粉煤灰脱硫石膏复合胶凝材料的配合比与水化

作者:山西嬴信科技有限公司发布日期:2021-03-31浏览次数:3

摘要:在活性激发剂作用下,将粉煤灰、脱硫石膏和水泥混合,制备成一种新型的复合胶凝材料,然后在优选试验基础上确定了复合胶凝材料的基本配合比.研究了典型配合比粉煤灰-脱硫石膏-水泥净浆在复合激发剂作用下的水化过程,结果表明:粉煤灰早期火山灰活性显著提高;脱硫石膏除自身析晶、具有一定的增强效应外,还是粉煤灰火山灰活性理想的硫酸盐激发剂.粉煤灰3d即开始明显水化,脱硫石膏对粉煤灰水化活性激发效果明显.

关键词:粉煤灰;脱硫石膏;硫酸盐激发;水化过程


粉煤灰用于制造水泥、混凝土填料及墙体材料等,取得了很好的技术与经济效果.然而,一般而言,粉煤灰掺量越大,水泥或混凝土的早期强度越低,这与粉煤灰的早期水化活性不足有直接关系.为此研究者们纷纷致力于研究粉煤灰水化活性的激发及其对水泥、混凝土早期强度、变形性能、抗裂性能等的影响.脱硫石膏CaSO4含量较高,是粉煤灰火山灰活性理想的硫酸盐激发剂.脱硫石膏与粉煤灰、水泥优化复合,可产生交互水化作用,形成理想的三元胶凝材料体系.


在水泥中按一定比例混合双掺粉煤灰和脱硫石膏,同时辅加适量的活性激发剂,即可不经任何粉磨、烘干工序,成为一种新型的复合胶凝材料.本文在试验基础上确定了砂浆和混凝土中各胶凝组分的配合比,研究了粉煤灰-脱硫石膏-水泥净浆的水化过程.


1原材料


粉煤灰:平顶山姚孟电厂湿排粉煤灰(简写为WFA),其比表面积为335m2/kg,需水量比1)为98%,烧失量为2.31%,含水量为34.1%;低品质粉煤灰(简写为LFA),其比表面积为290m2/kg,需水量比为103%,烧失量为3.04%.粉煤灰化学组成见表1.



脱硫石膏(以下简称为FGD):平顶山姚孟电厂劣质石膏,其外观呈灰黄色粉状,主要成分为CaSO4·2H2O,附着水量9.89%,化学组成见表2.



水泥:湖南牛力水泥厂42.5普通硅酸盐水泥,其化学组成见表3.该水泥3d和28d实测抗折强度分别为6.0MPa和9.1MPa,实测抗压强度分别为23.7MPa和52.7MPa.



活性激发剂:CA,以市售硫酸盐、氯盐以及碱类材料按比例复配而成;生石灰(CaO),市售.减水剂:萘系高效减水剂,市售.

砂:ISO标准砂.


2胶凝组分基本配合比


2.1砂浆


为降低水泥用量,砂浆中胶凝组分以粉煤灰和脱硫石膏为主,其中粉煤灰采用技术品质达不到GB/T1596—2005《用于水泥与混凝土中的粉煤灰》所规定的Ⅰ,Ⅱ级粉煤灰标准的低品质粉煤灰(LFA).胶砂试件中胶凝组分掺量见表4.

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图1为灰膏比(m(LFA)︰m(FGD))对胶砂试件强度的影响.

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由图1可见:当m(LFA)︰m(FGD)由1︰1上升至3︰2时,胶砂试件抗折和抗压强度均随之上升;此后,随着灰膏比进一步上升,胶砂试件抗折和抗压强度则不断减小,即胶砂试件在mm(L(FFAG)D︰ )为 3 ︰2 时出现强度峰值.上述表明,当水泥用量为15.0%时,灰膏比佳比例为3︰2.保持m(LFA)︰m(FGD)为3︰2不变,测试水泥掺量对胶砂试件强度的影响,结果见图2.



