粉煤灰的生产工艺对混凝土强度影响的对比与研究

孙晓林　于乃超　刘莉

摘 要：考察了A、B两种不同生产工艺的粉煤灰对混凝土强度的影响。通过化学分析、XRD和活性指数研究分析发现水灰比小于0.44时，粉煤灰A提高混凝土强度大于B；水灰比大于0.44时，粉煤灰A提高的强度小于B。A粉煤灰玻璃体含量大于B，且能够提高胶砂早期强度；B粉煤灰含有硅灰石，具有很好的化学稳定性和耐酸碱腐蚀性，有利于混凝土长期性、耐久性。

关键词：粉煤灰；混凝土；XRD；活性指数

粉煤灰作为混凝土掺合料，具有表面效应、填充效应和火山灰活性效应，粉煤灰活性主要是指火山灰活性，活性SiO2与水泥水化产物CH发生二次反应，生成CSH胶凝填充料。粉煤灰的矿物相有莫来石、石英、玻璃微珠、不定形颗粒等。

某工程土建施工用的粉煤灰有A、B两种，粉煤灰A是由电厂锅炉燃烧后的直接产物；粉煤灰B是在A的基础上，在水环境下浸泡十余年之久，经浮选、分离、烘干等工艺后得到的产物。

本文通过化学分析和XRD，分别了解两种粉煤灰的主要化学成分和矿物组成，通过胶砂强度和混凝土强度表征其活性，以此来分析A、B两种粉煤灰对混凝土强度的影响。

1 试验部分

1.1 原料

粉煤灰A、B进行化学分析，主要组分（%）如表1所示：

1.2 试验方法

1.2.1 胶砂强度对比

粉煤火山灰活性有多种测定方法，如Vicut提出的石灰吸收法和Raask提出的电导率法，表征活性最根本的方法是力学实验法，即GB/T1596-2005粉煤灰强度活性指数。通过试验胶砂抗压强度与对比胶砂抗压强度之比，以百分数形式表示。胶砂配比见表2，实验结果如图1所示。

由图1可知，粉煤灰A的活性指数高于粉煤灰B，3天强度对比尤为明显。但是在龄期为28天附近处，活性指数曲线斜率A明显小于B，表明随时间的延长B活性指数与A的差距在逐渐缩小。甚至有超过的可能，具体数据还需要进一步实验验证。

1.2.2 配合比试验

通过配合比实验对其强度进行比对，除粉煤灰外其他原材料（包括砂、石、外加剂等）及实验条件均保持一致，配合比及其强度表3所示。

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2010知，混凝土强度主要有水灰比决定，水灰比与混凝土强度关系如图2所示。

图2表明两种粉煤灰均能够提高混凝土强度，在水灰比小于0.44时，A提高的强度大于B；大于0.44时，B大于A。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰矿物相组成

粉煤灰是煤粉在锅炉中燃烧时，有无机矿物经分解、烧结熔融及冷却等过程形成的。冷却后可分成玻璃体和晶体矿物两大类。由于玻璃体的熔融物在急速冷却时，质点来不及按特定规律排列所形成的内部质点无序排列的固体，即内部质点未能到达能量的最低位置，故大量的化学能未能释放，因而其化学稳定性较差，含有一定的潜能，活性较高，易和其它物质反应或自行缓慢像结晶体转化。

2.2 粉煤灰XRD实验

粉煤灰进行预处理后进行XRD实验，分析其矿物成分，PDF卡片库：莫来石（Al6Si2O13，M）84-1205、石英（SiO2，Q）89-1961、刚玉（Al2O3，C）76-0144、氧化钙（CaO，L）82-1690、硅灰石（CaSiO3，W）29-0372。实验结果如图3、图4所示。

粉煤灰A、B均含有莫来石、石英。20°～30°区域出现宽大衍射峰是玻璃相存在的特征，表明粉煤灰A玻璃体含量明显高于B。具体含量，还需通过非晶体散射X射线衍射（NCXRD）进行定量分析。

粉煤灰B不含氧化钙相，玻璃体含量偏少，但含有硅灰石。粉煤灰B原灰长期浸泡在水环境下，氧化钙和水生成的氢氧化钙与玻璃体进行水化反应，生成了硅酸钙（即硅灰石）。硅灰石属于钙质偏硅酸盐矿物，具有针状或纤维状，经破碎研磨仍具有针状结构，作为掺加剂加入水泥或混凝土中，针状晶体交织分布，增加了颗粒间的结合力，使其具有较高的强度。由于不是最紧密堆积，所以具有较好的冲击韧性。另外，硅灰石具有很好的化学稳定性，耐酸、耐碱、耐化学腐蚀。

3 结论

3.1 掺加A、B粉煤灰均能提高混凝土的抗压强度。当水灰比小于0.44时，A提高的强度大于B；大于0.44时，B大于A。

3.2 粉煤灰A玻璃体含量多于B。胶砂强度实验中，3天的强度活性指数A大于B，后期活性指数B逐渐接近A。

3.3 粉煤灰B含有硅灰石，具有很好的化学稳定性和耐酸碱腐蚀性，掺加到混凝土中能够提高混凝土的长期性、耐久性。

参考文献

[1] 罗华连，张庆红，黄智丰.粉煤灰对混凝土性能的影响[J].广西大学学报，2008（06）.

[2] 范垂钢，韩敏芳，曾鸣.粉煤灰浮选分离实验研究[J].中国非金属矿工业导刊，2003（4：）.