一、前言
眾所周知，粉煤灰可廣泛應(yīng)用于建筑、建材領(lǐng)域，節(jié)約大量不可再生資源。但近年來開始在環(huán)保要求較高的沿海地區(qū)火電廠推廣使用的低硫份、低灰份、高發(fā)熱量的神木煤后所形成的高鈣粉煤灰成色較差，f-CaO含量較高，易由于安定性問題給其在水泥和混凝土中應(yīng)用帶來不利影響。
本文主要研究上海地區(qū)鍋爐燃煤混燒所排放的高鈣粉煤灰在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。用于水泥膠砂和混凝土中進行性能試驗的試樣均來自W、M、P三個電廠電除塵壓力罐處，其中電除塵一電場收集的灰樣模擬粗灰?guī)旎覙?，電除塵二、三電場收集的灰樣模擬細(xì)灰?guī)旎覙?，分別考察其在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。
二、試驗用原材料及性能
2.1 水泥
下述試驗采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸鹽水泥，其物理性能分析見下表。
表1：水泥物理性能
2.2 粉煤灰
A1灰，采用M電廠—電場灰樣
A2灰：采用M電廠二、三電場灰樣
B1灰：采用W電廠—電場灰樣
B2灰：采用W電廠二、三電場灰樣
C1灰：采用P電廠#1和#3粗灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋砸浑妶觯?
C2灰：采用P電廠#2細(xì)灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋远?、三電場?
上述五個灰樣的物理性能檢驗結(jié)果見表2。
表2:粉煤灰物理性能測試結(jié)果
表3列舉了上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定。
表3： DBJ08-230-98中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定
對照表2和表3，可以看出，在三次鍋爐燃煤混燒試驗中，W、M、P三個電廠二、三電場收集的細(xì)灰中粉煤灰的各項技術(shù)指標(biāo)可以達到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣粉煤灰要求，而一電場收集的粗灰中的粉煤灰則基本波動于Ⅱ級高鈣粉煤灰指標(biāo)要求附近。
2.3 細(xì)骨料
粉煤灰用于水泥膠砂中的試驗研究采用標(biāo)準(zhǔn)砂。
粉煤灰用于混凝土中的試驗研究采用中砂，細(xì)度模數(shù)μf=2.3，含水率3.8%，符合JGJ52-92標(biāo)準(zhǔn)。
2.4 粗骨料
碎石，5-31.5mm連續(xù)級配，堆積容重1440kg/m3，平均含泥0.2%，平均泥塊含量0%，符合JGJ53-92標(biāo)準(zhǔn)。
2.5外加劑
ZK901 普通減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，減水率12%，ZK904高效減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司，減水率18%。
三、高鈣粉煤灰用于水泥砂漿的試驗研究
3.1 高鈣粉煤灰對于水泥膠砂強度的影響
表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六種混燒粉煤灰在水泥砂漿中的使用效果，水泥砂漿成型根據(jù)GB177-85，以等流度控制（流動度控制在130±5mm），根據(jù)粉煤灰在不同摻量下的需水量調(diào)整水泥膠砂成型用水量。
根據(jù)表4可以分析
① A1、B1灰（即模擬粗灰?guī)熘械幕覙樱┖虲1灰（粗灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，當(dāng)其摻入水泥砂漿時，可引起水泥砂漿抗壓、抗折強度一定程度的下降，摻量越大，下降程度愈甚，當(dāng)摻量為10%時，砂漿抗壓強度較基準(zhǔn)下降10%左右，而摻量至20%、30%時，其下降程度可達15%—20%。
