粉煤灰对商品砼表面强度影响的研究

粉煤灰对商品砼表面强度影响的研究

喻官海

湖北益通建设股份有限公司，湖北 宜昌 443000

摘要：粉煤灰被认为是世界第五大原材料资源，其作为细骨料广泛应用于水泥基复合材料。粉煤灰等量代替部分水泥时，使得粉煤灰混凝土的早期抗压强度及早期抗折强度降低。并且提高粉煤灰的掺量后，最终会大大降低粉煤灰混凝土的后期抗折强度及后期抗压强度。本文对粉煤灰对混凝土表面强度影响的研究。

关键词：混凝土；粉煤灰；强度；研究

由于过去粉煤灰质量低劣以及粉煤灰混凝土不正确的配比与施工养护方法等造成的一系列后果，再加上对粉煤灰认识不足，导致形成了掺粉煤灰混凝土表面强度必然低的成见。一些混凝土搅拌站担心掺加粉煤灰会影响混凝土的回弹强度，在某些可能需要现场回弹检测的结构部位不掺或少掺粉煤灰。但是大量的试验及工程实践证明，粉煤灰可以用于水泥路面混凝土中，并已经取得了良好的技术经济效益和社会效益。

一、粉煤灰慨况

粉煤灰(Fly Ash)是火力发电厂的副产物，其主要成分为硅铝酸盐，是一种人造火山灰质材料。由于每年世界各地生产出大量的粉煤灰，粉煤灰被认为是世界上第五大的原材料资源。粉煤灰却被作为废弃物，堆积占用土地，不仅产生灰尘污染大气，而且堆放过久会发生化学反应，生成的有害物质若污染地下水资源，将危害人体健康口剖。故提高粉煤灰(尤其是劣质粉煤灰)的利用率，具有重大的研究价值。我国是水泥生产大国和消费大国，水泥生产量占全球的60％。水泥生产同时产生大量的温室气体和有害气体S02，对环境造成重大的影响。而且我国石灰石资源储量有限，尤其是用于生产水泥的高品位石灰石更加匮乏。因此寻找具有潜在胶凝性的工业废弃料(如粉煤灰等)，经过改性、激活等处理后替代水泥熟料，配合研发相应的外加剂与改性剂来提高混合水泥及其混凝土制品的性能，使之满足工程使用的需要。这样既解决了粉煤灰带来的环境问题，废物利用，变废为宝，也减少水泥的使用量，进而减少了生产水泥而产生的有害气体，对社会和经济都有重要的意义和价值。

1．粉煤灰的分类。粉煤灰又称为“飞灰”，通常呈酸性，颜色为灰褐色，形状多为几百微米到几微米的球状颗粒口引。其主要氧化物为SiO2、A12O3、Fe2O3等。

2.粉煤灰的性质。粉煤灰是一种人造火山灰质材料，其单独存在时不具有胶凝性能，但当其以粉末状及其与水混合时，可在常温(尤其是在水热处理(蒸汽养护)条件)下，粉煤灰可与水泥水化后的Ca(OH)2或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有胶凝性能的物质，使其成为一种具有增强及耐久作用的材料。粉煤灰的化学成分是不确定的，主要由原煤的成分以其燃烧条件等决定的，从而导致粉煤灰的化学成分具有较大的波动性，进而导致粉煤灰的化学性质具有很大的不同。

二、案例分析

1.典型实例实例。1某工程C50混凝土构造柱,在验收过程中发现,混凝土回弹推定值刚满足C40强度等级混凝土的要求,但随后钻芯取样表明,其强度值均在50M Pa以上,完全满足工程设计要求。类似的情况在近几年的监督检测、验收过程中时有出现,且都集中在C40及以上强度等级的混凝土中。于是有人认为这是掺用粉煤灰影响了混凝土的表面硬度,有些搅拌站为避免纠纷,在工程重点部位尤其是需要通过回弹验收质量的部位限制粉煤灰掺量,但效果也并不明显。实例2某厂区道路工程,采用C25非泵送商品混凝土。水泥为立窑产普硅水泥,在混凝土中掺用10%Ⅱ级粉煤灰。使用一段时间后发现局部路面起砂,且面层疏松。有人认为这是掺用大量粉煤灰所致。在当年的济南市混凝土企业技术交流会上,几家预拌混凝土企业一致反映使用上述水泥也出现过类似的情况,于是认为这是粉煤灰富集于混凝土表面所致。后来这几家搅拌站找到该水泥生产厂家时却发现该水泥生产时并未过多掺入粉煤灰,且主要掺合料也不是粉煤灰。

