一種自制摻合料在混凝土中的應用

曹潔華，鄔海濤

（鎮江四方建設工程質檢有限公司，江蘇 鎮江 212000）

一種自制摻合料在混凝土中的應用

曹潔華，鄔海濤

（鎮江四方建設工程質檢有限公司，江蘇 鎮江 212000）

利用循環流化床粉煤灰和鋼渣中的石膏和 CaO 與礦粉中的活性組分反應，相互激發使得該種摻合料的早期和后期活性效果良好，將循環流化床粉煤灰、鋼渣和水淬粒化高爐礦渣粉磨成不同細度，實現了各組分之間的梯次反應和顆粒的緊密堆積。此種摻合料應用于混凝土中時，效果優于礦粉和粉煤灰。

摻合料；CFBC 粉煤灰；鋼渣

0 前言

隨著環境保護要求的進一步提升，各種工業廢棄物的綜合利用得到了廣泛的關注。優質粉煤灰和礦粉已經在水泥混凝土行業廣泛應用并成為稀缺資源，但循環流化床（circulating fluidized bed combustion，CFBC）粉煤灰和鋼渣利用率一直很低，且對環境造成沉重的負擔[1-2]。

循環流化床粉煤灰在化學組成、礦物組成和性能表現上都與普通粉煤灰不同，大部分都不符合現有的技術標準和使用規范，因而難以直接應用在水泥混凝土中。CFBC 粉煤灰具有顆粒較粗、形貌不規則、f-CaO 和 SO3含量高，以及以硬石膏和石灰作為主要礦物組成等特點。因此，循環流化床粉煤灰需水量大、活性低，且容易導致水泥混凝土凝結時間異常。

而另一種工業廢渣——鋼渣，雖已應用多年，但由于鋼渣存在著安定性不良、易磨性很差、早期活性很低等技術瓶頸，因而也一直未能大規模應用于水泥混凝土中，鋼渣的排放依然對環境造成巨大的壓力。

鑒于上述原因，筆者嘗試將 CFBC 粉煤灰與鋼渣應用于混凝土中，取代普通礦粉，并對其性能進行檢測，以期找到合理利用這兩種工業副產品的方法。

1 原材料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5 水泥，28d 水泥強度為48.7MPa。（2）礦粉：常州友邦礦粉，流動度比 101%，比表面積 415m2/kg，28d 活性指數 103%。（3）粉煤灰：鎮江諫壁 Ⅱ 級灰，45μm 方孔篩篩余 15%，燒失量 1.8%，需水量比 99%。（4）CFBC 粉煤灰：揚州某廠提供。（5）水淬粒化高爐礦渣：南鋼嘉華提供，玻璃體含量 98%。（6）轉爐鋼渣：南鋼嘉華提供，堿度為 3.2。（7）粗骨料：5～20mm 碎石，含泥量 0.5%。（8）細骨料：江砂，細度模數 2.6，含泥量 1.5%。（9）水：市政自來水。（10）減水劑：鎮江特密斯 PCA，減水率 25%。

2 試驗方法

采用立磨方式將循環流化床粉煤灰比表面積粉磨至550m2/kg 左右，將鋼渣粉磨至比表面積為 250m2/kg 左右，水淬粒化高爐礦渣比表面積粉磨至 400m2/kg 左右，然后將三者的質量百分比按照循環流化床粉煤灰 15%、鋼渣 15%、礦粉70% 混合制成混凝土摻合料。隨后測試此混凝土摻合料在混凝土中應用取代粉煤灰和礦粉時的各項性能指標對比。

測試方法參照 GB /T 18046-2008《用于水泥和混凝土中粒化高爐礦渣粉》、GB /T 50080-2002《普通混凝土的拌合物性能試驗方法標準》、GB /T 50081-2002《普通混凝土力學性試驗方法標準》和有關規定進行，測試的項目包括摻合料的活性指數及流動度比、混凝土的坍落度及 3d、7d、28d抗壓強度。試驗采用商品混凝土中最常用的 C30 配比作為基準配合比，見表 1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 試驗結果與討論

3.1 混凝土摻合料的活性指數及流動度比

參照 GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》測試此種混凝土摻合料的活性指數及流動度比，結果如表 2 所示。

表2 混凝土摻合料的活性指數及流動度比

由試驗結果可知，此種摻合料的流動度比和活性指數都明顯優于礦粉，在混凝土中有很好的應用潛力。CFBC 粉煤灰、鋼渣、礦粉分別粉磨處理至幾種不同的粒徑范圍，有助于實現這種高品質混合材的顆粒體系的緊密堆積，降低了摻合料的孔隙率，使摻合料的流動度比相對于粒徑分布較窄的礦粉有著明顯的提高。

此外，CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰含量較高，鋼渣中的 CaO 含量居高不下，很多鋼渣中的石膏含量也不低，而這些石膏與 CaO 易于和礦粉中的活性組分（如 SiO2和Al2O3），這些組分之間的相互激發使得混合后的產品早期活性和后期活性都比較理想，反應后生成 C-S-H 凝膠。

3.2 自制混凝土摻合料在混凝土中的應用

為了驗證此種摻合料在混凝土中的應用效果，在試驗中用此種摻合料分別取代礦粉、粉煤灰和完全取代礦粉及粉煤灰，考察混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力學性能。具體結果如表 3 所示。

表3 自制該摻合料對混凝土性能的影響

將此種摻合料應用于 C30 商品混凝土中，無論是分別取代礦粉、粉煤灰還是完全取代礦粉和粉煤灰，混凝土的工作性能和力學性能都有明顯的改善。

此外，此種混凝土摻合料的制備成本較低。CFBC 粉煤灰和鋼渣都是目前較難處理的工業固體廢棄物，CFBC 由于自身化學及礦物組成的影響，應用受到諸多限制，鋼渣由于其粉磨成本高，推廣應用一直裹足不前。在此種摻合料的制備過程中，將鋼渣粉磨至較粗的顆粒，大幅度降低了鋼渣的粉磨成本，鋼渣顆粒的本征強度很高，顆粒較粗時，僅表面參與相互激發反應，而自身充當膠凝材料和細骨料的過渡顆粒，有助于提高膠凝體系的力學性能和體積穩定性；CFBC粉煤灰相對易磨，將 CFBC 粉煤灰處理成粒度最小的顆粒，有助于 CFBC 粉煤灰中的硬石膏和石灰與礦粉在水化早期相互激發，保證了摻合料的早期活性；粗顆粒鋼渣可在后期持續提供鈣源激發水淬粒化高爐礦渣水化，保證了摻合料的后期活性。

4 結論

（1）采用分別粉磨的方法處理 CFBC 粉煤灰、鋼渣、水淬粒化高爐礦渣，然后將三者的質量百分比按照循環流化床粉煤灰 15%、鋼渣 15%、礦粉 70% 混合制成混凝土摻合料，此種混凝土摻合料的流動度比和活性指數都明顯優于普通礦粉。

（2）將此種摻合料應用于 C30 商品混凝土中，無論是分別取代礦粉、粉煤灰還是完全取代礦粉和粉煤灰，混凝土的工作性能和力學性能都有明顯的改善。

[1] 周圣，徐紅．CFBC 脫硫灰和 F 類粉煤灰對注漿材料性能的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2006(2)：30-32．

[2] 潘如意．不同細度鋼渣的活性研究[J]．水泥，2012,4：10-12．

［單位地址］江蘇省鎮江市京口區宗澤路四方建設工程質量檢測有限公司（212000）

曹潔華（1986-）男，助理工程師，從事水泥基建筑材料的生產與研究。