造纸污泥焚烧灰用作混凝土矿物掺合料的试验研究.pdf

2 0 1 4年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0NC RE T E AND C E ME NT P RODUC T S 201 4 No 2 F e b r u a r y 造纸污泥焚烧灰用作混凝土矿物 掺合料的试验研究 张苡铭 ， 俞乐 华 ( 1 华中科技大学武 昌分校城市建设学院 ， 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 2 华东交通大学理工学院土木建筑学院， 南昌 3 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 将 高温 处理后的造纸 污泥 焚烧灰 ( P A) 用作 混凝 土矿 物掺合料 ， 研究 了其等量替代普通硅酸 盐水 泥后 对 水泥强度等级及对混凝 土工作 性、 抗 压强度以及抗折 强度 的影响。研究表 明 不经处理 的 P A对混凝 土的_T - 作性和 力学性能有 不利 影响 ： 经过球磨 处理的造纸 污泥焚烧灰具 有较 高的 火山灰活性 ， 当平均粒 径低 于 l O 0 m 时可以等 量取代 硅酸盐水泥而不降低水泥的强度等级 并且 对混凝土的力学性 能有积极 作用。 关键词 ： 造纸污泥焚烧灰 ； 混凝 土； 矿物掺合料 ： 力学性 能 A b s t r a c t ： A s a m i n e r a l a d d i t i o n ， t h e p a p e r m i l l a s h( P A ) a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e t r e a t m e n t i s u s e d t o p r e p a r e c o n c r e t e T h e e f f e c t o f P A w h i c h s u b s t i t u t e s t h e e q u i v a l e n t c o n t e n t f o r P o r t l a n d c e me n t o n t h e s t r e n 甜h o f P o rt l a n d c e me n t ，t h e wo r k a b i l i t y ， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d fl e x u r a l s t r e n gth o f c o n c r e t e i s s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t P A u n t r e a t e d h a s n e g a t i v e e ff e c t t o t h e wo r k a b il i t y a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e 1 h e g r o u n d e d P A h a s a h i g h p o z z o l a n i c a c t i v i t y Eq u a l r e p l a c e me n t o f P o rtl a n d c e me n t b y g r o u n d e d P A wi l l n o t d e c r e a s e t h e s t r e n g t h o f c e me n t w h e n t h e a v e r a g e p a r t i c l e s i z e i s l e s s t h a n l O 0 1 m Me a n w h i l e ， i t i s b e n e f i c i a l t o t h e me c h a n i c al p r o p e rti e s o f c o n c r e t e Ke y wo r d s ： P a p e r mi l l a s h ； C o n c r e t e ； Mi n e r a l a d d i t i o n ； Me c h a n i c a l p r o p e rt y 中图分 类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 4) 0 2 8 0 0 3 0前 言 造纸污泥是造纸过程废水处理 的产物【 ” 。在我 国造纸污泥 的产量高 处理难度大 污泥的处 置问 题越来越受到人们的关注闼 。焚烧热能回收发电是 处理造纸污泥的重要技术之一 但燃烧后的焚烧灰 依然没有合适的再利用途径3 。本文利用造纸污泥 焚烧灰的火山灰活性 。 