粉煤灰的主要特性

2023-02-09 18:24:03 字數 4037 閱讀 4630

第一節、 粉煤灰的主要性狀和技術特徵

粉煤灰的性狀是指粉煤灰顆粒和混合粉料的物理、化學性質以及形態、結構等的統稱。粉煤灰性狀除包括上述化學成分、礦物組分和顆粒組分外,一般還包括表觀色澤、粒徑、細度、級配、比表面積、密度、堆積密度、含水率、燒失量、需水量比、火山灰活性以及其他各種物理力學性質和化學性質,特別還應包括均勻性這個重要的資訊。粉煤灰一般的性狀,因為粉煤灰在水泥和混凝土的應用要比其他用途具有更高的性狀要求,仍須摘要說明。

粉煤灰技術特徵,這裡主要是指粉煤灰用作水泥和混凝土的原材料時,與用途和質量有關的粉煤灰成分、結構和效能的技術資訊,也是與粉煤灰混凝土技術相關的重要技術參量。粉煤灰特徵化研究,是粉煤灰水泥混凝土技術中的基礎研究,直到20世紀80年代,粉煤灰特徵化研究隨著現代科學測試手段和研究方法的進步,取得了較多的成績。

(一)、粉煤灰的性狀

1.表觀色澤

由於成分和組分不同,粉煤灰表觀色澤變化很大。低鈣粉煤灰隨著碳分含量從低到高,從乳白色變至灰黑色。在一般情況下,粗略地可從色澤的變化觀察粉煤灰性質的變化。

高鈣粉煤灰一般呈淺黃色,可反映氧化鈣含量。目前,最新的研究認為,粉煤灰色澤不可以反映其結構。

2.粒徑和細度

所收集的統灰粒徑變化為0.5~300μm,這一範圍與水泥接近,但其中大部分的顆粒要比水泥細得多。國內沿用標準篩測定,現在的我國粉煤灰新標準把用於水泥和混凝土的粉煤灰的試驗方法和篩餘量指標從用80μm標準篩人工篩分法改為用氣流篩測定45μm的篩餘量。

如jgj28-1986規定,以80μm標準篩測定細度,

其篩餘量:i級灰不大於5%,ii級灰不大於8%,iii級不大於25%。因為45μm以下粉煤灰顆料對混凝土性質的貢獻較大,gb1596-2005粉煤灰新標準中,採用45μm篩餘量(%)為細度指標,規定i級灰不大於12%,ii級灰不大於20%,iii級灰不大於45%。

細度是粉煤灰最重要的參量,有的專家認為可以用來作為評估用於混凝土中粉煤灰質量的基本參量。至於代替細集料或用以改善工作性的粉煤灰細度則不受上述規定的限制。

3.比表面積

因為粉煤灰中密實顆粒和內部表面積很大的多孔顆粒混在一起,用比表面積方法不易準確測定顆粒的粗細。沿用測定水泥比表面積法測定粉煤灰比表面積的變化範圍一般為1500~5000cm2/g,仍可用作反映粉煤灰組合顆粒內外表面積的綜合情況。

4.顆粒級配

顆粒級配大致可分三種形式:

(1)、細灰。顆粒級配細於水泥,主要用於鋼筋混凝土中取代水泥或水泥混合材料。

(2)、粗灰。包括統灰和分選後的粗灰,顆粒級配粗於水泥,主要用於素混凝土和砂漿中取代集料。

(3)、混灰。與爐底灰混合的粉煤灰,用作取代集料或用作水泥混合材料(尚須與熟料共同磨細或分別麿細),或者作填築用粉煤灰。

5.密度

普通粉煤灰密度為1.8~2.3g/cm2,約等於矽酸鹽水泥的2/3。

粉煤灰堆積密度的變化範圍為0.6~0.9g/cm3,振實後的堆積密度為1.

0~1.3g/cm3。高鈣粉煤灰密度略大。

最近我國用於混凝土的粉煤灰特徵化研究完全證實,密度是粉煤灰技術特徵中乙個很重要的參量,它可用於混凝土用粉煤灰的質量評定和質量控制,特別是能用於粉煤灰質量均勻性評定和控制。

6.需水量比

粉煤灰需水量比是按規定的水泥標準砂漿流動性試驗方法,以30%的粉煤灰取代矽酸鹽水泥時所需的水量與矽酸鹽水泥標準砂砂漿需水量之比。這個性質指標能在一定程度上反映粉煤灰物理性質的優劣,而且可以用來估計粉煤灰對混凝土的一些重要性質的影響。最劣粉煤灰的需水量比高達120%以上,特優粉煤灰則可能在90%以下。

gbj146-1990、gb1596-2005和jgj28-1986都規定i級粉煤灰需水量比不大於95%,ii級灰不大於105%,iii級灰不大於115%。

7.火山灰活性

現在世界各國的混凝土用粉煤灰標準中,粉煤灰火山灰活性的評定大都採用「抗壓強度比」一類的試驗方法,這類方法都是從傳統的水泥或消石灰砂漿強度試驗法改進而來的,也就是根據所摻粉煤灰對水泥砂漿或消石灰砂漿強度的貢獻來評定粉煤灰活性的高低。這類方法既不複雜,而且有一定可靠性,但是其試驗結果卻不能直接用來指導粉煤灰混凝土的配合比,也不能用來確定粉煤灰對混凝土強度的貢獻。

