超细粉煤灰在工程应用技术

项目负责人：刘志强

项目参与人: 陈峰毅、穆团、唐荣、梅婷

（西安高科新达混凝土有限责任公司）

摘要：将粉煤灰进行超细化加工，使45um的筛余小于0.7%成为超细粉煤灰，按规定比例掺入水泥中进行物理化学性能及混凝土试验，试验结果表明：掺入超细粉煤灰后，水泥的使用性能和混凝土性能得到明显改善。

关键字：超细粉煤灰、最佳掺量、新拌混凝土性能、强度指标、经济效益

引言

为了保护环境,走可持续发展道路,发展绿色循环经济，作为燃煤发电厂废弃物的粉煤灰，近年来已变废为宝，在实际生产中得到广泛推广和应用，尤其在预拌混凝土行业，为了进一步提升利用效率，提高粉煤灰的活性，将粉煤灰进行超细化加工，使45um的筛余小于0.7%，变成超细粉煤灰。为了探寻粉煤灰超细化加工后对水泥和混凝土性能的影响以及最佳掺量，将超细灰和原状灰分别掺入水泥和混凝土中进行试验对比，试验结果表明超细粉煤灰的掺入能改善水泥和混凝土的工作性能。

1.粉煤灰的四大功效

粉煤灰是目前预拌混凝土生产过程中常用的材料组分之一，它在混凝土中的四大功效：

（1）火山灰效应：掺合料中潜在活性物质与碱性物质反应生成水硬性物质。

（2）形态效应：由外观形貌、表面性质、颗粒级配等产生的效应。

（3）微集料反应：粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆中，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的效应。

（4）界面效应：粉煤灰与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应，减少了Ca(OH)2的含量，改善界面过渡区结构，使浆体界面的粘结力增加。对改善混凝土的和易性、保水性、流动性，提高强度及长期耐久性都有极为重要的作用。

2.掺超细粉煤灰的C30、C50混凝土配合比设计

本次设计C30、C50高性能大掺量超细粉煤灰混凝土，采用西安市当地原材料进行试验；对不同掺量超细粉煤灰进行对比，从而分析不同掺量对混凝土抗压强度等级的影响。找出合理掺量配置C30、C50性能大掺量超细粉煤灰混凝土。

2.1原材料选择

1）水泥

选用尧柏实丰生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，其物理性能及强度如表2-1所示：

2）粉煤灰

选用渭河电厂生产的超细Ⅰ级粉煤灰（以下简称超细粉），细度（45um方孔筛筛余）0.5％，需水量比95％，烧失量为3.1%。

选用渭河电厂生产的原状Ⅱ级粉煤灰（以下简称粉煤灰），细度（45um方孔筛筛余）18％，需水量比102％，烧失量为2.8%。

备注：按照GB/T17671《水泥胶砂强度检验方法》检验，超细粉、粉煤灰按GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准，来表达粉煤灰活性，按30%掺量作为其活性指数。

以上数据可以看出，通过磨细加工的粉煤灰可以提高水泥28强度。

3）外加剂

选用陕西科之杰有限公司生产的聚羧酸泵送剂，含固量10%，减水率26％。

5）骨料

粗骨料：卵石 产地: 黑河；粒径 5-31.5mm，连续级配，含泥量0.8%。

碎石 产地: 户县；粒径 5-25mm，连续级配，含泥量0.8%。

细骨料：中砂 产地：黑河；细度模数：2.6，含泥量1.8%。

2.2确定配置强度

由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据《规程》表4.0.2选择强度标准差为5.0MPa。

计算结果：C30混凝土配制强度不小于38.3MPa，本试验取40MPa。

C50混凝土配制强度不小于59.9MPa，本试验取60MPa。

2.3确定胶凝材料用量和超细粉、粉煤灰掺量

1）本设计，确定C30胶凝材料用量为360Kg，C50胶凝材料用量为500Kg。根据《规程》中表3.0.5.1的规定，并考虑西安当地原材料、应用部位和施工工艺等因素来考虑确定超细粉、粉煤灰掺量。

考虑到当地水泥中水泥混合材掺量为10-15%，所以混凝土中粉煤灰掺量建议不大于20%，由于超细粉28天活性指数大于粉煤灰，所以超细粉掺量可以大于20%。

C30方案1：粉煤灰掺量为20%

C30方案2：超细粉掺量为20%

C30方案3：超细粉掺量为30%

C30方案4：超细粉掺量为35%

C50方案5：粉煤灰掺量为20%

C50方案6：超细粉掺量为20%

C50方案7：超细粉掺量为30%

C50方案8：超细粉掺量为33%

C50方案9：超细粉掺量为36%

2.4确定验证配合比

由于外加剂中含有85%水分，调整后单方用水量为160 Kg/m3

3. 验证配合比物理性能

本次验证试验中，主要观察混凝土的初始塌落度、1小时混凝土塌落度损失的情况及混凝土3天、7天、28天、60天强度发展。

通过试验数据可以看出以下结论：

（1）、在超细粉在和粉煤灰掺量相同时，混凝土塌落度损失有改善现象，凝结时间没有影响，说明超细粉的“滚珠”作用没有发生变化。

（2）、在超细粉在和粉煤灰掺量相同时，掺超细粉的混凝土强度高于粉煤灰的混凝土强度，说明超细粉在经过磨细加工后，自身更加有利于和水泥的水化物产物发生反应。

（3）、在超细粉掺量达到30%时，混凝土28天强度可以满足试配要求，而且60天强度增长明显，说明超细粉能很好的填充在水泥空隙中，使混凝土内部结构更加密实，混凝土强度发展明显，耐久性更好。

（4）、水泥用量不同，各标号中超细粉最大掺量不同。如C30混凝土中，超细粉最大掺量为30%，C50混凝土中，超细粉最大掺量33%，说明在水泥用量增多的配合比中，要发挥超细粉的最大作用，一定要寻找最佳掺量，提高超细粉的“微珠”作用。

4. 超细粉煤灰的经济效益分析

（1）超细粉的使用，可以提高电厂原状Ⅲ级粉煤灰的使用量。通过把原状Ⅲ级粉煤灰和原状Ⅱ级粉煤灰按照一定比例磨细加工，得到超细粉煤灰，从而减少电厂原状Ⅲ级粉煤灰的储存量，减少原状灰对大气的扬尘污染。

（2）超细粉的使用，可以提高电厂整体粉煤灰的使用量。以30%的掺量计算，混凝土每方中可以增加30-50kg用量。

（3）超细粉的使用，对于混凝土公司可以替代30-50kg水泥，从而直接降低混凝土单方成本5-12元。

（4）超细粉的使用，对于混凝土公司可以降低30-50kg水泥使用量，从而间接降低水泥厂二氧化碳排放量。

（5）超细粉的使用，可以提高电厂粉煤灰的整体品质和质量，降低混凝土公司在输送粉煤灰中二次打帽的粉尘污染。

5.结论

总体来讲合理科学的粉煤灰利用将对混凝土生产质量和经济效益产生积极影响，而超细粉煤灰总体表现良好，无论是强度还是工作性均有所改善，使水泥的使用性能即混凝土质量得到提高。所以超细粉煤灰在混凝土中的应用，对应预拌混凝土质量的控制有非常大的提升。