由图2可知:(1)当水泥掺量从10%增加到20%时,胶砂试件抗折和抗压强度均随之提高.(2)相比未掺水泥胶砂试件,掺水泥胶砂试件7d抗折强度增加1~4倍,28d抗折强度增加1~7倍.(3)相比未掺水泥胶砂试件,当水泥掺量为10%时,胶砂试件7d抗压强度增加4~5倍,28d抗压强度增加2~3倍;当水泥掺量为15%时,胶砂试件7d抗压强度增加5倍以上,28d抗压强度增加5~6倍;当水泥掺量为20%时,胶砂试件7d抗压强度增至18倍左右,28d抗压强度则增加6倍以上.


上述结果表明,水泥掺量是决定胶砂试件强度的关键因素.基于砂浆强度要求和大限度降低材料成本、提高利废率考虑,笔者确定砂浆中胶凝组分的基本配合比为:m(LFA)︰m(FGD)=3︰2,水泥掺量15%.若采用品质相对较好的粉煤灰,水泥掺量可适当减少


在大掺量粉煤灰-脱硫石膏体系中掺入适量活性激发剂,将有利于激发粉煤灰水化活性,同时降低水泥掺量、节约成本.


活性激发剂对胶砂试件强度的影响见图3.



由图3可知,外掺1.5%CA后,胶砂试件强度显著提高,其中3,7,28,60d抗折强度分别增加31.3%,21.4%,9.0%和11.4%,抗压强度相应提高78.1%,58.9%,17.4%和6.7%.同时外掺1.5%CA和5.0%CaO,胶砂试件强度(尤其是早期强度)将进一步提高.这是因为掺加活性激发剂CaO后,灰膏体系液相介质中OH-浓度增加,从而促进粉煤灰中Si—O键断裂,并尽早参与水化反应的缘故.然而CaO掺量过多,将极易出现泛霜现象.根据文献的试验结果,CaO掺量以5.0%为宜.


2.2混凝土


粉煤灰采用品质相对较好、未烘干的湿排粉煤灰(WFA).控制水固比,将湿排粉煤灰、脱硫石膏、水泥以及活性激发剂按比例混合均匀,再加入砂石、高效减水剂,制备C25~C50混凝土.胶砂试件配合比与抗压强度见表5.

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由表5可见,相对纯水泥胶砂试件,掺WFA+FGD胶砂试件早期抗压强度均呈现出不同程度的降低,这归因于早期水化体系中水泥用量的减少.随着龄期的发展,胶砂试件抗压强度逐渐增加,有的甚至超过纯水泥胶砂试件.当灰膏比(m(WFA)︰m(FGD))为2︰1,且WFA+FGD等量取代水泥30%时,胶砂试件早期强度下降相对较少,28,60d抗压强度达到52.3,60.1MPa,超过纯水泥胶砂试件.基于中等强度混凝土力学性能要求和提高利废率考虑,混凝土适宜配合比为:WFA+FGD等量取代水泥30%,m(WFA)︰m(FGD)为2︰1,水胶比0.36,且外掺CaO 5.0%和CA 1.5%.值得强调的是,WFA+FGD在水胶比条件下早期活性,粉煤灰-脱硫石膏-水泥三元胶凝材料体系强度发展更理想,可适当放宽WFA+FGD的掺量至40%左右.


3结论


(1)采用过去难以利用的低品质粉煤灰和脱硫石膏制备建筑砂浆,配合比为:m(LFA)︰m(FGD)=3︰2,LFA+FGD总掺量85%,水泥掺量15%;采用湿排粉煤灰和脱硫石膏制备C25~C50混凝土,配合比为:WFA+FGD等量取代水泥30%,m(WFA)︰m(FGD)=2︰1,水胶比0.36,且外掺CaO5.0%和CA1.5%.


