邱瑞芳 劉紅宇 薛芳斌

(1.山西大學資源與環(huán)境工程研究所，山西 太原 030000； 2.國家環(huán)保部煤系固廢資源綜合利用重點實驗室，山西 太原 030000；3.山西大學環(huán)境與資源學院，山西 太原 030000； 4.山西大學土木工程系，山西 太原 030000)

·建筑材料及應用·

高摻量粉煤灰水泥混凝土性能的試驗研究★

邱瑞芳1,2,3劉紅宇4薛芳斌1,2

(1.山西大學資源與環(huán)境工程研究所，山西 太原 030000； 2.國家環(huán)保部煤系固廢資源綜合利用重點實驗室，山西 太原 030000；3.山西大學環(huán)境與資源學院，山西 太原 030000； 4.山西大學土木工程系，山西 太原 030000)

針對山西地區(qū)豐富的粉煤灰資源，提出粗細粉煤灰雙摻配制粉煤灰水泥，結果表明：P.F32.5和P.F42.5水泥的摻灰量達到77%和67%，其性能均符合標準要求；并與市售P.S.A32.5和P.O42.5水泥進行了混凝土對比試驗研究，取得了關鍵數(shù)據(jù)。該研究為山西地區(qū)粉煤灰高效綜合利用開辟了新的途徑，解決了散裝粉煤灰對中小客戶使用的局限性。

粉煤灰水泥，高摻量，混凝土性能

0 引言

隨著國家對環(huán)保執(zhí)法力度的加大，工業(yè)固體廢棄物資源的合理綜合利用又提升到了前所未有的高度。山西作為產(chǎn)煤、用煤大省，不同品質(zhì)的粉煤灰資源非常充裕，如何利用好粉煤灰資源已成為山西轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展過程中的一項艱巨任務。雖然粉煤灰資源的利用途徑較為廣泛，但是均局限于規(guī)模化的使用，一些散戶使用粉煤灰還存在問題，這主要是由于散裝和袋裝的成本問題。為了高效合理利用粉煤灰，本項目結合山西省的實際情況，采用多源頭、多渠道的方法來實現(xiàn)粉煤灰的無害化高效利用，提出粉煤灰成品化的運營思路，沒有規(guī)模壁壘，將產(chǎn)品一步到位地提供給大小用戶和一些散戶。提出粗、細粉煤灰雙高摻配制粉煤灰水泥，這樣就可以根據(jù)不同客戶的需求來實現(xiàn)多渠道的配貨模式，以實現(xiàn)山西粉煤灰資源的高效合理利用。

1 試驗用原材料及方法

1.1試驗用原材料

1)粉煤灰水泥用原材料：水泥熟料由太原獅頭中聯(lián)水泥有限公司提供，粗粉煤灰、超細粉煤灰和石膏由朔州煤矸石電廠提供，助磨劑由中國礦業(yè)大學提供的2號助磨劑(摻量為0.05%)。

2)比對水泥用太原獅頭中聯(lián)水泥有限公司產(chǎn)的P.S.A32.5和P.O42.5水泥。

3)碎石產(chǎn)地為太原郊區(qū)，砂為忻州天然水洗砂。

1.2試驗方法

采用GB 175—2007通用硅酸鹽水泥，GB/T 50080—2002普通混凝土拌和物性能試驗方法標準，GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準等標準進行試驗研究。

1.3粉煤灰水泥的制備

1)根據(jù)前期試驗研究結果，制備P.F32.5和P.F42.5粉煤灰水泥的材料用量比例如表1所示。

表1 制備粉煤灰水泥的材料用量比例 %

2)制備方法。

a.將水泥熟料用鄂式破碎機粉碎至粒徑小于6 mm，以利于粉磨。

b.將粉碎后的水泥熟料、原狀粗灰及石膏分別按表1所列比例稱料，每次稱取該三種材料的混合料合計5 kg，并添加0.05%的2號助磨劑，用水泥專用球磨機粉磨25 min。

c.每次粉磨25 min后，過0.045 mm的方孔篩。

d.根據(jù)試驗所用水泥量計算，制備P.F32.5和P.F42.5粉煤灰水泥。

e.制備P.F32.5水泥用混合料，經(jīng)15次粉磨后的細度試驗結果為19.1%～30.2%；超過前期水泥試驗時，熟料和粗灰單獨粉磨的相應細度14.2%和16.8%(初步分析原因可能為粗灰用量較大，不易磨碎)。為保證所制備水泥性能的一致性，故將已磨好的混合料再增加15 min的研磨時間，其細度試驗結果為18.3%；用此細度的混合料，再摻加30%的超細灰，制備P.F32.5水泥，并配制混凝土。

f.制備P.F42.5水泥用混合料，經(jīng)15次粉磨后的細度試驗結果為19.8%～26.9%；同樣超過前期水泥試驗時，熟料和粗灰單獨粉磨的相應細度14.2%和16.8%，故對已磨好的混合料增加10 min的研磨時間，其細度為13.2%；用此細度的混合料，再摻加40%的超細灰，制備P.F42.5水泥，并配制混凝土。

2 試驗結果及分析

2.1自制粉煤灰水泥與市售水泥性能比較

采用P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥和市售P.S.A32.5,P.O42.5水泥，進行標準稠度用水量、凝結時間、體積安定性、膠砂流動度、水泥膠砂抗折強度和抗壓強度(齡期分別為3 d,7 d,28 d,60 d)試驗。其試驗結果如表2所示。

