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粉煤灰混凝土應用技術研究

2005-12-31 00:00  留言

1前言

　　粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一，目前，我國年排放粉煤灰約11000萬噸，利用率為42%，主要應用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰也是福建省數量最大，分布較廣的工業(yè)廢渣之一，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護和治理環(huán)境。粉煤灰作為一種人工火山灰質材料，在混凝土中作為摻和料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質量和降低成本，為了更好地應用粉煤灰混凝土，現將粉煤灰混凝土的性能及應用試驗研究成果綜述如下。

2 粉煤灰在混凝土中作用機理

　　粉煤灰是人工火山灰質材料，本身并無膠凝性能，在常溫下，當有水存在時，能與石灰起化學反應，生成具有膠凝性能的水化產物，這些水化產物，一般能在空氣中立即硬化，而后漸漸具有水硬性。粉煤灰摻入混凝土中，水泥水化析出的 Ca(OH)2形成的鈣離子，吸附在微珠玻璃表面上，能夠侵蝕玻璃的表面，而粉煤灰表層的玻璃與水作用也能析出堿。

3 原材料

3.1粉煤灰 采用邵武電廠、三明電廠和南平造紙廠的原狀粉煤灰。

3.1化學成份 試驗用的原狀粉煤灰的化學成份見表一
　　　　　　表一粉煤灰的化學成份

名稱	燒失量%	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	NaO
邵武電廠	7.18	55.3	22.9	3.18	1.46	1.22	0.27	2.73	0.72
三明電廠	5.27	56.5	27.1	4.41	1.69	1.76	0.11	2.15	0.59
南平造紙廠	6.41	48.10	29.2	4.89	2.35	0.84	0.31	1.17	0.86

3.1.2 物理性能試驗用的原狀粉煤灰的物理性能見表二

表二 粉煤灰的物理性能

名稱	細度		含水率	視比重	容量kg/m3	比表面積cm/g	標準稠度%	需水量比%
名稱	80μm篩余(%)	45μm 篩余(%)	含水率	視比重	容量kg/m3	比表面積cm/g	標準稠度%	需水量比%
邵武電廠	1.00	3.96	0.6	2.12	643	3518	39.5	96
三明電廠	2.42	7.20	0.2	2.11	608	2370	57.5	106
南平造紙廠	8.00	17.30	0.2	2.01	493	3288	39.7	107

3.1.3微觀分析通過X射線、掃描電鏡對邵武、三明和南平粉煤灰的礦物

組成及顆粒形態(tài)特征進行分析表明，上述電廠粉煤灰礦物組成基本相同，

是由大量的硅鋁成分為主的玻璃相和結晶相礦物組成。結晶相礦物主要是

莫來石A3S2,石英α-SiO2，其次是少量的磷鐵礦Fe3O4，赤鐵礦Fe2O3和極少

量的長石和未燃盡的碳粒。非晶體物質——玻璃體是由大小不均勻的玻璃

球顆粒和無定形顆粒組成。

3.2粗骨料

采用5-20mm碎石，物理性質見表三

3.3細骨料

 采用閩江流域的中砂，物理性質見表三

3.4水泥

 采用健福牌PO425普通水泥

表三 粗、細骨料的物理性能

名稱

品種規(guī)格

視比重

容量kg/m3

細度模數

顆粒級配（累計篩余%)

25mm

20mm

15mm

10mm

5mm

2.5mm

1.25mm

0.63mm

0.315mm

0.16mm

細骨料

中砂

2.56

1391

2.72

0.2

2.6

13.9

57.7

98.8

99.7

粗骨料

5-20 mm碎石

2.55

1486

2.47

14.58

32.25

57.89

90.16

99.95

4 粉煤灰超量系數(δc)和取代水泥百分率(Bc)

 粉煤灰混凝土的配合比設計是以基準混凝土配合比為基準，按等稠度，等強度等級原則，用超量取代法進行調整，選定粉煤灰超量系數(δc)為1.2、1.3、1.4，取代水泥百分率(Bc)為 0.5%、10%、15%、20%、25%、30%配制C30和C20混凝土，根據混凝土強度情況，結合混凝土和易性，選取粉煤灰超量系數(δc)和取代水泥百分率(Bc)見表四

表四粉煤灰超量系數(δc)和取代水泥百分率(Bc)

水泥品種	混凝土等級	粉煤灰
水泥品種	混凝土等級	產地	δc	Bc
425＃普通水泥	C30	邵武	1.2	10
		三明	1.2	10
		南平	1.3	15
	C20	邵武	1.4	15
		三明	1.2	10
		南平	1.2	15



確定了在不同標號的混凝土中摻入不同產地的粉煤灰的超量系數和取代水泥百分率后，進行了粉煤灰混凝土有關性能試驗。

 5 粉煤灰混凝土物理性能

 5.1坍落度損失情況

粉煤灰混凝土比基準混凝土坍落度損失可明顯減少，這樣有利于熱天施工，特別是商品混凝土輸送及泵送凝土施工。

 5.2凝結時間

粉煤灰混凝土比基準混凝土凝結時間慢，初終凝均比基準混凝土推遲約1-3小時，這是由于粉煤灰在形成的過程中，其表面吸附了一定量的Na2O及SO3，這些化合物延長了混凝土的凝結時間。

