超细粉煤灰应用技术及经济效益分析

胡炘，刘志强，周杰，唐荣，梅婷

（西安高科新达混凝土有限责任公司，陕西 西安 710000）

0 引言

为了保护环境，走可持续发展道路，发展绿色循环经济，作为燃煤发电厂废弃物的粉煤灰，近年来已变废为宝，在实际生产中得到广泛推广和应用，尤其在预拌混凝土行业，为了进一步提升利用效率，提高粉煤灰的活性，将粉煤灰进行超细化加工，使 45μm 的筛余小于 0.7%，形成超细粉煤灰。为了探寻粉煤灰超细化加工后对水泥和混凝土性能的影响以及最佳掺量，将超细灰和原状灰分别掺入水泥和混凝土中进行试验对比。

1 粉煤灰的四大功效

粉煤灰是目前预拌混凝土生产过程中常用的材料组分之一，它在混凝土中的四大功效：

（1）火山灰效应：掺合料中潜在活性物质与碱性物质反应生成水硬性物质。

（2）形态效应：由外观形貌、表面性质、颗粒级配等产生的效应。

（3）微集料反应：粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆中，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的效应。

（4）界面效应：粉煤灰与水泥水化产生的 Ca(OH)2发生反应，减少了 Ca(OH)2的含量，改善界面过渡区结构，使浆体界面的粘结力增加。对改善混凝土的和易性、保水性、流动性，提高强度及长期耐久性都有极为重要的作用。

2 掺超细粉煤灰的 C30、C50 混凝土配合比设计

本次设计 C30、C50 高性能大掺量超细粉煤灰混凝土，采用西安市当地原材料进行试验；对混凝土中不同掺量超细粉煤灰进行对比，从而分析不同掺量超细粉煤灰对混凝土抗压强度等级的影响。找出合理掺量配制 C30、C50 性能大掺量超细粉煤灰混凝土。

2.1 原材料选择

（1）水泥：选用尧柏实丰生产的 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，比表面积 350m2/kg，标稠用水量 27%。

（2）粉煤灰：选用渭河电厂生产的超细Ⅰ级粉煤灰（以下简称超细粉），细度（45μm 方孔筛筛余）0.5%，需水量比 95%，烧失量为 3.1%。

选用渭河电厂生产的原状Ⅱ级粉煤灰（以下简称粉煤灰），细度（45μm 方孔筛筛余）18%，需水量比 102%，烧失量为 2.8%。

胶凝材料的性能指标见表 1。

表1 胶凝材料的性能指标

（3）外加剂：选用陕西科之杰有限公司生产的聚羧酸泵送剂，含固量 10%，减水率 26%。

（4）骨料

粗骨料：户县碎石，粒径 5～25mm，连续级配，含泥量 0.8%。细骨料：黑河中砂，细度模数 2.6，含泥量 1.8%。

2.2 确定配制强度

由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》表 4.0.2 选择强度标准差为 5.0MPa。

计算结果：C30 混凝土配制强度不小于 38.3MPa，本试验取 40MPa。

C50 混凝土配制强度不小于 59.9MPa，本试验取 60MPa。

2.3 确定胶凝材料用量和超细粉、粉煤灰掺量

本设计，确定 C30 胶凝材料用量为 360kg，C50 胶凝材料用量为 500kg。根据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》中表 3.0.5.1 的规定，并考虑西安当地原材料、应用部位和施工工艺等因素来考虑确定超细粉、粉煤灰掺量。

考虑当地水泥中混合材掺量为 10%～15%，所以混凝土中粉煤灰掺量建议不大于 20%，由于超细粉 28 天活性指数大于粉煤灰，所以超细粉掺量可以大于 20%。

表2 试验方案

2.4 确定验证配合比

由于外加剂中含有 85% 水分，调整后单方用水量为 160kg/m3，方案配合比见表 3 所示。

表3 方案配合比 kg/m3

3 验证配合比物理性能

本次验证试验中，主要观察混凝土的初始坍落度、1 小时混凝土坍落度损失及混凝土强度发展，见表 4。

表4 混凝土物理性能指标

通过试验数据可以看出以下结论：

（1）在超细粉与粉煤灰掺量相同时，混凝土坍落度损失有改善现象，凝结时间没有影响，说明超细粉的“滚珠”作用没有发生变化。

（2）在超细粉与粉煤灰掺量相同时，掺超细粉的混凝土强度高于粉煤灰的混凝土强度，说明超细粉在经过磨细加工后，自身更加有利于和水泥的水化物产物发生反应。

（3）在超细粉掺量达到 30% 时，混凝土 28 天强度可以满足试配要求，而且 60 天强度增长明显，说明超细粉能很好地填充在水泥空隙中，使混凝土内部结构更加密实，混凝土强度发展明显、耐久性更好。

（4）水泥用量不同，各强度等级中超细粉最大掺量不同。如 C30 混凝土中，超细粉最大掺量为 30%，C50 混凝土中，超细粉最大掺量 33%，说明在水泥用量增多的配合比中，要发挥超细粉的最大作用，一定要寻找最佳掺量，提高超细粉的“微珠”作用。

4 超细粉煤灰的经济效益分析

（1）使用超细粉可提高粉煤灰的使用量。以 30%的掺量计算，混凝土每方中可以增加 30～50kg 用量。

（2）超细粉可以替代 30～50kg 水泥，从而直接降低混凝土单方成本 5～12 元。

（3）使用超细粉可降低 30～50kg 水泥的使用量，从而间接降低水泥厂二氧化碳排放量。

5 结论

合理科学地利用粉煤灰将对混凝土生产质量和经济效益产生积极影响，而超细粉煤灰总体表现良好，无论是强度还是工作性均有所改善，使水泥的使用性能即混凝土质量得到提高。所以超细粉煤灰在混凝土中的应用，对应预拌混凝土质量的控制有非常大的提升。