用于加气混凝土的陈积粉煤灰物理性能分析.pdf

0 引言 近些年在国家节能减排、废物利用等的政策引导下， 粉煤灰作为传统的工业废渣被广泛应用于轻集料混凝土 砌块、粉煤灰加气混凝土砌块、粉煤灰陶粒砌块、蒸压粉煤 灰砖等1-3。而尤其是具有轻质、高强、隔音、隔热、抗震性能 好、易于机械加工等优点的粉煤灰加气混凝土迅猛发展， 造成电厂新出产的粉煤灰资源短缺、供不应求，为此能否 利用陈积的粉煤灰生产加气混凝土这一课题的研究显得 十分重要。以下从陈积粉煤灰的化学组成、矿物组成和微 观结构三方面对用于加气混凝土的陈积粉煤灰物理性能 进行分析4-8。 1 陈积粉煤灰的化学组成 以贵州省内的清镇电厂 （ Qing-Zhen Power Plant，简写 为 QZPP）、贵阳电厂 （ Gui-Yang Power Plant，简写为 GYPP） 和黔西电厂 （ Qian-Xi Power Plant，简写为 QXPP）的陈积粉 煤灰作为样品，进行化学组成分析，具体分析结果见表 1。 由表 1 可知：3 个电厂的陈积粉煤灰的 CaO 含量均在 5%以内，说明这 3 种粉煤灰都属于低钙粉煤灰；3 个电 厂的陈积粉煤灰的 SiO2、Al2O3、Fe2O3含量之和都超过 70%以上；QZPP、GYPP 和 QXPP 的陈积灰烧失量 （ Loss of Ignition，简写为 LoI）分别为 10.14%、9.35%、6.32%，主要原 因是陈积粉煤灰长期在露天堆存严重受潮及发生水化反 应所致。 摘要：粉煤灰加气混凝土的迅猛发展，造成电厂新出产的粉煤灰资源短缺、供不应求。为此研究利用陈积的粉煤灰生产加气 混凝土显得十分重要。从化学组成、矿物组成和微观结构 3 方面对用于加气混凝土的陈积粉煤灰物理性能进行分析。化学组成方 面：3 个电厂的陈积粉煤灰均为低钙粉煤灰；清镇电厂、贵阳电厂和黔西电厂的陈积灰烧失量分别为 10.14%、9.35%、6.32%，主要 原因是陈积粉煤灰长期在露天堆存严重受潮及发生水化反应所致。矿物组成方面：对矿物组成进行 X 射线衍射分析，表明陈积粉煤 灰与新粉煤灰的矿物组成基本一致。微观结构方面：对矿物组成进行了激光共聚焦观测，结果 3 个电厂陈积粉煤灰颗粒表面均粗糙 不平，主要原因为在露天堆存过程中，粉煤灰在雨水的侵蚀作用下发生了不同程度的化学反应，在表面生成了反应产物所致。 关键词：陈积粉煤灰； 物理性能； 化学组成； 矿物组成； 微观结构 中图分类号：TU528.041 文献标志码：A 文章编号：1002-3550 （ 2016）11-0101-03 混凝土 Concrete Abstract: With the fast-developing of the fly ash aerated concrete，new fly ash of power plants exceed the supply.Therefore，it is impor- tant to product the aerated concrete by employing the sedimentary fly ash.Physical performance of the sedimentary fly ash used to aerated concrete is analyzed by chemical composition，mineral composition and microstructure.Chemical composition：All of the sedimentary fly ashes in three power plants are low calcium fly ash.Loss of ignitions for sedimentary fly ash in Qing-Zhen Power Plant，Gui-Yang Power Plant and Qian-Xi Power Plant are 10.14%，9.35% and 6.32%，respectively，and the reason is that the sedimentary fly ash is serious damp and causes hydration reaction when long-term stockpiling in the open yard.Mineral composition：It reveals that the mineral composition sedimentary fly ash is the same with ones of the new fly ash by X-ray diffraction.Microstructure：The result of laser scanning confocal mi- croscopy