武汉微神科技发展有限公司
 技术信息

粉煤灰品质对其需水量及活性的影响

粉煤灰 

粉煤灰是火力发电厂煤炭在锅炉中燃烧后,随烟气从锅炉尾部排出经收尘器收集下来的固体颗粒。粉煤灰主要由不同尺寸的细小球状玻璃颗粒组成,化学成分主要为Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3等组成,具体化学组成取决于所用燃煤的品种[1]。

根据美国相关标准规定,将(SiO2+Al2O3+Fe2O3)>>70%的粉煤灰划分为F级,此类粉煤灰的CaO含量通常小于10%,因此仅具有很小的水硬性,它的活性主要来源于粉煤灰中的硅铝酸盐矿物与水泥水化产生的Ca(OH)2发生火山灰反应而产生强度,因此,此类粉煤灰的活性较低。

将70%>(SiO2+Al2O3+Fe2O3)>50%的粉煤灰划分为C类粉煤灰,此种粉煤灰还有一定量的CaO、C3A、C2S及4CaO·3 Al2O3·SO3,因此,除了具有火山灰活性外,还具有一定的水硬性,因此它的活性较高[2]。广东地区粉煤灰主要以F级为主。粉煤灰是现代商品混凝土的最主要辅助胶凝材料之一,人们主要是利用粉煤对混凝土的减水效应和有利于后期强度的增长。然而近年来随着我国各地区建筑工业的快速发展,对粉煤灰需求也逐年增加,粉煤灰的利用率已接近100%,因此粉煤灰的品质也参差不齐,广东地区市面上甚至出现了假冒粉煤灰。 

高品质的粉煤灰减水效果明显,能显著降低混凝土的拌合用水量,因此,能提高混凝土的强度,而低品质的劣质粉煤灰不仅无减水效果,还会增加混凝土的拌合用水量,因而对混凝土产生了不利影响[3]。因此,本文分析研究了粉煤灰主要品质指标如烧失量、细度对粉煤灰需要水比和活性指数的影响,为各预拌混凝土搅拌站在使用粉煤灰时提供一些依据。 

1原材料与试验方法

1.1原材料

1)水泥。采用华润水泥(封开)有限公司生产的华润牌PO42.5级水泥(各项物理性能指标见表1)。

粉煤灰品质对其需水量及活性的影响

2)粉煤灰。采用本公司所用的2个厂家共6种不同品质的粉煤灰各取3个样品,各项性能指标见表2。

粉煤灰品质对其需水量及活性的影响

3)砂。采用符合国家标准规定的由厦门艾思特标准砂有限公司生产的标准砂。 

4)水。深圳地区自来水。 

1.2实验方法

1)不同品质的粉煤灰的需水量试验。试验测试了不同品质的粉煤灰在相同掺量时胶砂流动度达到130~140mm的用水量,之后与基准砂浆的用水量相比,计算需水量比。具体实验步骤见GB/T1596-2005《用于水泥与混凝土中的粉煤灰》中附录B。 

2)不同品质的粉煤灰的活性指数试验见GB/T1596-2005《用于水泥与混凝土中的粉煤灰》中附录D。 

2结果与讨论

2.1粉煤灰品质对需水量的影响

2.1.1细度对粉煤灰需水量比的影响

细度是体现粉煤灰颗粒大小的一个主要指标,较细的粉煤灰可以填充到水泥浆体中,改善水泥浆的孔结构。测试细度的方法主要有筛余法和比表面积法。本公司主要用45µm筛筛余来表征粉煤灰的细度,筛余值越大,则表示粉煤灰颗粒越粗,筛余值小,则细度小,比表面积大。细度对粉煤灰需水量比的影响见图1。从图1中我们可以看出,粉煤灰的需水量比并不与细度成线性增长关系,随着细度的增大而逐渐增大,而是在一定范围内随细度的增大而增大,如在细度小于20%时随着细度的增大而增大,随后会出现一个不寻常的点,再之后又随细度的增大而增大。 

这与杨红伟[4],周茗如等[5]的研究结果不一致。作者认为,这主要是因为不同的学者采用的粉煤灰产地及生产工艺不同,因而各方面都存在着较大的差异。这表明虽然细度对粉煤灰需水量影响很大,但还不能起到决定性的作用,还要考虑其他因素(如烧失量)对需水量的影响。另外从图1中我们还可以看出,当粉煤灰的细度为6.2%时,其需水量比只有90%,这主要是因为较细的粉煤灰密度大,密实型的球形玻璃体含量高,且粉煤灰颗粒的光圆度高,提高了浆体的流动性,因而需水量小。

2.1.2烧失量对粉煤灰需水量比的影响

烧失量(英文简写LOI),这里指将粉煤灰放入高温炉中在1000℃±50℃灼烧1~2h后失去的重量百分数。是表征粉煤灰中未燃尽的有机物包括含碳粒多少的重要指标。通常人们认为粉煤灰烧失量越大,则其中含未燃尽碳量越多,因而导致需水量增大。图2是粉煤灰烧失量与粉煤灰需水量比的关系图。从图2中我们可以看出粉煤灰的需水量比基本上随烧失量的增大而呈线性的增大,相关系数高达0.95。这表明烧失量对粉煤灰的需水量有负面影响,这主要是因为烧失量大的粉煤灰中未燃尽碳量高,而碳粒本身粗大而多孔,且无胶凝性,因而容易吸水,从而导致粉煤灰的需水量大。这提示我们尽量不要采用烧失量大的粉煤灰作为混凝土的掺合料,否则会增大拌制混凝土时的用水量,从而给混凝土的各项性能带来负面影响,如降低强度、增大干缩等混凝土重要性能。

        2.2粉煤灰品质对活性指数的影响

2.2.1细度对粉煤灰活性的影响

粉煤灰细度与其活性指数关系见图3。从图3中,可以看出粉煤灰的细度与其活性指数的相关性较高,相关系数R达到0.90,这主要是因为粉煤灰细度越细,则比表面积越大,其受水泥水化生产的践行物质激发生成胶凝性物质的能力就越强,从而使粉煤灰的活性越高。细度越粗,与碱性物质接触的总比表面积越小,因而反应能力较弱,活性越低。 

2.2.2烧失量对粉煤灰活性的影响

粉煤灰烧失量与其活性指数的关系见图4。从图4中,我们可以看出粉煤灰的烧失量与其活性指数的相关性很小,相关系数仅0.27,从表2中,可知6种粉煤灰的烧失量都小于5%,都满足Ⅰ级粉煤灰对烧失量的限定。

3结论

1)粉煤灰的细度主要影响其活性,与活性的相关系数高达0.90,而对粉煤灰需水量的影响无明显规律性。 

2)粉煤灰的烧失量主要影响其需水量,粉煤灰的需水量比基本上随烧失量的增大而呈线性的增大,相关系数高达0.95,而烧失量与粉煤灰活性指数的相关性很小。

参考文献:

[1] 彭敏. 粉煤灰的形貌、组成分析及其应用[D]. 湘潭: 湘潭大学, 2004.

[2] 史才军. 碱-激发水泥与混凝土[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.

[3] 郭元强. 粉煤灰品质对混凝土的质量影响[J]. 福建建材, 2014, 33(11): 17-18.

[4] 杨宏伟. 粉煤灰细度对水泥胶砂性能影响[J]. 广东建材, 2013, 29(11): 23-24.

[5] 周茗如, 孙耀峰, 乔宏霞. 不同品质粉煤灰在砂浆中减水效应及强度规律的研究[J]. 粉煤灰综合利用, 2011, 25(1): 15-17.