② A2、B2（即模擬細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┖虲2灰（細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，其摻量在10%，各齡期強度與基準(zhǔn)基本相近，當(dāng)摻量達到20%-30%時，早期強度有些微下降，后期較基準(zhǔn)還有所提高。
③ 細(xì)灰?guī)斓幕鞜勖夯覝p水效果明顯，早期及后期強度效應(yīng)均有較好體現(xiàn)。
表4：粉煤灰在水泥膠砂中的試驗分析
根據(jù)表5，可得到：
①P電廠#2細(xì)灰?guī)旆勖夯铱捎糜贑20 ~ C50普通混凝土配制，該粉煤灰具有一定的減水效果和同水泥相當(dāng)?shù)哪z凝效力，可以1：1取代15% ~ 30%的水泥。
② 表5中各系列配比通過28天強度驗證，均達到設(shè)計要求。
③ 隨混凝土設(shè)計強度等級變大，膠凝材料用量增多，可相應(yīng)提高該粉煤灰在混凝土中的摻量。
五、結(jié)論
1、根據(jù)W、M和P電廠的抽樣分析可知，粗灰?guī)熘谢覙有阅芑静▌佑贒BGJ08-230-98規(guī)定的Ⅱ級高鈣性能指標(biāo)附近，尤其是其f-CaO和安定性指標(biāo)合格，細(xì)灰?guī)熘谢覙有阅苤笜?biāo)可以達到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣灰性能指標(biāo)。
2、水泥——粉煤灰凈漿試驗結(jié)果表明，在合理摻量條件下，混燒灰樣不會引起安定性不良的現(xiàn)象產(chǎn)生。
3、細(xì)灰?guī)熘蟹勖夯覝p水效果明顯，且具一定的膠凝效力，可以1：1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。
4、經(jīng)合理級配，粗灰?guī)熘谢覙右部梢杂糜诨炷恋呐渲啤５诠こ虒嶋H應(yīng)用中，對游離氧化鈣和安定性超標(biāo)的粉煤灰，仍需非常謹(jǐn)慎，并嚴(yán)格控制?；蛲ㄟ^后加工，經(jīng)系統(tǒng)試驗鑒定，體積安定性合格，并對混凝土強度、和易性及耐久性確實無不利影響，可考慮出廠使用。
眾所周知，粉煤灰可廣泛應(yīng)用于建筑、建材領(lǐng)域，節(jié)約大量不可再生資源。但近年來開始在環(huán)保要求較高的沿海地區(qū)火電廠推廣使用的低硫份、低灰份、高發(fā)熱量的神木煤后所形成的高鈣粉煤灰成色較差，f-CaO含量較高，易由于安定性問題給其在水泥和混凝土中應(yīng)用帶來不利影響。
本文主要研究上海地區(qū)鍋爐燃煤混燒所排放的高鈣粉煤灰在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。用于水泥膠砂和混凝土中進行性能試驗的試樣均來自W、M、P三個電廠電除塵壓力罐處，其中電除塵一電場收集的灰樣模擬粗灰?guī)旎覙?，電除塵二、三電場收集的灰樣模擬細(xì)灰?guī)旎覙?，分別考察其在水泥、混凝土中的應(yīng)用效果。
二、試驗用原材料及性能
2.1 水泥
下述試驗采用江南小野田P.Ⅱ52.5#硅酸鹽水泥，其物理性能分析見下表。
表1：水泥物理性能
|
密度g/cm3 |
細(xì)度
80μm篩余% |
比表面積m2/kg |
凝結(jié)時間(h) |
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%） |
安定性 |
抗折強度（MPa） |
抗壓強度
(Mpa) | |||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||||
|
3.15 |
0.3 |
341 |
1:43 |
2:39 |
26.00 |
合格 |
6.4 |
9.2 |
35.4 |
65.2 |
2.2 粉煤灰
A1灰，采用M電廠—電場灰樣
A2灰：采用M電廠二、三電場灰樣
B1灰：采用W電廠—電場灰樣
B2灰：采用W電廠二、三電場灰樣
C1灰：采用P電廠#1和#3粗灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋砸浑妶觯?
C2灰：采用P電廠#2細(xì)灰?guī)斓幕覙樱ㄔ醋远?、三電場?
