粉煤灰在混凝土中的应用研究

摘　要:深入研究了九龙矸石电厂粉煤灰的物理性质及其化学成分,并对高掺量粉煤灰混凝土强度进行了试验分析,得出了高掺量粉煤灰混凝土技术在井下巷道支护的新途径。

关键词:粉煤灰,烧失量,巷道支护

中图分类号: TU528

引言

　　截至2000 年,我国目前发电机总容量为2. 7 亿kW ,火电装机容量为2 亿kW ,每年燃煤电厂粉煤灰排放量为1. 2 亿t ,综合利用率不到45 %。因而,粉煤灰资源化确实是一个迫切需要解决的问题。根据粉煤灰的组成和物理力学性质,粉煤灰可以填料用作路面填料、代替水泥原料,代替砂子喷浆使用,可以大大降低资源消耗,降低成本。同时,既节省水资源及土地占有,达到了资源可持续发展的重要战略思想的要求,又有利于环保。

1 　九龙矸石电厂粉煤灰物理性质研究

　　九龙矸石电厂粉煤灰性质在河北工程学院土工实验室完成,共计进行了粉煤灰颜色、密度、细度、含水率试验及微观结构试验研究,试验结果如下:九龙矸石电厂采集到的粉煤灰进行色泽分析,色泽指数达到8～9 。

　　粉煤灰密度试验方法宜采用环刀法,密度曲线见图1。用烘干法测含水率的试验结果见图2。粉煤灰细度分析记录结果见图3。

　　九龙矸石电厂粉煤灰物理研究得出以下结论:色泽指数为8～9 ;平均密度0. 963 g/ cm3 ;含水率为1. 34 %;细度为0. 045 mm的筛余量为53. 48 % ,该灰属于Ⅲ级粉煤灰,且含水量略微大,建议在使用前应对粉煤灰含水率进行量测。

2 　九龙矸石电厂粉煤灰化学成分分析

　　九龙矸石电厂粉煤灰性质在河北工程学院化学实验室完成,对粉煤灰的燃失量及SiO2 ,Al2O3 , Fe2O3 ,CaO ,MgO ,SO3 等含量进行了化学分析试验,结果如表1 所示。

　　试验结果表明九龙矸石电厂粉煤灰属于低钙灰,烧失量较大,建议在使用前应做脱炭处理。

3 　高掺量粉煤灰混凝土强度试验分析

　　不掺粉煤灰混凝土强度与龄期关系曲线及优化组CFS05 组高掺量混凝土强度与龄期曲线分别见图4 ,图5 。从图4 ,图5 可以看出,掺粉煤灰混凝土1 d ,7 d 龄期抗压强度增长率有随粉煤灰掺量的增大而降低的趋势。21 d ,28 d 粉煤灰混凝土强度增加幅度较大,接近并几乎超过不掺粉煤灰素混凝土强度。

　　掺粉煤灰水泥的水化,首先是水泥熟料水化所析出的Ca (OH) 2 ,通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体的表面,发生化学吸附和侵蚀,并生成水化硅酸钙和水化铝酸钙;当有石膏存在时,随即产生水化硫铝酸钙结晶。大部分水化产物开始以凝胶状出现,随着龄期的增长,逐步转化成纤维状晶体,数量不断增加,相互交叉,形成连锁结构,使后期强度得到较快的增长。由于粉煤灰的球形玻璃体比较稳定,表面又相当致密,不易水化, 在水泥水化1 d 后的粉煤灰颗粒表面上,几乎没有变化,直到7 d 后才开始初始水化,略有凝胶状的水化产物出现,在28 d 后粉煤灰颗粒表面上才产生大量的水化硅酸钙纤维状晶体,它们相互交叉连接形成很高的粘结强度。由此可见,在早龄期掺粉煤灰的混凝土强度都偏低,以后逐渐接近甚至超过纯水泥熟料混凝土的强度。掺粉煤灰的混凝土抗压强度有随粉煤灰掺量的增加而降低的趋势,且其抗压强度均低于不掺粉煤灰的混凝土抗压强度。对比试验结果表明,高掺量粉煤灰混凝土在井下巷道喷浆支护中应用是可行的。

4 　结语

　　1) 通过试验的方法测定了九龙矸石电厂粉煤灰的物理性质及化学成分,为该电厂粉煤灰资源化综合利用奠定了基础。2) 九龙矸石电厂粉煤灰含水量偏高,在使用前应对其含水率进行测试。3) 筛分试验表明,粉煤灰属Ⅲ级低钙灰,烧失量高,在作为掺料前应做脱炭处理。4) 掺粉煤灰混凝土早期抗压强度增长率随粉煤灰掺量的增大而降低,但后期强度增长速率很快,达到并几乎超过不掺粉煤灰素混凝土强度。5) 高掺量粉煤灰混凝土强度试验表明,高掺量粉煤灰混凝土技术是可行的,并可以在井下巷道进行喷浆使用,为粉煤灰资源化综合利用开辟了新的途径。

参考文献:

　　[1 ]李金奎,李鸿雷,谷祖雨. 高掺量粉煤灰混凝土性能试验研究[A] . 全国新型墙体材料及资源综合利用发展论坛暨新技术、新产品推广应用交流经验大会论文集[C] . 2004. 7.

　　[2 ]马志霞,李金奎,侯瑞珀. 不同掺量粉煤灰混凝土强度试验研究[J ] . 河北建筑科技学院学报,2005 ,22 (4) :32234.