有利的,不仅弥补了后期水泥水化的部分空气,而且降低了混凝土中的Ca(OH)2量值,提高了混凝土的耐久性。此效应对早期水化热较大的大体积混凝土、高强混凝土的配制意义重大,不仅保证混凝土最终强度,也可减少混凝土温度裂缝。

  (2)滚珠形态效应:是由粉煤灰外观形貌成球形、表面性质光滑、颗粒级配粗细搭配等使混凝土胶料形成的浆体易流、易动的运动效应,同时能降低混凝土的用水量,减少混凝土中水泥早期水化的黏絮状态,最终改变混凝土的初始结构,提高混凝土性能。特别是提高强度等级高的预拌混凝土拌合物和易性十分有利。粉煤灰中的球形颗粒含量较高时,可增大混凝土的流动性。矿中尖角状颗粒含量很多,易导致混凝土泌水。如近年来,全国各地均有使用超细或特细粉煤灰作为混凝土的物理降粘剂,效果也十分明显。在粉煤灰滚珠形态效应方面特别要注意的是品质较差的粉煤灰二次磨细处理或玻璃体较少的其它粉煤灰对混凝土是有害的。

  (3)微集料效应:粉煤灰颗粒微观形态呈多孔型蜂窝状组织,比表面积较大,颗粒的粒径范围为0.5~300μm。并且珠壁具有多孔结构,孔隙率高达50%~80%。粉煤灰的烧失量越低、颗粒细度越细,表面形态越光滑、球形越多、孔隙率越低,其微细颗粒均匀分布在水泥浆内,有效地填充毛细孔,改善混凝土孔结构和增大浆体密实度。特别是在地下水存在腐蚀性的地下混凝土的技术应用领域,通常通过掺加粉煤灰来改善孔结构,提高密实度来使混凝土具有更强的抗渗性与抗Cl-的侵蚀能力,提高混凝土的抗侵蚀或钢筋锈蚀能力,保证混凝土使用年限。

  (4)界面效应:粉煤灰与水泥熟料水化产生的Ca(OH)2发生火山灰反应,减少了混凝土中Ca(OH)2的含量,减少也降低了混凝土的碱性,从而改善界面过渡区的结构,使浆体—骨料界面的粘接力增强。一定程度上改善混凝土的力学性能与耐久性。

  原材料选择:西山华通水泥P.O.42.5;中科矿粉S95级;古交电厂2级粉煤灰;山西黄河新型化工公司产聚羧酸减水剂;寿阳2~25mm连续级配碎石,太原泥屯人工砂,拌合水为饮用水,基准配合比采用C35混凝土,配合比中胶凝材料总量440kg,砂率44%,水胶比0.38。分别改变粉煤灰的掺量,比对混凝土拌合物的坍落度变化、凝结时间影响,并对混凝土强度的发展趋势进行统计,结果见图1、图2、图3。

  粉煤灰掺量较低时,新拌混凝土出机坍落度略有增加,粉煤灰掺量较高时,新拌混凝土出机坍落度随掺量的增大而下降,最佳粉煤灰掺量范围为10%~15%,掺量为30%时,粉煤灰对混凝土出机坍落度有明显降低。

  粉煤灰掺量越大,浆体的凝结时间越长,掺量超过30%,浆体的凝结时间涨幅增大,这与粉煤灰增多后,混凝土早期水化速度减慢有直接关系。

  早期强度均低于基准混凝土,掺量合适,28d强度略高于基准混凝土,如掺量过大,各龄期的强度均低于基准混凝土,粉煤灰30%掺量时,混凝土强度随掺量的增大而下降明显。

  早期强度均低于基准混凝土,掺量合适,28d强度略高于基准混凝土,如掺量过大,各龄期的强度均低于基准混凝土,粉煤灰30%掺量时,AG永乐国际。混凝土强度随掺量的增大而下降明显。

  粉煤灰的火山灰效应、滚珠形态效应、微集料效应、界面效应使其在预拌混凝土生产中作为一种重要的原材料已广泛使用,同时也是将固废有效利用的途径,意义重大。粉煤灰在混凝土的掺量以20%为宜,特殊混凝土的粉煤灰掺量可以根据试验来确定。返回搜狐,查看更多