超細粉煤灰在工程應用技術
項目負責人：劉志強
項目參與人: 陳峰毅、穆團、唐榮、梅婷
（西安高科新達混凝土有限責任公司）
摘要：將粉煤灰進行超細化加工，使45um的篩餘小於0.7%成為超細粉煤灰，按規定比例摻入水泥中進行物理化學性能及混凝土試驗，試驗結果表明：摻入超細粉煤灰後，水泥的使用性能和混凝土性能得到明顯改善。
關鍵字：超細粉煤灰、最佳摻量、新拌混凝土性能、強度指標、經濟效益
引言
為了保護環境,走可持續發展道路,發展綠色循環經濟，作為燃煤發電廠廢棄物的粉煤灰，近年來已變廢為寶，在實際生產中得到廣泛推廣和應用，尤其在預拌混凝土行業，為了進一步提升利用效率，提高粉煤灰的活性，將粉煤灰進行超細化加工，使45um的篩餘小於0.7%，變成超細粉煤灰。為了探尋粉煤灰超細化加工後對水泥和混凝土性能的影響以及最佳摻量，將超細灰和原狀灰分別摻入水泥和混凝土中進行試驗對比，試驗結果表明超細粉煤灰的摻入能改善水泥和混凝土的工作性能。
1.粉煤灰的四大功效
粉煤灰是目前預拌混凝土生產過程中常用的材料組分之一，它在混凝土中的四大功效：
（1）火山灰效應：摻合料中潛在活性物質與鹼性物質反應生成水硬性物質。
（2）形態效應：由外觀形貌、表面性質、顆粒級配等產生的效應。
（3）微集料反應：粉煤灰中的微細顆粒均勻分佈在水泥漿中，填充孔隙和毛細孔，改善混凝土孔結構和增大密實度的效應。
（4）界面效應：粉煤灰與水泥水化產生的Ca(OH)2發生反應，減少了Ca(OH)2的含量，改善界面過渡區結構，使漿體界面的粘結力增加。對改善混凝土的和易性、保水性、流動性，提高強度及長期耐久性都有極為重要的作用。
2.摻超細粉煤灰的C30、C50混凝土配合比設計
本次設計C30、C50高性能大摻量超細粉煤灰混凝土，採用西安市當地原材料進行試驗；對不同摻量超細粉煤灰進行對比，從而分析不同摻量對混凝土抗壓強度等級的影響。找出合理摻量配置C30、C50性能大摻量超細粉煤灰混凝土。
2.1原材料選擇
1）水泥
選用堯柏實豐生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其物理性能及強度如表2-1所示：
2）粉煤灰
選用渭河電廠生產的超細Ⅰ級粉煤灰（以下簡稱超細粉），細度（45um方孔篩篩餘）0.5％，需水量比95％，燒失量為3.1%。
選用渭河電廠生產的原狀Ⅱ級粉煤灰（以下簡稱粉煤灰），細度（45um方孔篩篩餘）18％，需水量比102％，燒失量為2.8%。
備註：按照GB/T17671《水泥膠砂強度檢驗方法》檢驗，超細粉、粉煤灰按GB/T1596-2005《用於水泥和混凝土中的粉煤灰》標準，來表達粉煤灰活性，按30%摻量作為其活性指數。
以上數據可以看出，通過磨細加工的粉煤灰可以提高水泥28強度。
3）外加劑
選用陝西科之傑有限公司生產的聚羧酸泵送劑，含固量10%，減水率26％。
5）骨料
粗骨料：卵石 產地: 黑河；粒徑 5-31.5mm，連續級配，含泥量0.8%。
碎石 產地: 戶縣；粒徑 5-25mm，連續級配，含泥量0.8%。
細骨料：中砂 產地：黑河；細度模數：2.6，含泥量1.8%。
2.2確定配置強度
由於缺乏強度標準差統計資料，因此根據《規程》表4.0.2選擇強度標準差為5.0MPa。
