粉煤灰摻量對硅酸鹽水泥膠砂強度的影響研究

陳傳明，劉玉亭，代義磊

（安徽省高迪環(huán)保股份有限公司，安徽 六安 237010）

0 引言

粉煤灰是燃煤電廠發(fā)電過程中排放的固體廢棄物。自 2002 年起，隨著火電裝機容量的大幅增長，我國粉煤灰產(chǎn)生量也急劇增加，2016 年粉煤灰的產(chǎn)生量約 5.4億噸。如此巨量的排放不僅需要占用大量寶貴的土地資源，而且給周邊的空氣、土壤和水源等生態(tài)環(huán)境也帶來了諸多不利的影響。我國有關(guān)粉煤灰資源化利用的研究和應(yīng)用技術(shù)始于 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)前已形成了三條主要的技術(shù)路徑：一、建材工業(yè)領(lǐng)域，主要用于粉煤灰水泥、商品混凝土以及粉煤灰磚和砌塊、保溫板和隔墻板等新型墻體材料的生產(chǎn)；二、筑路、回填與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，主要作為道路路基或道路路面混凝土摻合料、井下充填開采以及在農(nóng)業(yè)中用于土壤改良等；三、高附加值利用領(lǐng)域，主要包括粉煤灰提取氧化鋁和白炭黑、制備功能填料和制造陶瓷、陶粒砂等[1-3]。

水泥工業(yè)是我國粉煤灰最大的利用領(lǐng)域，利用粉煤灰生產(chǎn)出水泥后，由于水泥價格大大高于粉煤灰，從而可使粉煤灰附加值提高，市場半徑擴大[4-11]。GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中規(guī)定，粉煤灰水泥中粉煤灰的摻量在 20%～40%；復(fù)合硅酸鹽水泥活性混合材料（由兩種或兩種以上混合材料組成）的摻量應(yīng)為20%～50%。因此在水泥生產(chǎn)中，粉煤灰的摻量限值可接近 50%，但實際生產(chǎn)中，受粉煤灰品質(zhì)和粉磨工藝的影響，目前水泥中粉煤灰摻量一般在 20%～25%。

本文為了充分了解粉煤灰摻量對不同標(biāo)號水泥膠砂強度的影響規(guī)律，利用 P·Ⅱ52.5 硅酸鹽水泥、P·O42.5普通硅酸鹽水泥和國標(biāo) Ⅱ 級粉煤灰，分別考察了粉煤灰摻量對不同標(biāo)號水泥膠砂強度的影響規(guī)律，試驗結(jié)果可供各類混凝土生產(chǎn)型企業(yè)參考。

1 試驗部分

1.1 原材料

P·Ⅱ52.5 水泥，安徽海螺水泥股份有限公司，28d抗壓強度 62 .6MPa、抗折強度 9.3MPa。

P·O42.5 水泥，六安海螺水泥有限責(zé)任公司，28d抗壓強度 51MPa、抗折強度 8.5MPa。

Ⅱ 級粉煤灰，安徽省高迪環(huán)保股份有限公司（型號 GDF-Ⅱ），粉煤灰細度 45μm，篩余 21%，需水量比 102%。

中國 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂，廈門艾思歐標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司。

1.2 P·Ⅱ52.5 水泥摻不同比例粉煤灰膠砂試件的制備

按照 Ⅱ 級粉煤灰和 P·Ⅱ52.5 水泥 ： 中國 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂=1：3，水灰比 0.5 稱料攪拌，Ⅱ級粉煤灰與 P·Ⅱ 52.5水泥用量分別按不同比例配制，成型至少 6 根試件備用，成型后將試件立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，溫度為(20±1)℃，相對濕度≥90%。

按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》，利用 KZJ-5000 型電動抗折機分別測定試件的 3d、28d 強度。

1.3 P·O42.5 水泥摻不同比例粉煤灰膠砂試件的制備

按照 Ⅱ 級粉煤灰和 P·O42.5 水泥∶中國 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂=1：3、水灰比 0.5 稱料攪拌，Ⅱ級粉煤灰與 P·O42.5水泥用量分別按不同比例配制，成型至少 6 根試件備用，成型后將試件立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，溫度為(20±1)℃、相對濕度≥90%。

按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》，利用 YAW-300C 型微機控制恒應(yīng)力水泥壓力試驗機分別測定試件的 3d、28d 強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰摻量對 P·Ⅱ52.5 膠砂強度的影響

表1 和圖 1 為 P·Ⅱ52.5 水泥摻 0～50% 粉煤灰與純P·O42.5 水泥的膠砂強度對比試驗結(jié)果。

表1 P?Ⅱ52.5 水泥摻粉煤灰與P?O42.5 水泥膠砂強度表

圖1 P?Ⅱ52.5 水泥摻粉煤灰與P?O42.5 水泥膠砂強度對比試驗

試驗結(jié)果表明，隨著 P·Ⅱ52.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量的增大，膠砂試件的抗折強度和抗壓強度基本呈現(xiàn)下降趨勢。

當(dāng) P·Ⅱ52.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量為 25%時，其 3d 抗壓強度略高于 P·O42.5 水泥膠砂試件；3d抗折強度與 P·O42.5 水泥膠砂試件相接近。當(dāng) P·Ⅱ52.5水泥膠砂試件中粉煤灰摻量為 30% 時，其 3d 抗壓和抗折強度均低于 P·O 42.5 水泥膠砂試件。

當(dāng) P·Ⅱ52.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量為 20%時，其 28d 膠砂試件抗壓強度略高于 P·O 42.5 水泥膠砂試件；28d 抗折強度與 P·O42.5 水泥膠砂試件相接近。當(dāng) P·Ⅱ52.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量為 25% 時，其28d 膠砂試件抗壓和抗折強度均低于 P·O42.5 水泥膠砂試件。

2.2 粉煤灰摻量對 P·O42.5 水泥膠砂強度的影響

表2 和圖 2 為 P·O42.5 水泥摻 0～25% 粉煤灰后的膠砂強度試驗結(jié)果。

試驗結(jié)果表明，隨著 P·O42.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量的增大，膠砂試件的抗折強度和抗壓強度呈現(xiàn)明顯下降趨勢。

表2 不同粉煤灰摻量的 P?O42.5 水泥膠砂強度表

圖2 不同粉煤灰摻量的 P?O42.5 水泥膠砂強度

3 結(jié)論

（1）隨著 P·Ⅱ52.5水泥膠砂試件中粉煤灰摻量的增大，膠砂試件的抗折強度和抗壓強度基本呈下降趨勢，當(dāng) P·Ⅱ52.5 水泥膠砂試件中摻入 20% 左右的粉煤灰時，其 28d 強度與 P·O42.5 水泥接近。以 52.5 水泥520 元/噸、42.5 水泥 500 元/噸、Ⅱ 級粉煤灰 110 元/噸為例，在力學(xué)性能基本一致的前提下，使用摻入 20%Ⅱ 級粉煤灰的 P·Ⅱ 52.5 水泥替代 P·O42.5 水泥，則每噸的成本可節(jié)省 62 元，經(jīng)濟效益顯著。

（2）隨著 P·O42.5 水泥膠砂試件中粉煤灰摻量的增大，膠砂試件的抗折強度和抗壓強度基本呈下降趨勢，當(dāng)粉煤灰摻量提升至 25% 時，其 28d 抗壓強度35.3MPa、抗折強度為 7.08MPa，或可替代低標(biāo)號水泥。

也就是說，在高標(biāo)號水泥中摻入一定量的 GDF-Ⅱ型粉煤灰后，性價比方面明顯優(yōu)于低標(biāo)號的水泥。