粉煤灰及礦渣粉在商品混凝土應(yīng)用中若干問題的討論
摘要：本文通過論述粉煤灰、礦渣粉的特性及其對混凝土性能的影響，提出了目前這兩種常用摻合料在應(yīng)用過程中存在的問題，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
長期以來，粉煤灰及礦渣粉作為固體廢棄物對環(huán)境造成的污染一直為人們所關(guān)注，大量致力于對二者進(jìn)行無害化利用的研究已有相當(dāng)長的歷史，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，因此商品混凝土的生產(chǎn)量迅速擴大。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)用在全國各地快速發(fā)展起來。
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使用，也可以同時使用，它們對混凝土的作用不但各具特點，還具有一定的互補性。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。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，主要因為礦渣的細(xì)磨技術(shù)是近幾年才在我國得到迅速發(fā)展起來的。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)用已在全國范圍內(nèi)廣泛展開。因此我國混凝土，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、粉煤灰對混凝土性能的影響
1、粉煤灰對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，通過加入粉煤灰可以實現(xiàn)混凝土長距離泵送。
3）由于粉煤灰混凝土的水泥用量較少，延長了凝結(jié)時間。
4）粉煤灰混凝土的早期強度低，后期強度高。
2、粉煤灰對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。只要加強混凝土表面養(yǎng)護，充分發(fā)揮粉煤灰的活性效應(yīng)，提高混凝土的密實度，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，粉煤灰混凝土的抗凍能力會出現(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時混凝土的齡期不足，粉煤灰沒有充分發(fā)揮作用，如果試驗齡期推遲到60d甚至90d,其抗凍能力將顯著提高。
5）混凝土收縮。粉煤灰對混凝土的收縮影響不大，但有人認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)的I級粉煤灰可以降低混凝土的收縮，Ⅱ級粉煤灰可以增加混凝土的收縮。
三、礦粉以及礦粉+粉煤灰對混凝土性能的影響
1、礦粉以及礦粉+粉煤灰對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、北京市高強混凝土公司與清華大學(xué)、同濟大學(xué)合作，共同對礦粉以及礦粉+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)行試驗研究。通過他們的研究發(fā)現(xiàn)：
1）礦粉比表面積在430㎡/kg~520㎡/kg之間，摻量在30%~40%范圍，增強效應(yīng)表現(xiàn)得最為顯著。
2）單摻礦粉會使混凝土的粘聚性提高，凝結(jié)時間有所延長，泌水量有增大的跡象，可能對混凝土泵送帶來一定的不利影響；
3）礦粉和I級粉煤灰復(fù)配配制混凝土，可以充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢互補效應(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，同時混凝土成本可顯著降低。
4）針對水泥。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20%為宜，粉煤灰和礦粉摻量以不超過40%為宜，同時建議采用60d或90d強度作為混凝土評定標(biāo)準(zhǔn)，以充分利用混凝土的后期強度。
2.礦粉以及礦粉+粉煤灰對混凝土耐久性的影響
1）降低混凝土水化熱。對要求嚴(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?；炷猎缙趶姸葘炷猎缙诳沽研杂兄匾绊懀炷?4小時強度越高，混凝土早期越易開裂。混凝土早期抗裂性與早期強度之間可能存在一個臨界值，小于該強度值，混凝土不易開裂，大于該強度值，混凝土容易開裂。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題進(jìn)行討論，并提供相應(yīng)的解決方案，供同行參考。
?。ㄒ唬┓勖夯覒?yīng)用中存在的問題
1、粉煤灰的品質(zhì)問題
GBJl46-2002標(biāo)準(zhǔn)把用于混凝土中的粉煤灰分為以下三級：
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：I、Ⅱ級粉煤灰基本不受混凝土強度等級與種類的限制；Ⅲ級粉煤灰主要用于無筋混凝土。
不同等級粉煤灰應(yīng)用中存在的問題以及建議的解決方案：
2、粉煤灰取代量問題
?。ǘ┑V渣粉使用中存在的問題
（三）粉煤灰與礦渣粉復(fù)合使用存在的問題
盡管粉煤灰與礦渣粉復(fù)合使用能夠優(yōu)勢互補，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，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)驗認(rèn)為：最佳方案是I級粉煤灰與比表面積400㎡/kg以上的礦渣粉復(fù)合，配制低強度等級混凝土?xí)r礦渣粉的量大于粉煤灰的量，配制高強度等級混凝土?xí)r粉煤灰的量大于礦渣粉的量；其次是Ⅱ級粉煤灰與350~400㎡/kg礦渣粉復(fù)合，配制低強度等級混凝土?xí)r粉煤灰的量大于礦渣粉的量；配制高強度等級混凝土?xí)r礦渣粉的量大于粉煤灰的量；最后是I級粉煤灰與比表面積350~400㎡/kg的礦渣粉復(fù)合或Ⅱ級粉煤灰與400㎡/kg以上的礦渣粉復(fù)合，前者比較適合配制高強度等級混凝土，后者比較適合配制低強度等級混凝土。
以上是本人在使用粉煤灰和礦渣粉過程中一些經(jīng)驗，難免存在片面性和局限性，希望專家和同行提出寶貴意見和建議。
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