上述五個灰樣的物理性能檢驗結(jié)果見表2。
表2:粉煤灰物理性能測試結(jié)果
|
密度g/cm3 |
細(xì)度
80μm篩余% |
比表面積m2/kg |
凝結(jié)時間(h) |
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%） |
安定性 |
抗折強度（MPa） |
抗壓強度
(Mpa) | |||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | |||||
|
3.15 |
0.3 |
341 |
1:43 |
2:39 |
26.00 |
合格 |
6.4 |
9.2 |
35.4 |
65.2 |
表3列舉了上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ08-230-98《高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定。
表3： DBJ08-230-98中對高鈣粉煤灰的質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定
|
項目 |
質(zhì)量指標(biāo) | |
|
Ⅰ級灰 |
Ⅱ級灰 | |
|
燒失量（%） |
≤5 |
≤8 |
|
游離氧化鈣（%） |
≤3.0 |
≤2.5 |
|
安定性(mm) |
≤5 |
≤5 |
|
三氧化硫(%) |
≤3 |
≤3 |
|
0.045mm細(xì)度（%） |
≤12 |
≤20 |
|
需水量比（%） |
≤95 |
＜100 |
|
含水率（%） |
≤1 |
≤1 |
對照表2和表3，可以看出，在三次鍋爐燃煤混燒試驗中，W、M、P三個電廠二、三電場收集的細(xì)灰中粉煤灰的各項技術(shù)指標(biāo)可以達到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣粉煤灰要求，而一電場收集的粗灰中的粉煤灰則基本波動于Ⅱ級高鈣粉煤灰指標(biāo)要求附近。
2.3 細(xì)骨料
粉煤灰用于水泥膠砂中的試驗研究采用標(biāo)準(zhǔn)砂。
粉煤灰用于混凝土中的試驗研究采用中砂，細(xì)度模數(shù)μf=2.3，含水率3.8%，符合JGJ52-92標(biāo)準(zhǔn)。
2.4 粗骨料
碎石，5-31.5mm連續(xù)級配，堆積容重1440kg/m3，平均含泥0.2%，平均泥塊含量0%，符合JGJ53-92標(biāo)準(zhǔn)。
2.5外加劑
ZK901 普通減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，減水率12%，ZK904高效減水劑，上海住總—建科化學(xué)建材有限公司，減水率18%。
三、高鈣粉煤灰用于水泥砂漿的試驗研究
3.1 高鈣粉煤灰對于水泥膠砂強度的影響
表4列出了A1、B1、B2、A2、B2、C1、C2六種混燒粉煤灰在水泥砂漿中的使用效果，水泥砂漿成型根據(jù)GB177-85，以等流度控制（流動度控制在130±5mm），根據(jù)粉煤灰在不同摻量下的需水量調(diào)整水泥膠砂成型用水量。
根據(jù)表4可以分析
① A1、B1灰（即模擬粗灰?guī)熘械幕覙樱┖虲1灰（粗灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，當(dāng)其摻入水泥砂漿時，可引起水泥砂漿抗壓、抗折強度一定程度的下降，摻量越大，下降程度愈甚，當(dāng)摻量為10%時，砂漿抗壓強度較基準(zhǔn)下降10%左右，而摻量至20%、30%時，其下降程度可達15%—20%。