2.验证试验。由于室内试验不能准确反映工程中实际混凝土的表面质量,我们采取在搅拌站内按不同配比用生产设备搅拌的混凝土进行试验,模拟施工现场可能出现的一些振捣、养护方式,浇注了搅拌站修车棚的剪力墙及内部一段废弃路面。目的是验证粉煤灰对混凝土表面硬度的影响,寻求混凝土表面出现疏松的原因。每个配比搅拌量1～3m3,并取有代表性的试验多次验证。前后共试验14次,使用混凝土29m3。试验所用水泥分别采用搅拌站常用的山东水泥厂产P.O32.5R水泥、P.O42.5R水泥、P.S32.5R水泥,以及实例2所述及的立窑水泥。所用粉煤灰为搅拌站常用的两种Ⅱ级灰A、B。A灰细度(45μm气流筛筛余量)15%左右,含碳量在12%左右,颜色较黑。B灰细度(45μm气流筛筛余量)8%左右,含碳量在6%左右,颜色较浅。粉煤灰掺量分别为0、10%、20%等,路面最高掺量25%。按搅拌站常用砂率、不同水灰比、不同掺灰量、不同施工方法进行对比试验。

3.试验结果与讨论。剪力墙试验采用C40泵送混凝土,墙1混凝土不掺粉煤灰,施工模拟国内一些施工现场情况,混凝土硬化后立即拆模,拆模后只浇水养护了2次。墙2混凝土掺20%粉煤灰B,带模浇水养护29天后拆模。混凝土干燥后对结构实体进行回弹和钻芯检测。检测结果见表1。从表1可以看出,养护对混凝土回弹值影响非常大,而混凝土的回弹值主要与混凝土表面硬度有关,也就是说养护直接影响到混凝土的表面硬度,而与是否掺加粉煤灰关系不大。这就证实了粉煤灰影响混凝土表面强度的认识是不准确的。

表1砼结构实体检测结果

混凝土路面工程模拟试验前后共进行12次,对混凝土的表面硬度采取目测和效果结合回弹法进行检测。从混凝土拌和物状态看,当粉煤灰A掺量较大时,混凝土颜色明显发黑,且在混凝土水灰比较大时确实给人一种粉煤灰上浮的感觉。但仔细观察,上浮的全是粉煤灰中的粗颗粒,最主要的还是粉煤灰中的碳粒。同样掺量的粉煤灰B混凝土无此现象,这从一个侧面说明“粉煤灰上浮于混凝土表面”的说法是不确切的。试验结果表明:优质粉煤灰完全可以用于路面工程而不会影响路面混凝土表面硬度及耐磨性。用42.5级水泥配制的C20混凝土,粉煤灰B的掺量达到25%时,只要保持混凝土水灰比,不使混凝土离析泌水,按正确的方法进行施工、养护,混凝土表面硬度依然很高,耐磨性也很好。而用纯32.5矿渣水泥配制的混凝土,由于矿渣水泥以及实例2所述立窑水泥拌制的混凝土本身容易泌水,在水灰比较大时,混凝土拌和物离析泌水现象严重,如不及时处理将对硬化后的混凝土表面硬度影响很大。通过三次模拟试验验证,硬化后的混凝土均表现出不同程度的表面强度低以及“起砂”“扬尘”现象。由此可见混凝土表面“疏松起尘”现象与是否掺加粉煤灰无多大关系。相同条件下,用粗颗粒及含碳量较高的粉煤灰B配制的混凝土表面强度及耐磨性较差。粉煤灰含碳量较大或粗颗粒较多时,会导致混凝土需水量增加,密实度降低,空隙率增大,还会明显影响外加剂的掺量以及混凝土的外观颜色和均匀性。碳粒会在泌水过程中逐渐与浆体分离,上升到混凝土表面,影响公路面层混凝土的质量。可见,含碳量高是造成粉煤灰品质低劣因而难以在表面硬度要求较高的混凝土中推广应用。

造成某些掺粉煤灰混凝土表面硬度低的主要原因,并不是混凝土在施工振捣过程中在混凝土表面出现粉煤灰浮浆,绝大多数都是由于混凝土表层在施工及凝结硬化过程中水灰比过大或过小所致。对表面硬度要求较高的混凝土,生产及施工中一定要注意它的泌水情况,在配制时应选择泌水率小的水泥,并正确养护。

参考文献：

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[2]汪娜．含砷废渣的稳定化／固化处理研究[D]．武汉理工大学，2018．

[3]孔浩．中国水泥协会积极应对水泥行业碳减排[J]．中国水泥，2018(1)：50—51．