煤矸石磨细灰的性能分析及在混凝土中的运用

2020-03-23

中国建材科技 2020年6期

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建厦门 361006）

1 煤矸石磨细灰应用背景

随着混凝土需求量与日俱增，粉煤灰作为混凝土的重要掺合料之一，需求量也逐年上升，传统粉煤灰已供不应求，导致市场上出现大量的劣质粉煤灰。劣质粉煤灰主要有磨细灰、脱硫灰、脱硝灰和浮黑灰，劣质粉煤灰使用不当将严重影响混凝土的质量。煤矸石是煤矿建设、煤炭生产过程中所排放出的固体废弃物的总称，煤矸石磨细灰是煤矸石煅烧后固体废弃物经粉磨而成的，属于一种较常见的、性能与传统粉煤灰较接近的灰。由于我国是世界第一产煤大国，每年产生大量的煤矸石固体废弃物，将煤矸石废弃物再利用、变废为宝成为当前研究的重点。

2 煤矸石磨细灰与传统粉煤灰性能对比

2.1 颗粒形状

通过400倍显微镜观察，煤矸石磨细灰颗粒形状不规则且有棱角，不含玻璃微珠，而传统粉煤灰在显微镜观察下能发现大量的玻璃微珠。显微镜观察可以作为辨别传统粉煤灰和磨细灰的快速手段之一。

2.2 在酸性溶液中的反应

在煤矸石磨细灰、传统磨细灰和脱硫灰中分别加入草酸并充分搅拌，其中煤矸石磨细灰未见明显气泡，传统粉煤灰未产生气泡，而脱硫粉产生大量气泡并有刺激性气体产生，用pH试纸测显酸性，因为煤矸石磨细灰和传统粉煤灰不含或者含有较少的硫化物，而脱硫灰含有大量硫化物，遇酸反应产生大量的SO2气体。

2.3 在热水中的反应

在煤矸石磨细灰、传统磨细灰和浮油灰中分别加入热水并充分搅拌，其中煤矸石磨细灰和传统粉煤灰溶液表面和杯壁未见黑色浮油，而浮黑灰则在溶液表面和杯壁上出现较多的黑色浮油。

2.4 煤矸石磨细灰的理化性能分析

对3个不同厂家生产的煤矸石磨细灰样品进行理化性能检验，见表1。

表1 磨细灰的理化性能检验结果（%）

由结果比对发现，煤矸石磨细灰的理化性能如下：1）细度＞12.0%，＜30%，符合Ⅱ级粉煤灰的技术要求；2）需水量比符合Ⅱ级粉煤灰（≤105%）的技术要求且＜100%，拌制混凝土时用其取代一定量水泥可以起到降低混凝土单位用水量的效果；3）烧失量符合Ⅱ级粉煤灰（≤8.0%）的技术要求，说明煤矸石磨细灰的含碳量较低；4）含水量、三氧化硫符合粉煤灰的技术要求，说明煤矸石磨细灰对混凝土体积安定性和凝结时间不会产生较大影响；5）强度活性指数不符合粉煤灰（≥70.0%）的技术要求[1]，根据强度活性指数H（H=R/R0×100%，R为试验胶砂28d抗压强度,MPa，R0为比对胶砂28d抗压强度，MPa），发现掺入煤矸石磨细灰的胶砂强度增长较缓慢，比传统粉煤灰的效果差，从而说明煤矸石磨细灰含有火山灰活性成分极其有限，对混凝土后期强度增长作用较小。

通过对煤矸石磨细灰的几种简单鉴别方法和理化性能检验结果可知，煤矸石磨细灰在显微镜下未能观察到玻璃微珠，颗粒形状显不规则且有棱角；和酸性溶液不产生氨气；在热水中未见黑色浮油；强度活性指数不符合≥70%粉煤灰的技术要求；细度、需水量比、烧失量、三氧化硫、含水量能够满足粉煤灰的技术要求。