為使粉煤灰在混凝土中充分發揮火山灰活性,還要作多方面綜合的考慮。gb1596-1991中只對用於水泥的粉煤灰規定「抗壓強度比」的要求,而對用於混凝土的粉煤灰則無要求。jgj28-1986和gbj146-1990也不作火山灰活性的規定,是鑑於粉煤灰的活性必須通過混凝土試驗才能合理地反映出來,在混凝土製備階段進行適當處理。

7.燒失量

粉煤灰中的碳分一向被認為是有害物質,有此國家標準主中對控制碳分含量的燒失量指標最大限值的規定比較寬容,而新標準的規定則越來越嚴格。gbj146-1990、gb/t1596-2005和jgj28-1986都規定i級粉煤灰不大於5%,ii級粉煤灰不大於8%,iii級粉煤灰不大於15%。值得注意的是,碳粒顆粒的粒徑大部分在45μm以上,平均密度只有1.

5g/cm3左右。如以體積計算,碳粒的比例要比以質量計算的大得多,因此燒失量越大對混凝土的影響越不利,特別是要影響需水性和密實度以及化學外加劑摻量。

近年來國內有些專家認為,按我國的標準、規範和規程規定的粉煤灰燒失量限值,用於鋼筋混凝土中的粉煤灰應不大於8%(ii級灰),這樣國內有許多地區的粉煤灰達不到這個要求。上海市推廣的磨細粉煤灰研究表明:磨細後燒失量雖不降低,但碳粒變成細屑後,其對混凝土的不利影響明顯得到改善,在這種情況下,燒失量限值是可以適當放寬的。

9.含水率

粉煤灰的含水率影響卸料、貯藏等操作,gb/t1596-2005和jgj28-1986都規定不得超過1%,對iii級粉煤灰不作規定。對高鈣粉煤灰來說,含水還會明顯影響粉煤灰的活性,並造成固化結塊。

10.三氧化硫、氧化鎂、有效鹼等含量

通常情況下粉煤灰中三氧化硫、氧化鎂、有效鹼等被認為是對混凝土有害的物質,一般其含量是不大的,故危害的程度也不高。而且硫酸鹽、有效鹼等物質在一定的條件下也可能產生一些有利的作用,但是往往為了絕對保證用於混凝土中粉煤灰的質量,在各國的規範中都對這類物質的含量加以限制。gbj146-1990、gb/t1596-2005和jgj28-1986都規定三氧化硫不大於3%。

11.收縮性

美國astmc-618標準對粉煤灰砂漿試件28d的收縮性增加的最大限值為0.03%,雖然這一規定並非強制性的,但對選用粉煤灰卻是很有好處的。我國的有關規範、標準和規程對收縮性都不作規定。

12.均勻性

美國astmc-618標準對粉煤灰密度和細度的均勻性都明確規定變化範圍不得大於5%,這是粉煤灰重要的品質指標,不容忽視。我國對此不作規定,但強調,應在粉煤灰產品生產控制中測定粉煤灰的均勻性。astmc-618還對引氣劑需要量的均勻性規定不得大於20%(非強制性)。

(二)粉煤灰的技術特徵

與上節粉煤灰性狀直接相關的是混凝土用粉煤灰的技術特徵的研究,也叫做粉煤灰的「特徵化」研究,主要是指有重點地研究粉煤灰的若干技術上特徵,以確定粉煤灰對某種用途的適用性,對於粉煤灰混凝土來說,特徵研究是非常重要的應用技術基礎研究,其主要目的在於確定粉煤灰質量,以判斷某種粉煤灰是否適用於所要求的水泥和混凝土生產,並把研究結果用來作為質量控制和質量保證的依據。

粉煤灰技術特徵大體上可以分為結構特徵和功能特徵兩大類。粉煤灰的化學成分、礦物組分、顆粒組分以及一些外觀色澤、比表面積、密度、堆積密度等都屬於結構特徵,粉煤灰的火山灰活性、需水性、穩定性等都是功能特徵,這都是專指混凝土用途而言的。

第二節粉煤灰顆粒分類及鐵、鋁、碳產物

一、 粉煤灰顆粒分類和特性

粉煤灰是一種混合物,它包含品種繁多的物質。精細利用則是將它們一一分選出來,按各自的特性,將其中高附加值的品種充分利用,以達到物盡其用,提高粉煤灰綜合利用的經濟效益。

粉煤灰按其顆粒分類可分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。在珠狀顆粒中包括漂珠(常稱空心微珠)、空心沉珠、復珠(子母珠)、密實沉珠(實心微珠)和富鐵玻璃微珠等五大品種;在渣狀顆粒中包括海綿狀玻璃渣粒、碳粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。

由於全國各地電廠所用煤種和燃燒工況不完全相同,因此,其顆粒形貌、結構和數量也不盡相同。如有些電廠粉煤灰中含有大量空心沉珠(厚壁空心玻璃微珠),有些電廠粉煤灰中則空心沉珠含量相對較少。美國曾對該產品進行開發,據介紹,這類產品承受靜水壓力可高達700mpa。

此外,較多電廠的粉煤灰主要含有密實沉珠。

為便於查考、比較和利用,現將其珠狀和渣狀顆粒的分類和特性等列於表中,以供參考。

粉煤灰中顆粒的分類和特徵

注:本表摘自《粉煤灰混凝土》。

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