is that particle surface of sedimentary fly ash is uneven，because reaction product is generated on the surface of sedimentary fly ash when the sedimentary fly ash in the rain. Key words: sedimentary fly ash；physical performance；chemical composition；mineral composition；microstructure Physical performance analysis of sedimentary fly ash used to aerated concrete CHEN Yanfei 1，YANG Dongsheng 1，XIE Lilan 1，LI Yi 2，HE Xin 2 （ 1.School of Materials and Architectural Engineering，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China； 2.Guizhou Yuanlong of New Environmental Protection Wall Building Materials Limited Company，Guiyang 550014，China） 陈燕菲 1， 杨冬升1， 谢礼兰1， 李 毅 2， 何 欣 2 （ 1.贵州师范大学 材料与建筑工程学院， 贵州 贵阳 550001； 2.贵州源隆新型环保墙体建材有限公司， 贵州 贵阳 550014 ） 用于加气混凝土的陈积粉煤灰物理性能分析 doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2016.11.027 2016年 第11期（总 第 325 期） Number 11 in 2016 （ Total No.325） 收稿日期：2015-12-04 基金项目： 贵州省科技厅工业公关项目 （ 黔科合GY字 20143008）；贵阳市工业公关项目 （ 筑科合同 【 2012101】3-2号）；贵阳市白云区科学技 术局 （ 白科合同 【 2013】46号） 原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE 101 万方数据 2 陈积粉煤灰的矿物组成 对贵州省内的清镇电厂 （ Qing-Zhen Power Plant，简写为 QZPP）、贵阳电厂 （ Gui-Yang Power Plant，简写为 GYPP）和 黔西电厂 （ Qian-Xi Power Plant，简写为 QXPP）的陈积粉煤 灰的矿物组成进行 X 射线衍射分析 （ X-ray diffraction，简写 为 XRD）。可得 3 个电厂的陈积粉煤灰的矿物组成图，分别 见图 13。 从图 13 可知，QZPP 的陈积粉煤灰的主要矿物组成 为石英 （ SiO2）、莫来石 （ 3Al2O3 2SiO2）和赤铁矿 （ Fe2O3）； GYPP 的陈积粉煤灰的主要矿物组成为石英 （ SiO2）、莫来 石 （ 3Al2O3 2SiO2）和磁铁矿 （ Fe3O4）；QXPP 的陈积粉煤灰 的主要矿物组成为石英 （ SiO2）、莫来石 （ 3Al2O3 2SiO2）和磁 铁矿 （ Fe3O4），此外还检测到二水石膏 （ CaSO4 2H2O）的存 在。以上检测结果表明陈积粉煤灰与新粉煤灰的矿物组成 基本一致，未明显检测到水化产物的存在。 3 陈积粉煤灰的微观结构 对贵州省内的清镇电厂 （ Qing-Zhen Power Plant，简写为 QZPP）、贵阳电厂 （ Gui-Yang Power Plant，简写为 GYPP）和 黔西电厂 （ Qian-Xi Power Plant，简写为 QXPP）的陈积粉 煤灰的矿物组成进行了激光共聚焦 （ Laser scanning confocal microscopy，简写为 LSCM）观察，放大倍数为 1 000 倍。3个 电厂的陈积粉煤灰的微观结构见图 46。 