脱硝粉煤灰对粉煤灰蒸压加气混凝土砌块性能的影响

2020-10-26杨利香上海市建筑科学研究院有限公司上海201108上海工业固体废弃物资源化利用工程技术研究中心上海201108

建筑科技 2020年2期

杨利香（1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海 201108；2.上海工业固体废弃物资源化利用工程技术研究中心，上海 201108）

据中国资源综合利用协会统计，我国普通粉煤灰在建筑围护结构中的消耗量占总量的 70% 左右，成为粉煤灰的最主要消纳途径之一。然而，近年来，随着脱硝工艺的上马，上海市年排放近500 万 t 的普通粉煤灰已全部变成脱硝粉煤灰[1]。由于燃烧工况的差异，脱硝粉煤灰与普通能粉煤灰性能有所差异，可能影响其在粉煤灰蒸压加气混凝土砌块等建筑围护结构的安全应用。

本文选取同一电厂、同一煤种、相同发电负荷的脱硝粉煤灰和普通粉煤灰，分通过对比分析脱硝粉煤灰对蒸压加气混凝土砌块基本性能和耐久性能的影响，探索脱硝粉煤灰用于粉煤灰蒸压加气混凝土砌块中的可行性。

1 原材料

1.1 水泥

水泥采用上海万安水泥厂生产的 P·O 42.5 水泥，其物理和化学性能见表 1 和表 2。

表1 水泥物理性能

表2 水泥化学及矿物组成 %

1.2 粉煤灰

普通粉煤灰（S 2）和脱硝粉煤灰（S 4）均取自上海石洞口第一发电厂，其化学组成及基本性能见表 3 和表 4。

表3 粉煤灰主要化学组成 %

表4 粉煤灰基本性能

1.3 石灰

石灰取自上海大来新型建筑材料有限公司，主要技术指标见表 5。

表5 石灰的主要技术指标

1.4 石膏

石膏取自上海大来新型建筑材料有限公司，主要技术指标见表 6。

表6 石膏主要化学性能 %

1.5 铝粉

铝粉为兴源金属颜料有限公司提供的 W-201 C 乳液型铝粉膏。

2 试验配合比及试件的制备

2.1 试验配合比

采用脱硝粉煤灰和普通粉煤灰，分别配制 A 3.5，A 5.0 粉煤灰加气混凝土砌块，其中粉煤灰占浆料质量比为 47%，试验具体配合比见表 7。

表7 粉煤灰蒸压加气混凝土试验配合比

2.2 粉煤灰加气混凝土砌块试样的制备

粉煤灰加气混凝土的整个制备过程均在上海某粉煤灰加气混凝土生产线完成，生产线设计产能为 20 万m3/a。主要试验流程包括：料浆制备，浆体浇注，静停养护，蒸压养护，出釜。

3 试验结果分析

3.1 基本性能

按照 GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》对试验制备粉煤灰加气混凝土砌块及该企业日常生产的 A 3.5、A 5.0 两种强度级别的粉煤灰加气混凝土砌块进行干密度、抗压强度、吸水率、含水率等基本性能测试，结果见表 8。

表8 蒸压加气混凝土砌块试验结果

由表 8 可知如下结论。

(1) 含水率：在自然状态下，体积密度级别为 B 07 的粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的含水率高于体积密度为 B 06 的粉煤灰蒸压加气混凝土砌块。

(2) 吸水率：吸水率与试块的体积密度无明显关系，且相同强度级别时，采用脱硝粉煤灰制备的蒸压加气混凝土砌块的吸水率略高于采用普通粉煤灰制备的蒸压加气混凝土砌块。

(3) 抗压强度：相同强度级别时，采用两种粉煤灰配置的蒸压加气混凝土砌块抗压强度基本相当。

(4) 总体而言，采用脱硝粉煤灰制备的粉煤灰蒸压加气混凝土砌块密度、强度与采用普通粉煤灰制备的粉煤灰蒸压加气混凝土相差不大，且均满足 B 06、 B 07 密度级别的合格品标准要求。

3.2 耐久性能

对粉煤灰蒸压加气混凝土砌块进行干燥收缩性能、抗冻性能、抗碳化性能及抗干湿循环性能等耐久性能测试。

3.2.1 干燥收缩试验

测定试件干燥收缩值，测试结果详见表 9。测定试件不同含水率状态的干燥收缩值，并绘制干燥收缩特性曲线。

表9 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块试件收缩值

由表 9 可知如下结论。

(1) 采用普通粉煤灰和脱硝粉煤灰配制的蒸压加气混凝土砌块的干缩值均＜0.5 mm/m，符合国家标准 GB 11986—2006《蒸压加气混凝土砌块》对蒸压加气混凝土砌块干缩值的规定。

