粉煤灰及礦渣粉在商品混凝土應(yīng)用中若干問(wèn)題的討論
摘要：本文通過(guò)論述粉煤灰、礦渣粉的特性及其對(duì)混凝土性能的影響，提出了目前這兩種常用摻合料在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，并給出了參考解決方案，以利于更好地在商品混凝土中應(yīng)用粉煤灰及礦渣粉。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；礦渣粉；應(yīng)用
一、 概述
長(zhǎng)期以來(lái)，粉煤灰及礦渣粉作為固體廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染一直為人們所關(guān)注，大量致力于對(duì)二者進(jìn)行無(wú)害化利用的研究已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，研究成果比比皆是，并在不同領(lǐng)域得到了成功得應(yīng)用。
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，商品混凝土不再局限在大城市，中小城市甚至城鎮(zhèn)的發(fā)展也非常迅速；從地區(qū)上看，商品混凝土也不局限在東部及沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，中西部地區(qū)也出現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢(shì)，因此商品混凝土的生產(chǎn)量迅速擴(kuò)大。水泥作為商品混凝土的重要和主要原材料，用量非常巨大，而生產(chǎn)水泥給環(huán)境造成的破壞也非常嚴(yán)重。為了減少水泥用量，降低環(huán)境污染，利用廢物，改善混凝土性能，粉煤灰及礦渣粉在商品混凝土中的應(yīng)用在全國(guó)各地快速發(fā)展起來(lái)。
目前，粉煤灰和礦粉是商品混凝土最常用的兩種摻合料，二者在混凝土中既可以單獨(dú)使用，也可以同時(shí)使用，它們對(duì)混凝土的作用不但各具特點(diǎn)，還具有一定的互補(bǔ)性。粉煤灰是從煤粉鍋爐煙氣中收集的粉塵灰。商品混凝土發(fā)展較快的地區(qū)，粉煤灰應(yīng)用的比較廣泛，北京市商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)粉煤灰的應(yīng)用率已經(jīng)達(dá)到100%,粉煤灰成了緊俏材料，特別是優(yōu)質(zhì)粉煤灰，更是供不應(yīng)求，成了賣方市場(chǎng)。但是由于受到商品混凝土發(fā)展?fàn)顩r、粉煤灰質(zhì)量、粉煤灰應(yīng)用技術(shù)等多種因素的影響、粉煤灰在不少地區(qū)的應(yīng)用情況并不理想，在商品混凝土中的使用還處于初級(jí)階段，粉煤灰應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r還很不平衡。礦渣粉是水淬粒化高爐礦渣經(jīng)粉磨后達(dá)到規(guī)定細(xì)度的一種粉體材料。礦渣作為混合材在水泥中應(yīng)用非常廣泛，但礦粉在商品混凝土中的應(yīng)用要比粉煤灰要晚一些，主要因?yàn)榈V渣的細(xì)磨技術(shù)是近幾年才在我國(guó)得到迅速發(fā)展起來(lái)的。隨著礦渣磨細(xì)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦渣被磨至相應(yīng)細(xì)度的能耗越來(lái)越低，并且細(xì)度也很容易達(dá)到400㎡/㎏以上，為礦渣粉的大量應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。2000年11月上海寶鋼率先從日本引進(jìn)的年產(chǎn)60萬(wàn)噸礦粉立磨生產(chǎn)線投產(chǎn)。隨后的幾年內(nèi)，武鋼、鞍鋼、寶鋼二線、唐鋼、首鋼、安徽朱家橋等大型礦粉立磨生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)，另外大量的在建生產(chǎn)線，這樣礦粉的應(yīng)用已在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛展開(kāi)。因此我國(guó)混凝土，特別是商品混凝土膠凝材料體系正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向“水泥+粉煤灰+礦粉”體系轉(zhuǎn)變。
二、粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響
1、粉煤灰對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響
1）粉煤灰能夠改善混凝土和易性。
2）改善混凝土的泵送性能，通過(guò)加入粉煤灰可以實(shí)現(xiàn)混凝土長(zhǎng)距離泵送。
3）由于粉煤灰混凝土的水泥用量較少，延長(zhǎng)了凝結(jié)時(shí)間。
4）粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。
2、粉煤灰對(duì)混凝土耐久性的影響
1）降低混凝土水化熱。
2）提高混凝土抗?jié)B性能。
3）抗碳化能力。只要加強(qiáng)混凝土表面養(yǎng)護(hù)，充分發(fā)揮粉煤灰的活性效應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)度，粉煤灰混凝土的抗碳化能力基本上可以達(dá)到基準(zhǔn)混凝土的水平。
4）抗凍融能力。按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土抗凍試驗(yàn)，粉煤灰混凝土的抗凍能力會(huì)出現(xiàn)低于基準(zhǔn)混凝土的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因往往是試驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期不足，粉煤灰沒(méi)有充分發(fā)揮作用，如果試驗(yàn)齡期推遲到60d甚至90d,其抗凍能力將顯著提高。
5）混凝土收縮。粉煤灰對(duì)混凝土的收縮影響不大，但有人認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)的I級(jí)粉煤灰可以降低混凝土的收縮，Ⅱ級(jí)粉煤灰可以增加混凝土的收縮。
三、礦粉以及礦粉+粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響