② A2、B2（即模擬細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┖虲2灰（細(xì)灰?guī)熘械幕覙樱┰谒嗌皾{中的使用效果相近，其摻量在10%，各齡期強度與基準(zhǔn)基本相近，當(dāng)摻量達到20%-30%時，早期強度有些微下降，后期較基準(zhǔn)還有所提高。
③ 細(xì)灰?guī)斓幕鞜勖夯覝p水效果明顯，早期及后期強度效應(yīng)均有較好體現(xiàn)。
表4：粉煤灰在水泥膠砂中的試驗分析
|
粉煤灰編號 |
摻量
（%） |
抗折強度(MPa) |
抗壓強度(MPa) | ||||||
|
3d |
7d |
28d |
60d |
3d |
7d |
28d |
60d | ||
|
基準(zhǔn) |
0 |
7.9 |
8.4 |
9.7 |
10.1 |
44.1 |
57.9 |
70.4 |
73.2 |
|
A1 |
10
20
30 |
7.5
7.0
5.9 |
7.7
7.3
6.2 |
8.2
7.9
7.1 |
9.6
9.6
2.9 |
40.6
35.8
33.0 |
49.2
40.1
43.1 |
59.9
52.8
44.6 |
64.7
54.6
51.7 |
|
A2 |
10
20
30 |
7.8
7.2
6.9 |
8.2
8.0
7.3 |
9.9
10.0
9.5 |
10.2
11.2
10.6 |
43.6
40.7
39.2 |
58.7
56.2
48.9 |
72.0
71.9
68.9 |
79.4
74.3
71.0 |
|
B1 |
10
20
30 |
7.3
6.4
4.8 |
7.9
6.9
6.0 |
8.4
7.6
7.2 |
9.2
8.8
8.8 |
39.3
33.0
31.4 |
45.7
39.8
40.6 |
59.4
50.2
49.8 |
66.7
59.3
66.6 |
|
B2 |
10
20
30 |
7.9
7.0
7.0 |
8.3
8.0
7.9 |
9.7
9.9
10.0 |
11.1
12.0
11.9 |
44.1
43.7
40.6 |
59.4
58.2
59.1 |
73.0
72.5
75.0 |
79.6
77.4
80.0 |
|
C1 |
10
20
30 |
7.4
7.1
5.6 |
7.9
7.5
6.8 |
8.3
7.9
7.9 |
9.0
9.2
8.9 |
41.2
36.1
35.0 |
49.9
42.2
39.9 |
60.2
53.6
49.9 |
67.1
60.1
54.9 |
|
C2 |
10
20
30 |
8.0
7.2
7.3 |
8.4
8.1
7.9 |
9.9
10.0
10.2 |
11.4
11.9
11.9 |
45.7
43.2
41.0 |
60.0
59.9
59.7 |
74.2
74.5
79.6 |
79.4
80.0
81.2 |
3.2 不同摻量條件下，高鈣粉煤灰對水泥漿體體積安定性的影響
圖1和圖2反映了A1灰摻量為5% ~ 30%條件下、 A2灰摻量為5% ~ 50%條件下時粉煤灰—水泥漿體安定性的影響規(guī)律，可見兩條曲線的變化規(guī)律—致，即雷氏夾的體積膨脹在粉煤灰摻量為10% ~ 25%時有明顯變化，但在其摻量范圍內(nèi)，其最大雷氏夾膨脹量均在5.0mm以下，故水泥——粉煤灰漿體體積安定性合格。
圖1：
圖2：
四、混燒粉煤灰用于混凝土的試驗研究
4.1 P電廠粉煤灰樣品在混凝土中的試驗研究
因取樣關(guān)系，本部分內(nèi)容就C2灰在混凝土中直接摻用的使用效果做了研究。
根據(jù)C2粉煤灰的物理性質(zhì)分析，該粉煤灰屬I級高鈣粉煤灰，其細(xì)度較小，需水量比較小，減水效果明顯，活性效應(yīng)十分明顯，故考慮用其以取代系數(shù)為1.0的條件替代水泥，制備混凝土。
表5列舉了用C2粉煤灰制備的C20—C50系列混凝土配比和強度測試結(jié)果。
表5：
|
粉煤灰編號 |
摻量
