高掺量粉煤灰水泥混凝土性能的试验研究★

邱瑞芳 刘红宇 薛芳斌

(1.山西大学资源与环境工程研究所，山西 太原 030000； 2.国家环保部煤系固废资源综合利用重点实验室，山西 太原 030000；3.山西大学环境与资源学院，山西 太原 030000； 4.山西大学土木工程系，山西 太原 030000)

·建筑材料及应用·

高掺量粉煤灰水泥混凝土性能的试验研究★

邱瑞芳1,2,3刘红宇4薛芳斌1,2

(1.山西大学资源与环境工程研究所，山西 太原 030000； 2.国家环保部煤系固废资源综合利用重点实验室，山西 太原 030000；3.山西大学环境与资源学院，山西 太原 030000； 4.山西大学土木工程系，山西 太原 030000)

针对山西地区丰富的粉煤灰资源，提出粗细粉煤灰双掺配制粉煤灰水泥，结果表明：P.F32.5和P.F42.5水泥的掺灰量达到77%和67%，其性能均符合标准要求；并与市售P.S.A32.5和P.O42.5水泥进行了混凝土对比试验研究，取得了关键数据。该研究为山西地区粉煤灰高效综合利用开辟了新的途径，解决了散装粉煤灰对中小客户使用的局限性。

粉煤灰水泥，高掺量，混凝土性能

0 引言

随着国家对环保执法力度的加大，工业固体废弃物资源的合理综合利用又提升到了前所未有的高度。山西作为产煤、用煤大省，不同品质的粉煤灰资源非常充裕，如何利用好粉煤灰资源已成为山西转型跨越发展过程中的一项艰巨任务。虽然粉煤灰资源的利用途径较为广泛，但是均局限于规模化的使用，一些散户使用粉煤灰还存在问题，这主要是由于散装和袋装的成本问题。为了高效合理利用粉煤灰，本项目结合山西省的实际情况，采用多源头、多渠道的方法来实现粉煤灰的无害化高效利用，提出粉煤灰成品化的运营思路，没有规模壁垒，将产品一步到位地提供给大小用户和一些散户。提出粗、细粉煤灰双高掺配制粉煤灰水泥，这样就可以根据不同客户的需求来实现多渠道的配货模式，以实现山西粉煤灰资源的高效合理利用。

1 试验用原材料及方法

1.1试验用原材料

1)粉煤灰水泥用原材料：水泥熟料由太原狮头中联水泥有限公司提供，粗粉煤灰、超细粉煤灰和石膏由朔州煤矸石电厂提供，助磨剂由中国矿业大学提供的2号助磨剂(掺量为0.05%)。

2)比对水泥用太原狮头中联水泥有限公司产的P.S.A32.5和P.O42.5水泥。

3)碎石产地为太原郊区，砂为忻州天然水洗砂。

1.2试验方法

采用GB 175—2007通用硅酸盐水泥，GB/T 50080—2002普通混凝土拌和物性能试验方法标准，GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准等标准进行试验研究。

1.3粉煤灰水泥的制备

1)根据前期试验研究结果，制备P.F32.5和P.F42.5粉煤灰水泥的材料用量比例如表1所示。

表1 制备粉煤灰水泥的材料用量比例 %

2)制备方法。

a.将水泥熟料用鄂式破碎机粉碎至粒径小于6 mm，以利于粉磨。

b.将粉碎后的水泥熟料、原状粗灰及石膏分别按表1所列比例称料，每次称取该三种材料的混合料合计5 kg，并添加0.05%的2号助磨剂，用水泥专用球磨机粉磨25 min。

c.每次粉磨25 min后，过0.045 mm的方孔筛。

d.根据试验所用水泥量计算，制备P.F32.5和P.F42.5粉煤灰水泥。

e.制备P.F32.5水泥用混合料，经15次粉磨后的细度试验结果为19.1%～30.2%；超过前期水泥试验时，熟料和粗灰单独粉磨的相应细度14.2%和16.8%(初步分析原因可能为粗灰用量较大，不易磨碎)。为保证所制备水泥性能的一致性，故将已磨好的混合料再增加15 min的研磨时间，其细度试验结果为18.3%；用此细度的混合料，再掺加30%的超细灰，制备P.F32.5水泥，并配制混凝土。

f.制备P.F42.5水泥用混合料，经15次粉磨后的细度试验结果为19.8%～26.9%；同样超过前期水泥试验时，熟料和粗灰单独粉磨的相应细度14.2%和16.8%，故对已磨好的混合料增加10 min的研磨时间，其细度为13.2%；用此细度的混合料，再掺加40%的超细灰，制备P.F42.5水泥，并配制混凝土。

2 试验结果及分析

2.1自制粉煤灰水泥与市售水泥性能比较

采用P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥和市售P.S.A32.5,P.O42.5水泥，进行标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性、胶砂流动度、水泥胶砂抗折强度和抗压强度(龄期分别为3 d,7 d,28 d,60 d)试验。其试验结果如表2所示。