(2) Q 3、Q 4 的干缩值均＜Q 1、Q 2 的干缩值，说明粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的干密度与干缩值呈负相关关系，干密度越大，制品的干缩值越小[2]。

(3) 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的干燥收缩值均随着砌块含水率的降低而增加。当粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的含水率在 20%～30% 时，试件的干燥收缩值变化较小，当粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的含水率＜20% 时，试件的干燥收缩值随着含水率的减小明显增加，在达到气干状态时（含水率 5% 左右）干燥收缩值最大。

(4) 总体而言，采用普通粉煤灰和脱硝粉煤灰配制的粉煤灰蒸压加气砌块干燥收缩值符合 GB 11986—2006 标准要求。

3.2.2 抗冻试验

按 GB/T 11969—2008，进行试块冻融循环 15 次，采用冻融试件质量损失率和冻后抗压强度平均值进行砌块抗冻性能评定。试验结果见表 10。

表10 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块抗冻性试验结果

由表 10 可知结论如下。

(1) 经过 15 次冻融循环后，试件均出现不同程度的破损情况，但 B 07 砌块优于 B 06 砌块的抗冻性能。

(2) 采用普通粉煤灰和脱硝粉煤灰制备的粉煤灰加气混凝土砌块质量损失均＜5%，其冻后最低强度分别为 3.13 MPa、5.22 MPa，高于国家标准 GB 11968—2006）规定的体积密度为 B 06 和 B 07 砌块合格品强度（≥2.8 MPa 和 4.0 MPa）。

(3) 总体而言，采用脱硝粉煤灰配制粉煤灰加气混凝土砌块抗冻性能符合 GB 11986—2006 标准规定要求。

3.2.3 碳化试验

碳化稳定性是评定加气混凝土耐久性的常用指标之一，加气混凝土的水化产物在 CO2和水的作用下发生分解的难度及对其物理力学性能的影响称为加气混凝土的碳化性能，以制品碳化后的抗压强度与未碳化时的抗压强度的比值—碳化系数来衡量。按 GB/T11969—2008 对粉煤灰蒸压加气混凝土砌块抗碳化性能进行研究。试验测定砌块碳化前后的抗压强度，计算其抗压强度比，以评定该混凝土的抗碳化能力。碳化试验结果详见表 11。

表11 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块碳化试验结果

由表 11 可知如下结论。

(1) 经碳化，试件强度均有不同程度降低，从微观机理而言，可能是由于在 CO2作用下，加气混凝土中的水化产物，尤其是托勃莫来石和 C-S-H 凝胶逐渐分解，致使蒸压加气混凝土砌块强度降低[3]。

(2) 采用普通粉煤灰和脱硝粉煤灰配制的粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的碳化系数＞0.85，符合 GB 50574—2010 《墙体材料应用统一规范》对墙体材料的碳化要求。

3.2.4 干湿循环试验

加气混凝土在运输、堆放和应用过程中，不可避免要受到日晒雨淋，同时相对湿度的变化也影响加气混凝土的含水率，使加气混凝土制品的含水率不断发生变化。按 GB/T 11969—2008，对试块进行 15 次干湿循环，采用抗压强度系数评定砌块干湿循环性能。试验结果详见表 12。

表12 蒸压加气混凝土砌块干湿循环试验结果

由表 12 可知如下结论。

(1) 经过干湿循环后的粉煤灰加气混凝土砌块强度均有不同程度降低，这是由于粉煤灰加气混凝土砌块在干湿循环过程中砌块内部水分布不均匀，存在含水梯度，当试件失水干燥时，各处干缩值不同，存在变形差异，从而产生收缩应力。当应力超过粉煤灰加气混凝土砌块最大拉应力时，砌块内部产生细微裂缝，从而导致粉煤灰加气混凝土砌块的强度降低[4]。

(2) 采用普通粉煤灰和脱硝粉煤灰制备的粉煤灰加气混凝土砌块，经 15 次干湿循环后，抗压强度均降低。掺普通粉煤灰的粉煤灰加气混凝土砌块与掺脱硝粉煤灰的粉煤灰加气混凝土砌块抗压强度系数相差不大，且均＞ 0.9，抗干湿循环性能较好。

(3) 总体而言，采用脱硝粉煤灰制备的蒸压加气混凝土砌块密度、含水率、吸水率、强度等基本性能以及抗冻、碳化、干湿循环等耐久性能与掺普通粉煤灰制备的粉煤灰蒸压加气混凝土相差不大，且均满足标准规定要求。