（%） |
抗折強度(MPa) |
抗壓強度(MPa) | ||||||
|
3d |
7d |
28d |
60d |
3d |
7d |
28d |
60d | ||
|
基準(zhǔn) |
0 |
7.9 |
8.4 |
9.7 |
10.1 |
44.1 |
57.9 |
70.4 |
73.2 |
|
A1 |
10
20
30 |
7.5
7.0
5.9 |
7.7
7.3
6.2 |
8.2
7.9
7.1 |
9.6
9.6
2.9 |
40.6
35.8
33.0 |
49.2
40.1
43.1 |
59.9
52.8
44.6 |
64.7
54.6
51.7 |
|
A2 |
10
20
30 |
7.8
7.2
6.9 |
8.2
8.0
7.3 |
9.9
10.0
9.5 |
10.2
11.2
10.6 |
43.6
40.7
39.2 |
58.7
56.2
48.9 |
72.0
71.9
68.9 |
79.4
74.3
71.0 |
|
B1 |
10
20
30 |
7.3
6.4
4.8 |
7.9
6.9
6.0 |
8.4
7.6
7.2 |
9.2
8.8
8.8 |
39.3
33.0
31.4 |
45.7
39.8
40.6 |
59.4
50.2
49.8 |
66.7
59.3
66.6 |
|
B2 |
10
20
30 |
7.9
7.0
7.0 |
8.3
8.0
7.9 |
9.7
9.9
10.0 |
11.1
12.0
11.9 |
44.1
43.7
40.6 |
59.4
58.2
59.1 |
73.0
72.5
75.0 |
79.6
77.4
80.0 |
|
C1 |
10
20
30 |
7.4
7.1
5.6 |
7.9
7.5
6.8 |
8.3
7.9
7.9 |
9.0
9.2
8.9 |
41.2
36.1
35.0 |
49.9
42.2
39.9 |
60.2
53.6
49.9 |
67.1
60.1
54.9 |
|
C2 |
10
20
30 |
8.0
7.2
7.3 |
8.4
8.1
7.9 |
9.9
10.0
10.2 |
11.4
11.9
11.9 |
45.7
43.2
41.0 |
60.0
59.9
59.7 |
74.2
74.5
79.6 |
79.4
80.0
81.2 |
根據(jù)表5，可得到：
①P電廠#2細(xì)灰?guī)旆勖夯铱捎糜贑20 ~ C50普通混凝土配制，該粉煤灰具有一定的減水效果和同水泥相當(dāng)?shù)哪z凝效力，可以1：1取代15% ~ 30%的水泥。
② 表5中各系列配比通過28天強度驗證，均達到設(shè)計要求。
③ 隨混凝土設(shè)計強度等級變大，膠凝材料用量增多，可相應(yīng)提高該粉煤灰在混凝土中的摻量。
五、結(jié)論
1、根據(jù)W、M和P電廠的抽樣分析可知，粗灰?guī)熘谢覙有阅芑静▌佑贒BGJ08-230-98規(guī)定的Ⅱ級高鈣性能指標(biāo)附近，尤其是其f-CaO和安定性指標(biāo)合格，細(xì)灰?guī)熘谢覙有阅苤笜?biāo)可以達到DBJ08-230-98規(guī)定的Ⅰ級高鈣灰性能指標(biāo)。
2、水泥——粉煤灰凈漿試驗結(jié)果表明，在合理摻量條件下，混燒灰樣不會引起安定性不良的現(xiàn)象產(chǎn)生。
3、細(xì)灰?guī)熘蟹勖夯覝p水效果明顯，且具一定的膠凝效力，可以1：1的比例替代混凝土中水泥15%-30%。
4、經(jīng)合理級配，粗灰?guī)熘谢覙右部梢杂糜诨炷恋呐渲啤５诠こ虒嶋H應(yīng)用中，對游離氧化鈣和安定性超標(biāo)的粉煤灰，仍需非常謹(jǐn)慎，并嚴(yán)格控制?；蛲ㄟ^后加工，經(jīng)系統(tǒng)試驗鑒定，體積安定性合格，并對混凝土強度、和易性及耐久性確實無不利影響，可考慮出廠使用。