将其作 为一种矿物掺合料用 于混凝土 中 通过研究造纸污泥焚烧灰对水泥强度 等级 以及对混凝土工作性和基本力学性能 的影响 。 为造纸 污泥焚烧 灰在混凝 土中的应用提供理论和 试验支持。 1 材料与试验 试验所用 造纸污泥焚烧灰 ( P A) 由宜 昌北 陵纸 业提供 ， 密度为 1 3 0 0 k g m 。 ， 氧化硅含 量 3 0 4 5 ， 氧化钙含量 3 0 一 4 0 ， 氧化镁和氧化铝含量为 5 1 0 ， 其微观形貌如图 1 所示。本文用到 4种不同 粒 径 的 P A， 采用激 光粒度分析仪 ( w i n n e r 2 0 0 0 Z D) 测试其粒径分布 ， 如 图 2所示 。不经任何处理的 P A 平均粒径约为 2 0 0 1 m。 为了提高 P A的活性 ， 用行星 式球磨机 ( B Y T X G B 2 ) 对其进行球磨 ， 得到 P Al的 基金项 目： 国家 自然科学基金青年基金项 目( 5 1 1 6 8 0 1 5 ) 。 一 8 0 一 平均粒径约为 1 0 0 1 m， P A 2的平均粒径约为 5 0 t x m， P A 3的平均粒径约为 2 0 1 m。 确 器 图 1 造纸污泥焚烧灰 ( P A) 的微观形貌 O 5 O 1 o 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 粒径 图 2 造纸污 泥焚烧灰 ( P A) 的粒 径分 布 m 加 如 加 m O 张苡铭 。 俞乐华 造纸污泥焚烧灰用作混凝土矿物掺合料 的试验研究 标准砂浆用水泥采用 P 0 4 2 5 R硅 酸盐水泥 ； 减水剂为聚羧酸高效减水剂 ， 减水率 2 5 ； 砂为标 准砂 。 为了评价 P A等量取代水泥后的强度等级 ， 参 照 G B T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验方法 ( t s o 法) 配制了 5组标准砂浆。水灰 比 O 5 ， 灰砂 比0 3 ， P A以水泥质量的 1 5 等量取代 ；减水剂掺量为胶 凝材料用量的 1 1 2 。 以保证各组砂浆具有较好 的流动性 ， 标准砂浆配合 比见表 1 。 表 1 标 准砂浆 配合 比 g 混凝 土用砂 为本地河砂 ， 属 中砂 。 细度模数 为 2 7 ； 石子为本地 花 岗岩碎石 ， 连续级 配 ， 最大粒 径 1 6 m m： 减水剂掺量为胶凝材料用量 的 0 7 5 1 5 ， 各组新拌混凝土坍落度控制在 1 6 0 m m。 设计了 5组 混凝土 ，其 中 S T D组不掺加 P A，作为参照组评价 P A对混凝土性能的影 响：其他组中使用不 同粒径 P A按 1 5 质量分数 等量取代水 泥 ，混凝土配合 比 见 表 2 。 标准 砂 浆 每组 成 型 6个 试 件 ，试 件 尺 寸 为 表 2混凝土配合 比 k g m 泥砂浆标准养护箱中养护 1 d ， 然后拆模 ， 放人 2 O 水中养护至测试龄期 。参照 I S O 6 7 9 -2 0 0 9 ( 水泥一 试验方法一强度测定 ， 3个试件用于 3 d龄期测试 ， 另外 3个试件用于 2 8 d龄期测试 先测试抗折 强 度 ， 试件折断后用于测试抗压强度 。每组混凝土分 别 成 型 1 2个 尺 寸 为 1 0 0 m m x l 0 0 mm x l O O m m 及 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 4 0 0 m的试件 ： 试件成型后覆盖塑料 膜养护 1 d后边拆模 ，放人标准养护室养护至测试 龄期 参 照 G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性 能 试验方法标准测试试件 的抗压强度和抗折强度 ， 测试龄期分别为 1 d 、 3 d 、 7 d 、 2 8 d ， 每个龄期测试 3个 试件 。 2结果与 讨论 2 1 水泥强度等级 P A以 1 5 的质量分数等量取代 P 0 4 2 5 R型 硅酸盐水泥 ， 取代后所形成的混合水 泥的强度等级 可以由标准砂浆 的抗压强度和抗折强度进行评定。 标准砂浆的抗压强度和抗折强度如表 3所示 ， 水泥 4 0 m r n 4 0 mm 1 6 0 mm；标准砂浆试件成型后放入水 强度等级评定如图 3所示 。 表 3 标准砂浆强度及水泥强度等级评定 MP a 善 骥 S T D PA P A1 P A2 P A3 组别 ( a )抗压强度 罨 瞬 妪 图 3 水泥强度等级评定 S TD PA PA1 P A2 PA3 组 别 ( b ) 抗折强 度 一 81一 O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 加 m 0 2 0 1 4年第 2期 混凝 土与水泥制品 总第 2 1 4期 由图可 以看到 。 1 5 质量分 数的不经球磨处理 的 P A混合水泥 以及平均粒径为 1 0 0 m 的 P Al混 合水泥的强度等级为 4 2 5 ，并没有达 到所使用 的 4 2 5 R等级。 