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  粉煤灰综合利用(三)

http://www.fajc.com.cn   发布时间:2008.4.7  访问6553次
 
 
  

粉煤灰混凝土概述
    由于硅酸盐水泥在水化过程中要产生游离石灰(以氢氧化钙的形式存在),对混凝土性能弊多利少,而粉煤灰的火山灰活性使其能与这些游离石灰结合生成新的胶凝物质,制成比普通混凝土性能优良的优质混凝土。因此,在混凝土中掺入粉煤灰,不但能部分代替水泥,降低工程造价,而且能改善和提高混凝土的性能,是高性能混凝土的一个重要组分。凡是掺有粉煤灰的混凝土,都可叫做“粉煤灰混凝土”。
    我国在20世纪50年代初期,就对粉煤灰掺入水泥的性能进行了系统的研究,50代中期,冶金建设部门在东北地区冶金基地建设中,推广干硬性混凝土,并掺加了占水泥量20%左右的粉煤灰,收到了较好的技术和经济效果。水利电力部门有关工程部门从20世纪50年代末开始,曾在一些大型水利工程中应用了大量的粉煤灰,多数用于大坝内部。调查表明,大坝混凝土中掺用粉煤灰,强度和耐久性能满足工程的设计要求。
    20世纪70年代后期,北京石景山电厂为满足日本营造商承包东南亚混凝土工程以及北京市地下铁道工程需要,开始加工符合日本粉煤灰产品规格的磨细粉煤灰,完成了出口任务,同时推动了国内粉煤灰混凝土的技术进步。1979年,由电力部等发布了由建材科学研究院等起草的《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB1596-79)》标准。该国家标准规范中正式规定了直接应用于混凝土中的粉煤灰的质量要求,于1980年5月起实施。至此,可认为是完成了发展粉煤灰混凝土新技术的前期工作。这个标准已在1988年修订。
    纵观我国粉煤灰混凝土新技术发展历程,其特点是研究较早,开发较迟,近年来急起直追,有些技术跟上了国际先进技术的步伐。展望未来,为节约水泥,提高混凝土质量,以及扩大混凝土品种,粉煤灰混凝土新技术的推广势在必行。我国幅员辽阔,各地区条件不尽相同,应用时不宜只套用一个模式,不同地区尚需因地制宜,推行适用技术和组织有效开发。只要今后坚持不懈,在全国范围推广现代混凝土新技术的前景,将会越来越光明。

粉煤灰混凝土的主要技术性质
粉煤灰对混凝土性能的影响
    粉煤灰掺入混凝土后,不仅可以取代部分水泥,降低混凝土的成本,保护环境,而且能与水泥互补长短,均衡和谐,改善混凝土的一系列性能。不管是新拌混凝土还是硬化混凝土,都具有优越的性能。
粉煤灰可提高混凝土的后期强度 
    大量实验资料表明,在混凝土中掺入粉煤灰后,随着其掺量的增加,早期强度(28d以前)逐减,而后期强度则是逐渐增加的。
                                       

                                 掺粉煤灰的混凝土强度值

粉煤灰取代水泥量

/%

抗压强度实测值/MPa

7d

28d

90d

180d

360d

2a

3a

0

13.6

23.7

27.9

29.8

33.4

39.3

44.2

10

13.8

23.0

29.4

32.2

35.7

39.7

48.0

20

12.0

21.9

29.6

33.0

36.9

42.4

48.9

30

10.7

18.0

28.2

34.6

36.7

43.7

49.6

40

6.5

14.1

23.1

32.2

38.0

45.8

50.1

粉煤灰对混凝土后期强度的提高可由粉煤灰效应来解释。
    粉煤灰由于其本身的化学成分,结构和颗粒形状等特征,在混凝土中产生三种效应,即“粉煤灰效应”。
第一,粉煤灰的活性效应。
    粉煤灰混凝土在常温下,由于粉煤灰的水化反应比水泥慢,被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到及时补偿,所以粉煤灰混凝土的早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移,粉煤灰中的活性成分SiO2和A12O3与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应,生成具有胶凝性的水化产物,降低了混凝土中的液相碱度,进一步促进了水泥的水化,因此混凝土的后期强度增长较快。另外粉煤灰中以酸性氧化物为主要成分的玻璃相在潮湿环境中可与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应,生成水化硅酸钙凝胶体C-S-H,对硬化的水泥浆体起增强作用,也能促进混凝土后期强度的增长。
第二,粉煤灰颗粒形态效应。
    优质的粉煤灰中的玻璃球形颗粒粒形完整,表面光滑,粒度较细,质地致密,多孔颗粒极少,因此在搅拌成型过程中不会大量吸水,使得水泥浆体的需水量降低,初始结构得到改善。在以后的养护过程中,水会慢慢地进入粉煤灰颗粒表面的孔隙中,因而就使得颗粒的界面强度大大提高。这就近一步促进了粉煤灰混凝土后期强度增长较快。
第三,粉煤灰的微集料效应。
    粉煤灰的颗粒越细,微小的玻璃球形颗粒越多,比表面积也越大,粉煤灰中的活性成分也就越容易和水泥中的Ca(OH)2化合,其活性就越高。另外随着颗粒细度的增加,粉煤灰的密度增大,标准稠度需水量减少,浆体的密实度及强度增大。所以,粉煤灰磨的愈细,活性越高,越能促进混凝土后期强度的增长。
    大量试验已证实,粉煤灰能促进混凝土后期强度的增长。但后期强度的增长并非随着粉煤灰掺量的无限增加而增大,而是有个最佳掺量的问题。最佳掺量随粉煤灰的成分、细度、颗粒结构形态及其所用水泥品种的不同而有差异。
    此外,养护条件和早期温升对强度也有很大的影响。