表2 粉煤灰水泥和市售水泥性能比較試驗結果

由表2可以看出，自制P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥和市售P.S.A32.5,P.O42.5水泥的性能均符合國家現(xiàn)行標準GB 175—2007通用硅酸鹽水泥的要求。但選用的P.S.A32.5水泥的強度較高，28 d的抗壓強度達到P.S.A42.5水泥的技術指標；自制P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥的早期強度相對較低，尤其是P.F32.5水泥的3 d強度略大于標準要求，但后期強度增加較快，尤其是3 d～7 d的抗壓強度均是成倍的增長，而抗折強度的表現(xiàn)也不俗，其中P.F32.5水泥增長接近2倍。這些試驗結果與粉煤灰在混凝土的表現(xiàn)規(guī)律幾乎一致，但由于摻加了超細粉煤灰，其早期強度也表現(xiàn)出較好的發(fā)展，這與原灰對后期強度貢獻大的結論有所不同。

2.2自制粉煤灰水泥與市售水泥對混凝土性能的影響

根據(jù)目前建筑工程中混凝土的實際應用情況，采用P.S.A32.5,P.F32.5水泥分別配制強度等級為C25的混凝土，采用P.O42.5,P.F42.5水泥分別配制強度等級為C30的混凝土。為進一步考察所研制的粉煤灰水泥的性能，在混凝土中不考慮摻加外加劑。按照國家現(xiàn)行JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規(guī)程進行設計試驗用混凝土配合比，其試驗結果如表3,表4所示。

表3 不同品種水泥對應的混凝土配合比

表4 不同品種水泥對應混凝土的性能

由表3和表4可以看出，不同水泥品種的混凝土拌合物的粘聚性與保水性良好，混凝土的28 d抗壓強度均達到設計強度等級要求，如不考慮P.S.A32.5水泥強度較高的因素，則用同強度等級的水泥配制的混凝土，其在不同齡期時的抗壓強度數(shù)值較為接近；同強度等級水泥配制的混凝土抗?jié)B等級相同，這說明P.F32.5,P.F42.5水泥與P.S.A32.5,P.O42.5水泥同樣可用于配制抗?jié)B等級較高的混凝土；隨著混凝土碳化時間的增長，碳化深度逐漸增大，P.F32.5,P.F42.5水泥配制的混凝土早期碳化深度較大，而用P.O42.5配制的C30混凝土最低。從總體來看，P.F32.5,P.F42.5水泥配制的混凝土碳化深度相對較大；不同水泥品種的混凝土收縮差別較大，其中P.F32.5水泥配制的混凝土早期、后期收縮最大，P.S.A32.5水泥次之，P.O42.5水泥為最小。這與粉煤灰自身的特性有關，也與粉煤灰作為摻合料在混凝土中的表現(xiàn)基本一致。

3 結論與建議

1)按照國家現(xiàn)行GB 175—2007通用硅酸鹽水泥標準規(guī)定，粉煤灰水泥中粉煤灰的摻量為20%～40%。本研究項目研發(fā)的高摻雙灰水泥，粉煤灰的摻量均超過標準規(guī)定的上限值，其中32.5粉煤灰水泥的摻灰量達到77%，42.5粉煤灰水泥的摻灰量達到67%。在實際使用中與標準不相符的問題還有待業(yè)內(nèi)同仁探討。

2)該研究充分利用了工業(yè)廢渣作為水泥的混合材，既節(jié)約降低了生產(chǎn)成本，又保護了自然資源，達到了建筑環(huán)保節(jié)能的要求；為實現(xiàn)粉煤灰零排放提供了技術支持。

3)粗、細粉煤灰雙高摻配制高性能粉煤灰水泥從研究到應用的路還很長，有待更加深入的研究。

[1] 崔佳偉，劉 慈，李艾澤,等．不同比例粉煤灰與硅灰對再生混凝土強度影響[J]．山西建筑，2017,43(3)：106-107．

[2] 崔正龍．再生骨料特性對再生混凝土強度和碳化性能的影響[J]．建筑材料學報，2012(2)：264-267．

[3] 高丹盈，張麗娟，蘆靜云,等．再生骨料混凝土配合比設計參數(shù)研究[J]．建筑科學與工程學報，2016(1)：8-14．

[4] 袁承斌，高文達．粉煤灰摻量對混凝土性能的影響[J]．揚州大學學報(自然科學版)，2010(2)：62-65．

Experimentalstudyonpropertiesofconcretewithhighvolumeflyash★

QiuRuifang1, 2,3LiuHongyu4XueFangbin1,2

(1.InstituteofResources&EnvironmentEngineering,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China; 2.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofEfficientUtilizationTechnologyofCoalWasteResources,Taiyuan030000,China; 3.CollegeofEnvironmental&ResourceSciences,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China; 4.DepartmentofCivilEngineering,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China)

This paper propose the method of preparing fly ash cement by using coarse and ultrafine ash based on the condition of majority of fly ash resource in Shanxi province. The results showed that the concrete prepared by cement P.F32.5 (the volume of fly ash is 77%) and P.F42.5 (the volume of fly ash is 67%) can both reach to national standard. Moreover, key experimental data was obtained by comparing to concrete adding cement P.S.A32.5 and cement P.O42.5. This study broaden new path for fly ash utilization and solved applied limitation for small and medium-sized enterprises.

fly ash cement, high volume, concrete properties

1009-6825(2017)28-0103-03

2017-07-23★:山西省煤基重點科技攻關項目(項目編號:MC2014-04)

邱瑞芳(1982- )，女，博士，副教授

TU502

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