说明 P A的粒径对其活性的发挥有重要 的影 响 。平均粒 径 为 5 0 m 和 2 0 m 的 P A 2和 P A 3 混合水泥的强度等级均达到了 4 2 5 R，而且不论 3 d 还是 2 8 d抗压强度和抗折强度均高 于对照组 S T D 说明经球磨后的 P A具有较高的火山灰活性4 1 。 由标 准砂浆强度试验可知 ， P A进行简单的球磨处理后等 量取代硅酸盐水泥是可行 的， P A具有较高的火山灰 活性 。 2 2 抗 压强度 各组混凝土试件抗压强度随龄期 的变化如 图 4 所示。由图可以看到 ， 不经球磨处理 的 P A降低了混 凝 土 的抗 压 强度 ，而 经过 处 理 的 P A混 凝 土 的抗 压 强度则与参照组 S T D相近甚至高 出。这是 由于 P A 本身具有非常粗糙 的表面和较高的孔 隙率 从 而引 起需水量的增加 。并且 P A本身也具有很强的吸水 能力 ，虽然通过调整减水剂掺量可 以保证 P A组混 凝土具有较好 的工作性 ，但 同时也会导致 P A组的 实际水灰 比偏大 ， 因此抗压强度偏低f 5 J 。球磨之后的 P A并 没有引起需 水量 的增 加 ，并 且 P A1 、 P A 2和 P A 3的抗压强度均较高。这可能是 由于球磨之后的 P A不但发挥 了一定的填充作用 ， 而且具有较高的火 山灰活性。 5 0 4 0 董3 0 越 潮 蚓2 0 1 O 0 U 5 l U l 5 2 0 2 5 3 O 龄期， d 图 4 混凝 土抗压强度随龄期的变化情况 2 3 抗折强度 各组混凝土试件抗折强度随龄期的变化如图 5 所示。由图可以看到 ， 抗折强度的变化规律和抗压 强度基本一致。不经球磨处理的 P A会对混凝土的 抗折强度有不利影响 。而经过处理的 P A混凝土的 抗折强度则与参照组 S T D相近甚至高出。 由试验结果可知 ， 在混凝土 中用造纸污泥焚烧 一 8 2一 灰部分替代硅酸盐水泥是可行的 ， P A的火山灰活性 较高 ， 当其粒径较小 比表面积较高时并不会对混凝 土 的 力学 性 能 带来 不 利影 响 ， 甚 至 会 对 混凝 土 的性 能 有一 定 的提升 。 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 O 龄期， d 图 5 混凝 土抗折 强度随龄期的变化情况 3结论 ( 1 ) 不经处理的造纸污泥焚烧灰是一种粗糙多 孔 的材料 火 山灰活性低 需水量大 ， 对混凝 土的工 作性和力学性能有不利影响。 ( 2 ) 经过球磨处理 的造纸污泥焚烧灰具有较高 的火山灰活性 ， 当平均粒径低于 l O 0 m时可 以等量 取代硅酸盐水泥而不降低水泥的强度等级 。 ( 3 ) 经过球磨处理的造纸污泥焚烧灰可以用作 混凝土矿物掺合料 ， 其对新拌混凝土的工作性影 响 较小 且对混凝土 的力学性能没有不利影 响 。 当平 均粒径低于 1 0 0 m时甚至可 以提高混凝 土的力学 性 能 。 参考文献 ： 1 】 王传贵， 江泽慧， 刘贤森 造纸污泥资源化利用研究进展 J 中国造纸， 2 0 0 9 ( 2 8 ) ： 6 4 6 8 2 T a l a t M， A U a n E A r e v i e w o f s e c o n d a r y s l u d g e r e d u c t i o n t e c h n o l o g i e s f o r t h e p u l p a n d p a p e r i n d u s t ry J Wa t e r R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ( 4 o ) ： 1 0 9 3 - 1 0 9 8 【 3 】 常静 造纸污泥 的处理及资源化利用 J 中国资 源综合利 用， 2 0 0 6 ( 2 4 ) ： 2 5 2 9 4 孙 昕， 赵长遂 ， 陈晓平 造纸污 泥与煤循环 流化床混 烧试 验研究 J 南京工程学 院学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ( 2 ) ：4 3 5 8 5 】 A M 内维尔 混凝土 的性能【 M】 北京 ： 中国建筑工业 出版 社 2 0 1 1 收稿 1 3 期 ： 2 0 1 3 1 2 2 9 作者简 介 ： 张苡铭 ( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 讲 师 、 硕士 。 E- ma i l ： z h a n g y i mi n gl 9 8 21 2 1 6 3 c o m 通 讯作 者 ： 俞乐华 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 副教授 、 博 士。 8 7 6 5 4 3 2 l 0 W 嘿