(2)粉煤灰-脱硫石膏-水泥净浆在复合激发剂作用下,粉煤灰早期火山灰活性显著提高;脱硫石膏除自身析晶、具有一定的增强效应外,还是粉煤灰火山灰活性理想的硫酸盐激发剂.粉煤灰3d即开始明显水化,脱硫石膏对粉煤灰水化活性激发效果明显.


关键词:

建筑保温与外墙装饰防火设计指南

1  总  则

1.1    

为预防建筑保温与外墙装饰引起的火灾,保护人身和财产安全,根据《建筑设计防火规范GB50016-2014(2018年版)》、《建筑防火封堵应用技术标准GB/T51410-2020》等技术标准、规范的有关规定,结合山西省实际情况,制定本指南。

1.2  适用范围

山西省行政区域内所有新建、扩建、改建(室内、外装修、节能改造、用途变更等)工程项目及临时建筑,均应按照本指南进行建筑保温、外墙装饰的设计。

建筑面积在300平方米以内、两层以下(含两层)、跨度小于6米、农民自建自住或者村集体建设用于办公室、警务室、卫生室、便民服务点、农产品加工作坊等农村自建低层房屋,参照本指南相关规定进行设计。

建筑保温、外墙装饰设计,除执行本指南外,还应符合、山西省现行技术标准、规范的有关规定。

1.3  基本要求

建筑保温与外墙装饰材料的选取与运用,除本指南明确必须采用燃烧性能为A级材料的建筑外,其他建筑工程宜采用A级材料,严禁采用B2级、B3级材料。

2  保温层采用A级材料的建筑及场所

2.1  一般规定

2.1.1  设置人员密集场所的建筑外墙外保温材料均应采用A级。主要指公众聚集场所,公共娱乐场所,医院的门诊楼、病房楼,学校的教学楼、图书馆、食堂和集体宿舍,养老院,福利院,托儿所,幼儿园,公共图书馆的阅览室,公共展览馆、博物馆的展示厅,劳动密集型企业的生产加工车间和员工集体宿舍,旅游、宗教活动场所等。

1  公众聚集场所主要指

宾馆、饭店、商场、集贸市场、客运车站候车室、客运码头候船厅、民用机场航站楼、体育场馆、会堂等。

2  公共娱乐场所主要指

(1)影剧院、录像厅、礼堂等演出、放映场所;

(2)舞厅、卡拉OK厅等歌舞娱乐场所;

(3)具有娱乐功能的夜总会、音乐茶座和餐饮等场所;

(4)游艺、游乐场所;

(5)保龄球馆、旱冰场、桑拿浴室等营业性健身、休闲场所。

2.1.2  除设置人员密集场所的建筑外,下列其他公共建筑的外墙外保温材料亦应采用A级材料。

1  地市级及以上的党政机关办公楼;

2  重要的通信、调度和指挥建筑;

3  省级及以上的广播电视建筑;

4  县级及以上的文物古迹、地市级及以上档案馆等建筑物;

5  证券交易所;

6  省级及以上的银行等金融机构办公楼;

7  监狱、戒毒所、拘留所、隔离用房等封闭管理场所;

8  母婴服务、康复、看护照料等相关服务场所;

9  其他发生火灾可能性较大以及一旦发生火灾可能造成重大人身伤亡或者财产损失的单位。

2.1.3  2.1.1及2.1.2规定外,与基层墙体、装饰层之间无空腔的建筑外墙外保温系统,其保温材料应符合下列规定:

1  建筑高度大于100m的住宅建筑,保温材料的燃烧性能应为A级; 

2  除住宅建筑及2.1.1及2.1.2所列建筑外,其他建筑建筑高度大于50米时,保温材料的燃烧性能应为A级。

2.1.4  2.1.1,2.1.2规定外,与基层墙体、装饰层之间有空腔的建筑外墙外保温系统,建筑高度大于24m时,保温材料的燃烧性能应为A级。

2.2  其他要求

2.2.1  独立建造的老年人照料设施、与其他建筑组合建造且老年人照料设施部分的总建筑面积大于500㎡的老年人照料设施的内、外墙体和屋面保温材料应采用燃烧性能为A级的保温材料。