煤灰可改善新拌混凝土的工作性
    粉煤灰的颗粒形态效应和微集料效应都是水泥颗粒所不具备的,由于粉煤灰的颗粒形态效应,使其可以改善混凝土的施工性能,在振动外力或自重作用下易于成型;由于粉煤灰的微集料效应,使混凝土易于密实,不离析泌水,因而粉煤灰混凝土的工作性能较好,不仅适用于一般工程的施工,而且在斜面浇注和滑模浇注立面混凝土的工程中有很好的应用,如大坝的面板与水渠的边坡摊铺、横坡很大的路面以及路缘、护栏的施工等。
粉煤灰对硬化混凝土耐久性的影响 
    虽然混凝土的强度对于结构来说是至关重要的。但混凝土的耐久性却决定了建筑物的使用期限。这是设计的目的,也就是耐久性设计。混凝土中掺入粉煤灰后,对耐久性的影响归纳如下。
    1、粉煤灰对混凝土渗透性的影响 
    检验侵蚀性介质对混凝土作用时,首先考虑的是其渗透性。渗透性与混凝土的孔隙密切相关,而且部分地受水泥浆的物理-化学性质的影响。
    Berry和Malhotra把粉煤灰对混凝土渗透性的影响归纳如下。
    A水的渗透性增大。强度为40~60MPa的混凝土,含粉煤灰的原始表面吸附水0.09~0.05mL/㎡·s。

粉煤灰混凝土对腐蚀性环境的抵抗
    以下主要讨论海洋环境和硫酸盐介质环境下,粉煤灰混凝土的抗腐蚀问题。
    海洋工程混凝土遭受物理与化学侵蚀的联合作用;也就是在潮汐区混凝土钢筋受CI-侵蚀及硫酸盐腐蚀。Berry与 Malhotra 认为,由于资料不足,粉煤灰对这些只能说有一些潜在的影响。
    Thomas报道了三级强度的混凝土(抗压强度25MPa、35MPa、45MPa)的性能。这三级强度的混凝土用F级粉煤灰15%、30%和50%,分别置换混凝土中相应的水泥。测定了这些混凝土与海水接触处的总的CI-浓度分布。含粉煤灰混凝土的CI-扩散系数是(1.13~3.73)×10-12㎡/s,明显地低于对比的基准混凝土的(2.13~15.06)×10-12㎡/s。很明显,这可以使钢精的腐蚀大大地减轻。他们还进一步报道了与海水接触1~2a,含30%和50%的粉煤灰混凝土,渗透深度大于10㎜的部分混凝土的CI-,没有明显增加。说明粉煤灰混凝土用于海洋工程是很有希望的。

粉煤灰混凝土的碳化 
    碳化对混凝土的侵蚀主要是使混凝土中钙的存在状态不同。最终产物是通过Ca(HCO3)2、CaCO3等平衡。混凝土孔隙中的PH值降低,从而降低对钢筋的保护能力。另一方面,由于碳化而产生收缩,提高了空气对混凝土的渗透性。
    由于混凝土中粉煤灰的火山灰反应,消耗了一部分Ca(OH)2,一定会影响混凝土的PH值,从而影响到混凝土的碳化。
    日本的八尾和长崎进行了粉煤灰混凝土的加速碳化试验(7%CO2,40℃,50%RH)与自然碳化试验,他们得出以下结论:
    a、混凝土的碳化深度,在加速试验时,与暴露存放时间的平方根成正比,与混凝土配比及原来的养护条件无关;
    b、粉煤灰混凝土的碳化系数,与其说受最初养护条件的影响,还不如说受粉煤灰掺量的影响更大;
    c、随着混凝土中粉煤灰代替水泥量增大,及含气量增加,碳化系数增大;
    d、在加速试验与自然碳化试验条件下,混凝土的碳化深度,均与其28d龄期强度有关;
    e、自然条件下的碳化深度,可以通过加速试验的经验方程预测。

粉煤灰混凝土的抗冻性 
    试验证明,混凝土中以20%粉煤灰代替相应的水泥,其抗冻性能超过对比的基准混凝土。但是掺量太高(50%)时,经150~200次冻融后,混凝土出现明显的破坏。混凝土中含气量相同,抗压强度相同,其中含与不含粉煤灰,抗冻性无明显差别。

参考文献:

1、  《生态水泥与废弃物资源化利用技术》  施惠生主编  化学工业出版社

2、  《蒸制粉煤灰砖》   中国建筑工业出版社  1975年出版

3、  粉煤灰免烧免蒸砖生产技术  吕梁 《粉煤灰综合利用》杂志95年第2

4、  《粉煤灰陶粒》   中国建筑工业出版社   1974年出版

5、  《新型砖生产与应用》    何劲波等主编    金盾出版社

6、  《灰砂砖》 建筑工程部水泥研究院编  19588月出版

7、  《工业废渣生产建筑材料实用技术》  闫振甲等编著  化学工业出版社     

相关资料:

        粉煤灰综合利用(一)

 

        粉煤灰综合利用(二)

 

        粉煤灰陶粒混凝土的性能和经济社会效益

 

        用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB/T1596-2005

 
 
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