3 煤矸石磨细灰在混凝土中的运用

3.1 原材料

1）水泥。选用建福牌P.O42.5水泥，3d抗压强度25.0MPa，28d抗压强度49.4MPa。

2）细集料。采用细度模数1.7的河砂和细度模数3.1的机制砂按50:50比例掺配而成的混合砂，其混合砂细度模数2.4，泥块含量0.3%，MB值0.50，石粉含量3.0%，总压碎值指标为13.1%。

3）粗集料。采用5～25mm连续粒径的碎石，含泥量0.6%，泥块含量0.2%，针片状为7%，压碎值为8.3%。

4）减水剂。采用缓凝型高性能减水剂，减水率27%，含固量16.38%，掺量为外掺胶凝材料用量的2.0%。

5）磨细灰。由煅烧煤矸石粉磨而成的磨细灰，细度19.4%，需水量比96%，烧失量5.64%，含水量0.5%，三氧化硫2.37%。

张雨生有不少杂文，关注的是贫富差距。《贫富差距的代际传承》是他在这方面的代表作。中国富豪财富积累的时间超短，“富二代”就是“凭资本分配养育的一代”。张雨生说：“我想点明的是，在贫富差距的代际传承中，政府需要担当起调节这个差距的责任。”并且具体提出“政府应该不应该启动遗产税”的问题。与此文着重说“富”的一端不同，《向农民工深鞠一躬》说的是“贫”的一端，他说得掷地有声：“若有人编著这个时期的史册，没有农民工的辉煌篇章，我敢说，那便缺失了创造历史的主体。”他在新春前夕用“深鞠一躬”的方式，表达了对农民工的敬意。

6）拌合水：自来水。

3.2 混凝土配合比方案

3.2.1 基准配合比

见表2。

表2 基准配合比

3.2.2 试验配合比

采用磨细灰取代部分水泥用量，分析取代率为5%、10%、15%、20%、25%的混凝土性能(表3)。

表3 试验配合比

3.3 混凝土性能试验结果

见表4。

表4 基准混凝土与试验混凝土性能试验结果

由表4可知：

1）当取代率在15%以内，混凝土坍落度随着取代率的增大而增大，而当取代率超过20%，坍落度反而随着取代率的增加而减小，这是由于煤矸石磨细灰的需水量比小于100%，取代水泥越多，原则上可以起到降低单位用水量的作用，增大混凝土流动性，但当取代率超过20%时，混凝土坍落度反而变小，因为煤矸石磨细灰颗粒形状显不规则且有棱角，具有一定的吸附能力，掺量超过一定范围后混凝土颗粒组成不合理，部分浆体被吸附，导致混凝土坍落度降低。

2）混凝土坍落度1h经时变化量随着取代率的增加逐步降低并趋于不变，这是由于随着取代率的增加，水泥的用量逐渐降低，混凝土水化热就越小，坍落度损失就越低，但当取代率达到一定时，混凝土水化热对混凝土坍落度损失量不构成主要影响因素，坍落度损失趋于稳定。

3）随着取代率的增加，混凝土抗压强度逐渐减小，强度增长值先升后降。取代率在15%以内时，混凝土28d抗压强度并无较大差距，取代率超过15%后，对混凝土强度有明显影响。取代率为15%时，混凝土强度增长值最大，这由于煤矸石磨细灰本身无胶结作用，不产生强度，取代率越大，起到胶结作用的水泥越少，其混凝土强度也就越低，但当取代率在较合理范围内时，一则由于煤矸石磨细灰能够填充混凝土中其他材料无法填充的空隙，使混凝土更密实，从而增强混凝土强度，二则由于煤矸石磨细灰含有少量火山灰活性成分，有助于混凝土强度后期增长。

4）在混凝土中用煤矸石磨细灰取代水泥，取代率在0～25%，对混凝土抗渗性能不产生不良影响。