掺高钙粉煤灰用于水泥和混凝土的研究

    一、前言

    众所周知，粉煤灰可广泛应用于建筑、建材领域，节约大量不可再生资源。但近年来开始在环保要求较高的沿海地区火电厂推广使用的低硫份、低灰份、高发热量的神木煤后所形成的高钙粉煤灰成色较差，f-CaO含量较高，易由于安定性问题给其在水泥和混凝土中应用带来不利影响。

    本文主要研究上海地区锅炉燃煤混烧所排放的高钙粉煤灰在水泥、混凝土中的应用效果。用于水泥胶砂和混凝土中进行性能试验的试样均来自W、M、P三个电厂电除尘压力罐处，其中电除尘一电场收集的灰样模拟粗灰库灰样，电除尘二、三电场收集的灰样模拟细灰库灰样，分别考察其在水泥、混凝土中的应用效果。

    二、试验用原材料及性能

    2.1 水泥

    下述试验采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸盐水泥，其物理性能分析见下表。

表1：水泥物理性能

    2.2 粉煤灰

    A1灰，采用M电厂—电场灰样

    A2灰：采用M电厂二、三电场灰样

    B1灰：采用W电厂—电场灰样

    B2灰：采用W电厂二、三电场灰样

    C1灰：采用P电厂#1和#3粗灰库的灰样（源自一电场）

    C2灰：采用P电厂#2细灰库的灰样（源自二、三电场）

    上述五个灰样的物理性能检验结果见表2。

表2:粉煤灰物理性能测试结果

    表3列举了上海市地方标准DBJ08-230-98《高钙粉煤灰混凝土应用技术规程》中对高钙粉煤灰的质量指标规定。

表3： DBJ08-230-98中对高钙粉煤灰的质量指标规定

    对照表2和表3，可以看出，在三次锅炉燃煤混烧试验中，W、M、P三个电厂二、三电场收集的细灰中粉煤灰的各项技术指标可以达到DBJ08-230-98规定的Ⅰ级高钙粉煤灰要求，而一电场收集的粗灰中的粉煤灰则基本波动于Ⅱ级高钙粉煤灰指标要求附近。

    2.3 细骨料

    粉煤灰用于水泥胶砂中的试验研究采用标准砂。

    粉煤灰用于混凝土中的试验研究采用中砂，细度模数μf=2.3，含水率3.8%，符合JGJ52-92标准。

    2.4 粗骨料

    碎石，5-31.5mm连续级配，堆积容重1440kg/m³，平均含泥0.2%，平均泥块含量0%，符合JGJ53-92标准。

    2.5外加剂

    ZK901 普通减水剂，上海住总—建科化学建材有限公司生产，减水率12%，ZK904高效减水剂，上海住总—建科化学建材有限公司，减水率18%。

    三、高钙粉煤灰用于水泥砂浆的试验研究

    3.1 高钙粉煤灰对于水泥胶砂强度的影响

    表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六种混烧粉煤灰在水泥砂浆中的使用效果，水泥砂浆成型根据GB177-85，以等流度控制（流动度控制在130±5mm），根据粉煤灰在不同掺量下的需水量调整水泥胶砂成型用水量。

    根据表4可以分析

    ① A1、B1灰（即模拟粗灰库中的灰样）和C1灰（粗灰库中的灰样）在水泥砂浆中的使用效果相近，当其掺入水泥砂浆时，可引起水泥砂浆抗压、抗折强度一定程度的下降，掺量越大，下降程度愈甚，当掺量为10%时，砂浆抗压强度较基准下降10%左右，而掺量至20%、30%时，其下降程度可达15%—20%。

    ② A2、B2（即模拟细灰库中的灰样）和C2灰（细灰库中的灰样）在水泥砂浆中的使用效果相近，其掺量在10%，各龄期强度与基准基本相近，当掺量达到20%-30%时，早期强度有些微下降，后期较基准还有所提高。

    ③ 细灰库的混烧粉煤灰减水效果明显，早期及后期强度效应均有较好体现。

表4：粉煤灰在水泥胶砂中的试验分析

    3.2 不同掺量条件下，高钙粉煤灰对水泥浆体体积安定性的影响

    图1和图2反映了A1灰掺量为5% ~ 30%条件下、 A2灰掺量为5% ~ 50%条件下时粉煤灰—水泥浆体安定性的影响规律，可见两条曲线的变化规律—致，即雷氏夹的体积膨胀在粉煤灰掺量为10% ~ 25%时有明显变化，但在其掺量范围内，其最大雷氏夹膨胀量均在5.0mm以下，故水泥——粉煤灰浆体体积安定性合格。

        图1：

        图2：

    四、混烧粉煤灰用于混凝土的试验研究

    4.1  P电厂粉煤灰样品在混凝土中的试验研究

    因取样关系，本部分内容就C2灰在混凝土中直接掺用的使用效果做了研究。

    根据C2粉煤灰的物理性质分析，该粉煤灰属I级高钙粉煤灰，其细度较小，需水量比较小，减水效果明显，活性效应十分明显，故考虑用其以取代系数为1.0的条件替代水泥，制备混凝土。

    表5列举了用C2粉煤灰制备的C20—C50系列混凝土配比和强度测试结果。

                           表5：混凝土配比和强度测试结果

    根据表5，可得到：

    ①P电厂#2细灰库粉煤灰可用于C20 ~ C50普通混凝土配制，该粉煤灰具有一定的减水效果和同水泥相当的胶凝效力，可以1：1取代15% ~ 30%的水泥。

    ② 表5中各系列配比通过28天强度验证，均达到设计要求。

    ③ 随混凝土设计强度等级变大，胶凝材料用量增多，可相应提高该粉煤灰在混凝土中的掺量。

    五、结论

    1、根据W、M和P电厂的抽样分析可知，粗灰库中灰样性能基本波动于DBGJ08-230-98规定的Ⅱ级高钙性能指标附近，尤其是其f-CaO和安定性指标合格，细灰库中灰样性能指标可以达到DBJ08-230-98规定的Ⅰ级高钙灰性能指标。

    2、水泥——粉煤灰净浆试验结果表明，在合理掺量条件下，混烧灰样不会引起安定性不良的现象产生。

    3、细灰库中粉煤灰减水效果明显，且具一定的胶凝效力，可以1：1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。

    4、经合理级配，粗灰库中灰样也可以用于混凝土的配制。但在工程实际应用中，对游离氧化钙和安定性超标的粉煤灰，仍需非常谨慎，并严格控制。或通过后加工，经系统试验鉴定，体积安定性合格，并对混凝土强度、和易性及耐久性确实无不利影响，可考虑出厂使用。