1、礦粉以及礦粉+粉煤灰對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響
為了在北京地區(qū)推廣礦粉的應(yīng)用，2003年北京首嘉礦粉公司、北京市高強(qiáng)混凝土公司與清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)合作，共同對(duì)礦粉以及礦粉+粉煤灰的應(yīng)用進(jìn)行了研究，按照“礦粉+水泥漿體”到“礦粉+水泥膠砂”再到“礦粉混凝土”,以及礦粉+粉煤灰的形式逐步進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過(guò)他們的研究發(fā)現(xiàn)：
1）礦粉比表面積在430㎡/kg~520㎡/kg之間，摻量在30%~40%范圍，增強(qiáng)效應(yīng)表現(xiàn)得最為顯著。
2）單摻礦粉會(huì)使混凝土的粘聚性提高，凝結(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)，泌水量有增大的跡象，可能對(duì)混凝土泵送帶來(lái)一定的不利影響；
3）礦粉和I級(jí)粉煤灰復(fù)配配制混凝土，可以充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)”,使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水也得到了改善，同時(shí)混凝土成本可顯著降低。
4）針對(duì)水泥。粉煤灰一礦粉膠凝材料體系，在等量取代的前提下，粉煤灰的摻量以不超過(guò)20%為宜，粉煤灰和礦粉摻量以不超過(guò)40%為宜，同時(shí)建議采用60d或90d強(qiáng)度作為混凝土評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，以充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。
2.礦粉以及礦粉+粉煤灰對(duì)混凝土耐久性的影響
1）降低混凝土水化熱。對(duì)要求嚴(yán)格控溫的大體積混凝土，礦粉和粉煤灰復(fù)配是理想的礦物摻合料組合，降低了混凝土的水化熱，可以有效減少混凝土早期溫縮裂縫的出現(xiàn)。
2）大幅度地提高了混凝土抗?jié)B性能。
3）保證了抗碳化能力。在達(dá)到相同強(qiáng)度的條件下?lián)降V粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。
4）保證了抗凍融能力。礦粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土在強(qiáng)度和含氣量相同的條件下抗凍融能力基本相同；適當(dāng)摻加引氣劑，適當(dāng)?shù)暮瑲饬亢烷g距系數(shù)對(duì)提高混凝土的抗凍融十分必要。
5）混凝土收縮?？紤]前3天的自收縮，無(wú)論是配制C30混凝土，還是配制C50混凝土，采用單摻礦粉，與基準(zhǔn)混凝土相比，收縮值均無(wú)明顯變化。
6）混凝土抗裂性能。礦粉與粉煤灰復(fù)摻改善抗裂性效果優(yōu)于礦粉單摻?；炷猎缙趶?qiáng)度對(duì)混凝土早期抗裂性有重要影響，混凝土24小時(shí)強(qiáng)度越高，混凝土早期越易開(kāi)裂。混凝土早期抗裂性與早期強(qiáng)度之間可能存在一個(gè)臨界值，小于該強(qiáng)度值，混凝土不易開(kāi)裂，大于該強(qiáng)度值，混凝土容易開(kāi)裂。該值與環(huán)境條件及約束狀態(tài)有關(guān)。
四、粉煤灰、礦渣粉及二者復(fù)合使用存在的問(wèn)題
為了更好地利用粉煤灰和礦渣粉，以下分別就粉煤灰、礦渣粉以及二者復(fù)合使用中存在的若干問(wèn)題進(jìn)行討論，并提供相應(yīng)的解決方案，供同行參考。
（一）粉煤灰應(yīng)用中存在的問(wèn)題
1、粉煤灰的品質(zhì)問(wèn)題
GBJl46-2002標(biāo)準(zhǔn)把用于混凝土中的粉煤灰分為以下三級(jí)：
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：I、Ⅱ級(jí)粉煤灰基本不受混凝土強(qiáng)度等級(jí)與種類的限制；Ⅲ級(jí)粉煤灰主要用于無(wú)筋混凝土。
不同等級(jí)粉煤灰應(yīng)用中存在的問(wèn)題以及建議的解決方案：
2、粉煤灰取代量問(wèn)題
?。ǘ┑V渣粉使用中存在的問(wèn)題
?。ㄈ┓勖夯遗c礦渣粉復(fù)合使用存在的問(wèn)題
盡管粉煤灰與礦渣粉復(fù)合使用能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但不是隨便復(fù)合就能夠達(dá)到應(yīng)有的目的。為了更好地發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)選擇合適的復(fù)合方式和復(fù)合比例。本人根據(jù)以往的使用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：最佳方案是I級(jí)粉煤灰與比表面積400㎡/kg以上的礦渣粉復(fù)合，配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r礦渣粉的量大于粉煤灰的量，配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r粉煤灰的量大于礦渣粉的量；其次是Ⅱ級(jí)粉煤灰與350~400㎡/kg礦渣粉復(fù)合，配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r粉煤灰的量大于礦渣粉的量；配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r礦渣粉的量大于粉煤灰的量；最后是I級(jí)粉煤灰與比表面積350~400㎡/kg的礦渣粉復(fù)合或Ⅱ級(jí)粉煤灰與400㎡/kg以上的礦渣粉復(fù)合，前者比較適合配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，后者比較適合配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。
以上是本人在使用粉煤灰和礦渣粉過(guò)程中一些經(jīng)驗(yàn)，難免存在片面性和局限性，希望專家和同行提出寶貴意見(jiàn)和建議。
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