超細(xì)粉煤灰應(yīng)用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析

胡炘，劉志強(qiáng)，周杰，唐榮，梅婷

（西安高科新達(dá)混凝土有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

為了保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，作為燃煤發(fā)電廠廢棄物的粉煤灰，近年來(lái)已變廢為寶，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛推廣和應(yīng)用，尤其在預(yù)拌混凝土行業(yè)，為了進(jìn)一步提升利用效率，提高粉煤灰的活性，將粉煤灰進(jìn)行超細(xì)化加工，使 45μm 的篩余小于 0.7%，形成超細(xì)粉煤灰。為了探尋粉煤灰超細(xì)化加工后對(duì)水泥和混凝土性能的影響以及最佳摻量，將超細(xì)灰和原狀灰分別摻入水泥和混凝土中進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。

1 粉煤灰的四大功效

粉煤灰是目前預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過(guò)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(yīng)：摻合料中潛在活性物質(zhì)與堿性物質(zhì)反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)。

（2）形態(tài)效應(yīng)：由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級(jí)配等產(chǎn)生的效應(yīng)。

（3）微集料反應(yīng)：粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細(xì)孔，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和增大密實(shí)度的效應(yīng)。

（4）界面效應(yīng)：粉煤灰與水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，減少了 Ca(OH)2的含量，改善界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)，使?jié){體界面的粘結(jié)力增加。對(duì)改善混凝土的和易性、保水性、流動(dòng)性，提高強(qiáng)度及長(zhǎng)期耐久性都有極為重要的作用。

2 摻超細(xì)粉煤灰的 C30、C50 混凝土配合比設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì) C30、C50 高性能大摻量超細(xì)粉煤灰混凝土，采用西安市當(dāng)?shù)卦牧线M(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)混凝土中不同摻量超細(xì)粉煤灰進(jìn)行對(duì)比，從而分析不同摻量超細(xì)粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)的影響。找出合理?yè)搅颗渲?C30、C50 性能大摻量超細(xì)粉煤灰混凝土。

2.1 原材料選擇

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

（2）粉煤灰：選用渭河電廠生產(chǎn)的超細(xì)Ⅰ級(jí)粉煤灰（以下簡(jiǎn)稱超細(xì)粉），細(xì)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(chǎn)的原狀Ⅱ級(jí)粉煤灰（以下簡(jiǎn)稱粉煤灰），細(xì)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(biāo)見(jiàn)表 1。

表1 膠凝材料的性能指標(biāo)

（3）外加劑：選用陜西科之杰有限公司生產(chǎn)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(xù)級(jí)配，含泥量 0.8%。細(xì)骨料：黑河中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量 1.8%。

2.2 確定配制強(qiáng)度

由于缺乏強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)資料，因此根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》表 4.0.2 選擇強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差為 5.0MPa。

計(jì)算結(jié)果：C30 混凝土配制強(qiáng)度不小于 38.3MPa，本試驗(yàn)取 40MPa。

C50 混凝土配制強(qiáng)度不小于 59.9MPa，本試驗(yàn)取 60MPa。

2.3 確定膠凝材料用量和超細(xì)粉、粉煤灰摻量

本設(shè)計(jì)，確定 C30 膠凝材料用量為 360kg，C50 膠凝材料用量為 500kg。根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中表 3.0.5.1 的規(guī)定，并考慮西安當(dāng)?shù)卦牧?、?yīng)用部位和施工工藝等因素來(lái)考慮確定超細(xì)粉、粉煤灰摻量。

考慮當(dāng)?shù)厮嘀谢旌喜膿搅繛?10%～15%，所以混凝土中粉煤灰摻量建議不大于 20%，由于超細(xì)粉 28 天活性指數(shù)大于粉煤灰，所以超細(xì)粉摻量可以大于 20%。

表2 試驗(yàn)方案

2.4 確定驗(yàn)證配合比

由于外加劑中含有 85% 水分，調(diào)整后單方用水量為 160kg/m3，方案配合比見(jiàn)表 3 所示。

表3 方案配合比 kg/m3

3 驗(yàn)證配合比物理性能

本次驗(yàn)證試驗(yàn)中，主要觀察混凝土的初始坍落度、1 小時(shí)混凝土坍落度損失及混凝土強(qiáng)度發(fā)展，見(jiàn)表 4。

表4 混凝土物理性能指標(biāo)

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出以下結(jié)論：

（1）在超細(xì)粉與粉煤灰摻量相同時(shí)，混凝土坍落度損失有改善現(xiàn)象，凝結(jié)時(shí)間沒(méi)有影響，說(shuō)明超細(xì)粉的“滾珠”作用沒(méi)有發(fā)生變化。

（2）在超細(xì)粉與粉煤灰摻量相同時(shí)，摻超細(xì)粉的混凝土強(qiáng)度高于粉煤灰的混凝土強(qiáng)度，說(shuō)明超細(xì)粉在經(jīng)過(guò)磨細(xì)加工后，自身更加有利于和水泥的水化物產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。

（3）在超細(xì)粉摻量達(dá)到 30% 時(shí)，混凝土 28 天強(qiáng)度可以滿足試配要求，而且 60 天強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，說(shuō)明超細(xì)粉能很好地填充在水泥空隙中，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，混凝土強(qiáng)度發(fā)展明顯、耐久性更好。

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

4 超細(xì)粉煤灰的經(jīng)濟(jì)效益分析

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

（2）超細(xì)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(xì)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(jié)論

合理科學(xué)地利用粉煤灰將對(duì)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生積極影響，而超細(xì)粉煤灰總體表現(xiàn)良好，無(wú)論是強(qiáng)度還是工作性均有所改善，使水泥的使用性能即混凝土質(zhì)量得到提高。所以超細(xì)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)預(yù)拌混凝土質(zhì)量的控制有非常大的提升。