表2 粉煤灰水泥和市售水泥性能比较试验结果

由表2可以看出，自制P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥和市售P.S.A32.5,P.O42.5水泥的性能均符合国家现行标准GB 175—2007通用硅酸盐水泥的要求。但选用的P.S.A32.5水泥的强度较高，28 d的抗压强度达到P.S.A42.5水泥的技术指标；自制P.F32.5,P.F42.5粉煤灰水泥的早期强度相对较低，尤其是P.F32.5水泥的3 d强度略大于标准要求，但后期强度增加较快，尤其是3 d～7 d的抗压强度均是成倍的增长，而抗折强度的表现也不俗，其中P.F32.5水泥增长接近2倍。这些试验结果与粉煤灰在混凝土的表现规律几乎一致，但由于掺加了超细粉煤灰，其早期强度也表现出较好的发展，这与原灰对后期强度贡献大的结论有所不同。

2.2自制粉煤灰水泥与市售水泥对混凝土性能的影响

根据目前建筑工程中混凝土的实际应用情况，采用P.S.A32.5,P.F32.5水泥分别配制强度等级为C25的混凝土，采用P.O42.5,P.F42.5水泥分别配制强度等级为C30的混凝土。为进一步考察所研制的粉煤灰水泥的性能，在混凝土中不考虑掺加外加剂。按照国家现行JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程进行设计试验用混凝土配合比，其试验结果如表3,表4所示。

表3 不同品种水泥对应的混凝土配合比

表4 不同品种水泥对应混凝土的性能

由表3和表4可以看出，不同水泥品种的混凝土拌合物的粘聚性与保水性良好，混凝土的28 d抗压强度均达到设计强度等级要求，如不考虑P.S.A32.5水泥强度较高的因素，则用同强度等级的水泥配制的混凝土，其在不同龄期时的抗压强度数值较为接近；同强度等级水泥配制的混凝土抗渗等级相同，这说明P.F32.5,P.F42.5水泥与P.S.A32.5,P.O42.5水泥同样可用于配制抗渗等级较高的混凝土；随着混凝土碳化时间的增长，碳化深度逐渐增大，P.F32.5,P.F42.5水泥配制的混凝土早期碳化深度较大，而用P.O42.5配制的C30混凝土最低。从总体来看，P.F32.5,P.F42.5水泥配制的混凝土碳化深度相对较大；不同水泥品种的混凝土收缩差别较大，其中P.F32.5水泥配制的混凝土早期、后期收缩最大，P.S.A32.5水泥次之，P.O42.5水泥为最小。这与粉煤灰自身的特性有关，也与粉煤灰作为掺合料在混凝土中的表现基本一致。

3 结论与建议

1)按照国家现行GB 175—2007通用硅酸盐水泥标准规定，粉煤灰水泥中粉煤灰的掺量为20%～40%。本研究项目研发的高掺双灰水泥，粉煤灰的掺量均超过标准规定的上限值，其中32.5粉煤灰水泥的掺灰量达到77%，42.5粉煤灰水泥的掺灰量达到67%。在实际使用中与标准不相符的问题还有待业内同仁探讨。

2)该研究充分利用了工业废渣作为水泥的混合材，既节约降低了生产成本，又保护了自然资源，达到了建筑环保节能的要求；为实现粉煤灰零排放提供了技术支持。

3)粗、细粉煤灰双高掺配制高性能粉煤灰水泥从研究到应用的路还很长，有待更加深入的研究。

[1] 崔佳伟，刘 慈，李艾泽,等．不同比例粉煤灰与硅灰对再生混凝土强度影响[J]．山西建筑，2017,43(3)：106-107．

[2] 崔正龙．再生骨料特性对再生混凝土强度和碳化性能的影响[J]．建筑材料学报，2012(2)：264-267．

[3] 高丹盈，张丽娟，芦静云,等．再生骨料混凝土配合比设计参数研究[J]．建筑科学与工程学报，2016(1)：8-14．

[4] 袁承斌，高文达．粉煤灰掺量对混凝土性能的影响[J]．扬州大学学报(自然科学版)，2010(2)：62-65．

Experimentalstudyonpropertiesofconcretewithhighvolumeflyash★

QiuRuifang1, 2,3LiuHongyu4XueFangbin1,2

(1.InstituteofResources&EnvironmentEngineering,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China; 2.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofEfficientUtilizationTechnologyofCoalWasteResources,Taiyuan030000,China; 3.CollegeofEnvironmental&ResourceSciences,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China; 4.DepartmentofCivilEngineering,ShanxiUniversity,Taiyuan030000,China)

This paper propose the method of preparing fly ash cement by using coarse and ultrafine ash based on the condition of majority of fly ash resource in Shanxi province. The results showed that the concrete prepared by cement P.F32.5 (the volume of fly ash is 77%) and P.F42.5 (the volume of fly ash is 67%) can both reach to national standard. Moreover, key experimental data was obtained by comparing to concrete adding cement P.S.A32.5 and cement P.O42.5. This study broaden new path for fly ash utilization and solved applied limitation for small and medium-sized enterprises.

fly ash cement, high volume, concrete properties

1009-6825(2017)28-0103-03

2017-07-23★:山西省煤基重点科技攻关项目(项目编号:MC2014-04)

邱瑞芳(1982- )，女，博士，副教授

TU502

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