 5.3水化熱

水泥水化作用是放熱作用，用粉煤灰取代水泥后，能使溫升降低約20%左右，對混凝土溫升起到緩解作用，很適用于大體積混凝土工程。

 6 粉煤灰混凝土的基本力學性能(見表五)

 6.1抗壓強度

粉煤灰混凝土比基準混凝土早期強度低，但后期強度高于基準混凝土。

 6.2粉煤灰混凝土的抗折、抗拉、軸壓強度。

粉煤灰混凝土抗拉強度基本上與基準混凝土相近，但其抗折軸壓強度比基準混凝土有所下降。

 6.3彈性模量 粉煤灰混凝土比基準混凝土彈性模量在C30混凝土中有所下降，但在C20混凝土中彈性模量有所改善。

粉煤灰混凝土的基本力學性能表五

混凝土等級	粉煤灰產地	抗壓強度(MPa)							抗折強度MPa	抗拉強度MPa	軸壓強度MPa	彈性模量×104MPa
混凝土等級	粉煤灰產地	3天	7天	28天	60天	90天	180天	360天	抗折強度MPa	抗拉強度MPa	軸壓強度MPa	彈性模量×104MPa
C30	基準	12.4	23.0	35.5	36.9	39.6	43.6	54.6	3.88	1.95	31.6	2.36
	邵武	11.6	22.7	36.0	40.1	43.2	46.7	59.5	3.45	1.91	27.7	2.57
	三明	11.4	21.2	35.2	37.7	43.5	45.3	55.1	3.61	2.00	29.9	2.46
	南平	10.3	21.0	35.0	37.2	41.0	46.1	57.8	3.26	1.91	24.3	2.58
C20	基準	10.8	15.7	21.9	24.8	29.0	32.6	34.9	3.61	1.35	24.5	2.31
	邵武	10.1	13.6	23.2	25.4	29.8	36.9	38.3	3.54	1.33	23.3	2.48
	三明	9.6	12.7	23.8	28.2	32.1	34.4	38.5	3.48	1.34	22.0	2.54
	南平	10.0	13.6	23.2	25.1	29.0	33.0	37.1	3.57	1.31	20.4	2.53

7 粉煤灰混凝土的長期性能和耐久性能

 7.1抗凍性能

粉煤灰混凝土比基準混凝土，28天齡期的抗凍性能有所降低。

 7.2抗?jié)B性能

粉煤灰混凝土比基準混凝土，抗?jié)B性能有所提高，這在于火山灰反應，使普通混凝土內性能不穩(wěn)定的氫氧化鈣轉為結構上致密，性能上穩(wěn)定的膠凝物質，使其提高了混凝土的抗?jié)B性。

 7.3干縮性

粉煤灰混凝土比基準混凝土的收縮值小，兩者收縮發(fā)展情況基本相近。

7.4鋼筋粘結力

粉煤灰混凝土比基準混凝土鋼筋粘結力有所提高。這是由于粉煤灰混凝土比基準混凝土膠結料明顯增多，均勻性較好，因而增強了其粘結強度。

 7.5碳化性能

粉煤灰混凝土的碳化深度比基準混凝土大，但粉煤灰混凝土在50年碳化深度一般均小于鋼筋混凝土的保護層厚度。

 8粉煤灰混凝土在工程上應用

為了進一步了解在混凝土中摻入粉煤灰后，對混凝土強度情況及驗證試驗結果的可行性，我們在福州有關工程上進行了應用，混凝土工程量約為1000m3混凝土強度為C30和C20，共節(jié)約水泥47T，每立方可降低成本約8%，現場施工人員普通反映，粉煤灰混凝土和易性好，振搗方便，脫模后，混凝土表面光滑，效果良好。 9結語 9.1不同產地的粉煤灰配制的粉煤灰混凝土，經試驗所選取的粉煤灰超量系數(δc)和取代水泥百分率(Bc)是可行的。其28天強度與基準混凝土基本相近，但不同品種的粉煤灰配制的混凝土，其(δc)和(Bc)值，需根據原材料和配合比的實際情況，經試驗確定，才能保證粉煤灰混凝土的質量。

 9.2粉煤灰混凝土比基準混凝土凝結時間慢，水化熱低，坍落度損失少，后期強度高，抗?jié)B性能和干縮性等方面都有所改善，抗凍，碳化性能有所下降。

9.3粉煤灰混凝土不僅能節(jié)約水泥，還減少了細骨料，從而降低了混凝土成本，具有一定經濟效益，同時利用粉煤灰，可減少占地面積，可改善環(huán)境污染，因此，具有一定社會效益。

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