粉煤灰和气化渣对混凝土力学性能的影响

2022-11-17向舒畅

四川水泥 2022年10期

向舒畅叶博马豪曹炼

（北方民族大学土木工程学院，宁夏银川 750021）

0 引言

粉煤灰是燃煤电厂煤炭燃烧后在烟道收集的粉尘[1,2]，由于特殊的热历程，粉煤灰具有良好的颗粒形貌以及较好的火山灰活性。粉煤灰掺入混凝土后能有效降低混凝土水化热，有利于提高混凝土抗冻[3]、抗渗性能以及抗腐蚀性能[4,5]。

气化粗渣是煤气化工业中煤燃烧后在炉底排放的废渣[6]。由于煤的不完全燃烧，气化粗渣中含碳量一般较高。炉渣中主要结晶相以方解石和石英为主，非结晶相（玻璃相）主要以铝硅酸盐为主[7]。气化渣粒径与细集料相似，结合气化渣的粒径优势以及气化渣自身含水率高的性能特点，利用气化渣作为细集料相比于利用气化渣作为粉体材料可降低气化渣的干燥和研磨成本。

本文采用粉煤灰作为辅助胶凝材料，气化渣作为细集料，研究不同粉煤灰和气化渣掺量对混凝土不同龄期抗压强度和抗折强度的影响。

2 原材料和实验方法

2.1 原材料

实验主要原材料包括宁夏赛马水泥厂生产的P·O42.5水泥，宁夏西夏热电厂生产的二级粉煤灰，比表面积为460m2/kg，化学组成如表1所示。气化粗渣取自宁夏宁东能源化工基地某渣场。天然砂选择宁夏银川某砂场水洗山砂，细度模数2.8，粗骨料选用宁夏银川某石料场产碎石。

表1 粉煤灰和气化粗渣化学组成（单位：wt%）

2.2 实验方法

抗压强度采用100mm×100mm×100mm立方体试件进行测定。抗折强度采用100mm×100mm×300mm棱柱体试件，采用三点受弯实验进行测试。粉煤灰混凝土实验配合比如表2所示。表2中，粉煤灰掺量指粉煤灰作为矿物掺合料代替普通硅酸盐水泥的质量百分比。气化渣掺比指的是气化渣代替天然砂的质量百分比。

表2 粉煤灰混凝土实验配合比

3 实验结果分析

3.1 混凝土抗压强度

测定不同气化渣掺比、不同粉煤灰掺量的粉煤灰混凝土7d、28d、56d和90d抗压强度，结果如图1所示。由图1可见，对于未掺加气化渣的粉煤灰混凝土7d强度，与不掺加粉煤灰混凝土相比，当粉煤灰掺量为10%，混凝土抗压强度增加9.7%；粉煤灰掺量为20%，混凝土抗压强度降低11.4%；粉煤灰掺量为30%，混凝土抗压强度降低16.7%。对于28d强度，与不掺加粉煤灰混凝土相比，当粉煤灰掺量为10%，混凝土抗压强度降低4.9%；粉煤灰掺量为20%，混凝土抗压强度降低12%；粉煤灰掺量为30%，混凝土抗压强度降低17.5%。对于56d强度，与不掺加粉煤灰混凝土相比，当粉煤灰掺量为10%，混凝土抗压强度增长2.8%；粉煤灰掺量为20%，混凝土抗压强度降低3.8%；粉煤灰掺量为30%，混凝土抗压强度降低11.6%。对于90d强度，与不掺加粉煤灰混凝土相比，当粉煤灰掺量为10%，混凝土抗压强度增长11.8%；粉煤灰掺量为20%，混凝土抗压强度降低7.2%；粉煤灰掺量为30%，混凝土抗压强度降低10.7%。

图1 不同气化渣掺比的粉煤灰混凝土抗压强度

由此可见，掺加0%～10%粉煤灰后，从整体上来看抗压强度呈增长趋势。粉煤灰会提高混凝土强度，这与已有研究结果一致。

气化渣对混凝土抗压强度的影响，从相同龄期强度增长幅度来看，采用0%～30%质量掺量的气化渣替代天然砂，混凝土抗压强度呈现增长趋势，气化渣参量为30%时强度增长幅度最大。这可能是由于30%掺量的气化渣对混凝土的密实度提高效果最好的原因。与28d立方体抗压强度相比，56d龄期混凝土立方体抗压强度随气化渣掺量从4.53%增加到28.9%。对于混凝土90d龄期抗压强度，掺加粉煤灰和气化渣均有利于强度提升。综合考虑，建议气化渣取代天然砂的最佳替代率不超过30%。

3.2 混凝土抗折强度

实验测试了不同气化渣掺比、不同粉煤灰掺量的粉煤灰混凝土28d抗折强度。结果如图2（a）所示。结果显示，粉煤灰掺量在0～30%范围内变化，气化渣代替天然砂替代率小于30%，混凝土抗折强度最佳。当不掺加粉煤灰，气化渣掺量大于30%，混凝土抗折强度随着气化渣掺量的增加呈降低趋势。从图2（b）折压比可看出，混凝土随粉煤灰掺量增大折压比略微增大，当气化渣掺量不大于30%，折压比随气化渣掺比的增大而增大，气化渣掺量大于30%，折压比随气化渣掺比的增大而减小。