劉桂玲

(山西大同大學(xué),山西 大同 037003)

由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的混凝土,是一種堅(jiān)硬的人工建筑材料,歷史悠久,最早可追溯到古羅馬穹頂和拱建筑結(jié)構(gòu)的建造；尤其是現(xiàn)代鋼筋混凝土應(yīng)用非常廣泛,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和發(fā)改委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)局統(tǒng)計(jì)表明：2016年,全國(guó)水泥產(chǎn)量240295萬(wàn)t,商品混凝土產(chǎn)量179200萬(wàn)m3。山西大同是全國(guó)重要的電煤生產(chǎn)基地,10余家燃煤熱電廠,而作為熱電廠副產(chǎn)品排放的粉煤灰呈逐年上升趨勢(shì)；年利用粉煤灰不足80萬(wàn)t,露天堆放粉煤灰300萬(wàn)t/a。從全國(guó)來(lái)看,由2001年1.54億t的排放量,激增至2014年的5.78億t[1]。堆積的粉煤灰占用了大量土地,勢(shì)必造成空氣、水體、耕地等周圍環(huán)境污染。因此,積極推動(dòng)高品質(zhì)粉煤灰綜合利用,已成為減少固體廢物污染、改善大氣環(huán)境質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)變廢為寶、節(jié)約能源的迫切需要；更會(huì)對(duì)我國(guó)綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。粉煤灰混凝土以一定量粉煤灰取代部分水泥配制而成,可以充分發(fā)揮粉煤灰潛在活性,以減少配制水泥用量,降低工業(yè)生產(chǎn)成本,還能改善混凝土耐久性[2]。R.E.Davis[美]于1954年首次提出：混凝土中若用較大比例的粉煤灰與水泥作膠凝材料配制可形成一種新材料—高摻量粉煤灰混凝土(High Fly-ash Content Concrete,簡(jiǎn)稱HFCC)。本文擬采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)工程材料,對(duì)HFCC進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),通過(guò)拌合物含氣量等試驗(yàn)研究,其大規(guī)模應(yīng)用提供依據(jù)。

1 HFCC配合比設(shè)計(jì)

大同冀東P.O42.5水泥滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007的。細(xì)骨料為產(chǎn)自大同縣平均細(xì)度模數(shù)為3.0的中砂,人工碎石作為粗骨料；中砂和碎石都符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。從燃煤電廠煙道氣體中收集的煤燃燒所產(chǎn)生的煙氣中的固體廢棄物——粉煤灰,通常可分為：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)[3]。由GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》,本地區(qū)熱電廠袋裝粉煤灰：密度2.2g/cm3,堆積密度750kg/m3,細(xì)度0.045mm篩余14.5%,燒失量3.5%；其他化學(xué)成分見(jiàn)表1。因此,該Ⅱ級(jí)粉煤灰可用于F類混凝土、砂漿拌制需要。

表1 粉煤灰摻合料試驗(yàn)

選用質(zhì)量法進(jìn)行粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì),同時(shí),采用多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)法以確保取得滿意試驗(yàn)效果[4-5]。混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)分別為C30、C40、C50,42.5硅酸鹽水泥的粉煤灰摻量為0%、10%、20%、30%、40%；混凝土塌落度選擇120±20mm。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)滿足混凝土配置強(qiáng)度和塌落度等要求的混凝土配合比設(shè)計(jì),如下表2所示。

表2 HFCC配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)編號(hào)水膠比配制材料用量(kg/m3)水粉煤灰水泥砂子石子F00-C40F10-C40F20-C40F30-C40F40-C400.3518505255701065185504754901145180100425490115518015536049711591802103105101190F00-C50F10-C50F20-C50F30-C50F40-C500.3018505804701120185625604701165180116475480116018018241548210851802403904651130

2 HFCC拌合物含氣量試驗(yàn)

HFCC混凝土拌合物的拌制和凝結(jié)硬化過(guò)程中也會(huì)有內(nèi)生氣體、孔隙,從而進(jìn)一步加速混凝土碳化、凍脹,引起抗壓、抗?jié)B、抗折等物理力學(xué)性能降低[6-7]。因此,探討HFCC含氣量對(duì)于混凝土實(shí)際運(yùn)用具有重要意義。

2.1 試驗(yàn)儀器

由GB/T20080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)按照標(biāo)準(zhǔn)》,采用容積7L,粗骨料最大粒徑為40mm的CA-3只讀式混凝土含氣量測(cè)定儀,其含氣量量程10%,精度0.1%,氣密性試驗(yàn)壓力、設(shè)計(jì)最高壓力分別為：0.4MPa、4MPa。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

圖1 混凝土含氣量-粉煤灰摻量曲線

從圖1看出,對(duì)于C30、C40、C50試驗(yàn)混凝土,摻加粉煤灰可明顯降低混凝土含氣量；含氣量由不摻加粉煤灰時(shí)的2.5%,下降到摻量40%的1.7%,最大降幅約0.8%。因此,由于粉煤灰在混凝土中很好發(fā)揮了形態(tài)、填充效應(yīng),降低了混凝土含氣量、提高了密實(shí)度,改善了混凝土拌合物性能。

由圖2,水灰比分別0.45、0.35、0.30時(shí),含氣量隨著粉煤灰摻量的增加(10%、20%、30%、40%)而降低；粉煤灰摻量不變時(shí),含氣量隨著水膠比的增大而增加。

圖2 混凝土含氣量-水灰比變化圖

3 結(jié)論

由于粉煤灰在混凝土中的形態(tài)、填充效應(yīng),密實(shí)度提高、含氣量降低,混凝土拌合物性能得到改善。HFCC隨粉煤灰摻量增大,含氣量的大幅度降低。同時(shí),水灰比由0.45下降到0.30,混凝土的含氣量也呈正比逐漸下降0.5%左右。

[1]CCPA粉煤灰材料分會(huì).2016年度粉煤灰行業(yè)發(fā)展報(bào)告[R]．

[2]王福元,吳正嚴(yán).粉煤灰利用手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004．

[3]GB/T1596-2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S]．

[4]JGJ55-2011 普通混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[5]GB/T50146-2014 粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]．

[6]吳溪.粉煤灰摻量對(duì)混凝土的抗碳化性能的影響[J].江西建材,2016(04):3-6．

[7]王華山.粉煤灰對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能影響研究現(xiàn)狀分析[J].江西建材,2017(21):10-11．