图 4 中 QZPP 的陈积粉煤灰由玻璃微珠和不规则碎 块组成，玻璃微珠粒径较大且表面粗糙不平；图 5 中 GYPP 的陈积粉煤灰由少量的玻璃微珠、不规则海绵状玻璃体和 碎块组成，同样玻璃微珠表面粗糙不平；图 6 中 QXPP 的 图 6QXPP 的陈积粉煤灰 LSCM 图谱 图 4QZPP 的陈积粉煤灰 LSCM 图谱 表 1陈积粉煤灰的化学组成% 合计 95.01 96.08 98.24 样品 QZPP GYPP QXPP LoI 10.14 9.35 6.32 SiO2 43.89 43.29 46.68 Al2O3 16.02 17.87 22.03 Fe2O3 15.30 17.41 12.88 CaO 4.05 4.55 2.98 MgO 1.39 1.32 3.02 SO3 1.25 0.29 1.49 K2O 1.82 1.17 1.37 Na2O 1.03 0.83 1.47 f-CaO 0.12 0 0 图 1QZPP 的陈积粉煤灰 XRD 图谱 图 2GYPP 的陈积粉煤灰 XRD 图谱 图 3QXPP 的陈积粉煤灰 XRD 图谱 图 5GYPP 的陈积粉煤灰 LSCM 图谱 102 万方数据 陈积粉煤灰由大量玻璃微珠和不规则海绵状玻璃体组成， 玻璃微珠粒径较小且表面光滑。分析三个电厂陈积粉煤灰 颗粒表面粗糙不平的主要原因：在露天堆存过程中，粉煤 灰在雨水的侵蚀作用下发生了不同程度的化学反应，在表 面生成了反应产物所致。 4 结论 本研究从化学组成、矿物组成和微观结构 3 个方面，分 析了三个电厂的陈积粉煤灰的物理性能，得到的结论如下： （ 1）化学组成方面：3 个电厂的陈积粉煤灰均为低钙 粉煤灰；QZPP、GYPP 和 QXPP 的陈积灰烧失量 （ Loss of Ignition，简写为 LoI）分别为 10.14%、9.35%、6.32%，主要原 因是陈积粉煤灰长期在露天堆存严重受潮及发生水化反 应所致。 （ 2）矿物组成方面：表明陈积粉煤灰与新粉煤灰的矿 物组成基本一致，未明显检测到水化产物的存在。 （ 3）微观结构方面：3 个电厂陈积粉煤灰颗粒表面均粗 糙不平，其主要原因为：在露天堆存过程中，粉煤灰在雨水 的侵蚀作用下发生了不同程度的化学反应，在表面生成了 反应产物所致。 参考文献： 1 罗立群，程琪林.加气混凝土制备工艺影响因素分析J.建筑节 能，2015 （ 10）：40-44. 2 王孙睿，尹键丽.大掺量粉煤灰加气混凝土的制备J.福建建材， 2015 （ 9）：13-15. 3 李院高.粉煤灰制浆对加气混凝土静养发气过程的影响J.墙材 革新与建筑节能，2015 （ 10）：43-44. 4 粉煤灰混凝土应用技术规范：GB/T 501462014S.中国计划出 版社，2014. 5 蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规范：CECS 2892011S. 中国计划出版社，2011. 6 蒸压加气混凝土性能试验方法：GB/T 119692008S.中国标准 出版社，2008. 7 蒸压加气混凝土砌块：GB 119682006S.中国标准出版社，2006. 8 用于水泥和混凝土中的粉煤灰：GB/T 15962005S.中国标准 出版社，2005. 第一作者：陈燕菲 （ 1966-），女，教授，主要从事土木工程设计及 建筑施工研究。 联系地址：贵州省贵阳市花溪区大学城贵州师范大学 （ 550001） 联系电话借助三维数字图像分形维数软件定量计算了断裂面的表 面分形维数，分析了弯折强度随分形维数的变化关系，得到 以下主要结论： （ 1）偏高岭土有效提高了混凝土水化程度，使断裂面 的表面规则程度不断提高，断裂面由高低起伏的无序排列 逐渐向平滑有序变化，偏高岭土掺量为 15%时，这种变化 特征更加明显。 （ 2）分形维数能够定量表征偏高岭土对混凝土细观结 构的影响，随着偏高岭土掺量的增加，分形维数总体呈现 降低趋势，掺量 15%时偏高岭土混凝土的分形维数最小。 （ 3）弯折强度和断裂面表面形貌的分形维数存在负相 关性，弯折强度随分形维数的增大而减小。 参考文献： 1 MURAT M.Hydration reaction and hardening of calcined clays and related minerals.I.Preliminary investigtion on metakaoliniteJ.Ce ment and Concrete Research，1983，13 （ 2）：259-266. 2 彭军芝，桂苗苗，傅翠梨，等.煅烧制度对高岭土的结构特征及 胶凝活性的影响J.建筑材料学报，2011，14 （ 4）：482-485. 3 白志民，肖仪武.低温煅烧高岭土火山灰活性对水泥石结构的 影响J.硅酸盐学报，2003，31 （ 7）：715-720. 4 刘红彬，盛星汉，唐伟奇，等.偏高岭土对混凝土性能的影响J. 混凝土，2014 （ 10）：52-56. 5 刘红彬，盛星汉，唐伟奇，等.偏高岭土高性能混凝土的强度和 抗氯离子渗透性研究J.公路，2015 （ 2）：180-183. 6 吴科如，张东，刘娟淯，等.混凝土断裂面三维重构J.建筑材料 学报，1999，2 （ 3）：261-265. 7 谢和平.分形-岩石力学导论M.北京：科学出版社，1995. 8 杨彦从，彭瑞东，周宏伟.三维空间数字图像的分形维