計算結果：C30混凝土配製強度不小於38.3MPa，本試驗取40MPa。
C50混凝土配製強度不小於59.9MPa，本試驗取60MPa。
2.3確定膠凝材料用量和超細粉、粉煤灰摻量
1）本設計，確定C30膠凝材料用量為360Kg，C50膠凝材料用量為500Kg。根據《規程》中表3.0.5.1的規定，並考慮西安當地原材料、應用部位和施工工藝等因素來考慮確定超細粉、粉煤灰摻量。
考慮到當地水泥中水泥混合材摻量為10-15%，所以混凝土中粉煤灰摻量建議不大於20%，由於超細粉28天活性指數大於粉煤灰，所以超細粉摻量可以大於20%。
C30方案1：粉煤灰摻量為20%
C30方案2：超細粉摻量為20%
C30方案3：超細粉摻量為30%
C30方案4：超細粉摻量為35%
C50方案5：粉煤灰摻量為20%
C50方案6：超細粉摻量為20%
C50方案7：超細粉摻量為30%
C50方案8：超細粉摻量為33%
C50方案9：超細粉摻量為36%
2.4確定驗證配合比
由於外加劑中含有85%水分，調整後單方用水量為160 Kg/m3
3. 驗證配合比物理性能
本次驗證試驗中，主要觀察混凝土的初始塌落度、1小時混凝土塌落度損失的情況及混凝土3天、7天、28天、60天強度發展。
通過試驗數據可以看出以下結論：
（1）、在超細粉在和粉煤灰摻量相同時，混凝土塌落度損失有改善現象，凝結時間沒有影響，說明超細粉的“滾珠”作用沒有發生變化。
（2）、在超細粉在和粉煤灰摻量相同時，摻超細粉的混凝土強度高於粉煤灰的混凝土強度，說明超細粉在經過磨細加工後，自身更加有利於和水泥的水化物產物發生反應。
（3）、在超細粉摻量達到30%時，混凝土28天強度可以滿足試配要求，而且60天強度增長明顯，說明超細粉能很好的填充在水泥空隙中，使混凝土內部結構更加密實，混凝土強度發展明顯，耐久性更好。
（4）、水泥用量不同，各標號中超細粉最大摻量不同。如C30混凝土中，超細粉最大摻量為30%，C50混凝土中，超細粉最大摻量33%，說明在水泥用量增多的配合比中，要發揮超細粉的最大作用，一定要尋找最佳摻量，提高超細粉的“微珠”作用。
4. 超細粉煤灰的經濟效益分析
（1）超細粉的使用，可以提高電廠原狀Ⅲ級粉煤灰的使用量。通過把原狀Ⅲ級粉煤灰和原狀Ⅱ級粉煤灰按照一定比例磨細加工，得到超細粉煤灰，從而減少電廠原狀Ⅲ級粉煤灰的儲存量，減少原狀灰對大氣的揚塵汙染。
（2）超細粉的使用，可以提高電廠整體粉煤灰的使用量。以30%的摻量計算，混凝土每方中可以增加30-50kg用量。
（3）超細粉的使用，對於混凝土公司可以替代30-50kg水泥，從而直接降低混凝土單方成本5-12元。
（4）超細粉的使用，對於混凝土公司可以降低30-50kg水泥使用量，從而間接降低水泥廠二氧化碳排放量。
（5）超細粉的使用，可以提高電廠粉煤灰的整體品質和質量，降低混凝土公司在輸送粉煤灰中二次打帽的粉塵汙染。
5.結論
總體來講合理科學的粉煤灰利用將對混凝土生產質量和經濟效益產生積極影響，而超細粉煤灰總體表現良好，無論是強度還是工作性均有所改善，使水泥的使用性能即混凝土質量得到提高。所以超細粉煤灰在混凝土中的應用，對應預拌混凝土質量的控制有非常大的提升。
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