2.2.2  在建筑内部使用保温材料时,保温材料的燃烧性能应为A级。

2.2.3  设置商业网点的住宅,商业网点部分的外保温应采用A级材料。

2.2.4  建筑中的非承重外墙、房间隔墙和屋面板,当确需采用金属夹芯板材时,其芯材应为A级,且耐火极限应满足相应技术标准及规范要求。

3  建筑保温防火构造措施

3.1  构造要求

3.1.1  建筑外墙采用保温材料与两侧墙体构成无空腔复合保温结构体时,该结构体的耐火极限应符合相应规范的有关规定;当保温材料的燃烧性能为B1级时,保温材料两侧的墙体应采用不燃材料且厚度均不应小于50mm。

3.1.2  除建筑外墙采用保温材料与两侧墙体构成无空腔复合保温结构体的情况外,当建筑的外墙外保温系统采用燃烧性能为B1级的保温材料时,应符合下列规定:

1  建筑高度大于24m小于50m的公共建筑、建筑高度大于27m小于100m的住宅建筑,建筑外墙上门、窗的耐火完整性不应低于0.50h。      

2  应在保温系统中每层设置水平防火隔离带。防火隔离带应采用燃烧性能为A级的材料,防火隔离带的高度不应小于300mm。

3.1.3  建筑的外墙外保温系统应采用不燃材料在其表面设置防护层,防护层应将保温材料完全包覆。除建筑外墙采用保温材料与两侧墙体构成无空腔复合保温结构体的情况外,采用B1级保温材料时,防护层厚度在首层及室外活动平台处不应小于20mm,其他层不应小于5mm,且应符合下列要求:

1  防护层外无干挂、贴片等装饰构造时,距室外地坪及室外活动平台2m高度范围内的防护层构造做法中增加钢丝网片,防止碰撞损伤及脱落。

2  铺设保温层时,应在其转角、衔接处等薄弱部位增强防护层的构造做法,以防护牢固可靠。

3.1.4  建筑外墙外保温系统与基层墙体、装饰层之间的空腔,应在每层楼板处采用防火封堵材料封堵,并应符合下列要求:

1  应在与楼板水平的位置采用矿物棉等背衬材料完全填塞,且背衬材料的填塞高度不应小于200mm;

2  在矿物棉等背衬材料的上面应覆盖具有弹性的防火封堵材料;

3  防火封堵的构造应具有自承重和适应缝隙变形的性能。

3.1.5  建筑的屋面外保温系统采用B1级保温材料时,应采用不燃材料作防护层,防护层的厚度不应小于10mm。

当建筑的屋面和外墙外保温系统均采用B1级保温材料时,屋面与外墙之间应采用宽度不小于500mm的不燃材料设置防火隔离带进行分隔。

3.2  其他措施

3.2.1 建筑外墙外保温系统宜优先采用保温结构一体化技术。

3.2.2 电缆燃烧性能为B1级及以下的电气线路严禁穿越或敷设在燃烧性能为B1级的保温材料中;确需穿越或敷设时,应采用不燃电缆,穿金属管并在金属管周围采用不燃隔热材料进行防火隔离等防火保护措施。

4  外墙装饰防火设计要点

4.1  材料选用

4.1.1  建筑外墙的装饰层应采用燃烧性能为A级的材料。但建筑高度不大于50m时,除2.1.12.1.2所列建筑外,可采用B1级材料。

4.1.2  其他装饰构件的燃烧性能不应低于其外墙采用的保温材料燃烧性能等级。

4.2  其他措施

4.2.1  建筑外部设置的广告牌灯箱、logo等的电气线路需穿越或敷设于外墙时,应采用穿套金属管作防护,其内部光源应采用冷光源。

4.2.2  新建仿古建筑的外墙装饰构件应采用不燃或难燃材料,难燃材料应采取相应的防火措施,使其耐火极限不低于1.00h。


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