燃煤炉渣对混凝土力学性能的影响研究

燃煤炉渣对混凝土力学性能的影响研究

熊海成

新疆鼎天力商品混凝土有限公司，新疆乌鲁木齐市，830000

摘要

随着燃煤电厂炉渣排放量的增加，如何有效利用这些废弃物成为了一个重要的研究课题。将燃煤炉渣用于混凝土中不仅可以减少固体废弃物的堆积，还能够节约天然资源。本文主要研究了燃煤炉渣作为骨料或部分替代材料对混凝土力学性能的影响。通过不同掺量炉渣的混凝土试验，探讨其对混凝土抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响。研究结果表明，适量掺入炉渣的混凝土在保持一定力学性能的同时，能够提高其抗压强度，并在环境保护和资源利用方面具有显著优势。

关键词：燃煤炉渣；混凝土；力学性能；抗压强度；资源利用

引言

随着社会经济的发展，能源需求的增加导致燃煤电厂的运行规模不断扩大。然而，大量的燃煤炉渣作为副产品被排放，造成了环境污染和资源浪费。传统的燃煤炉渣处理方式主要是堆放和填埋，这不仅占用了大量的土地资源，还可能对土壤和水体造成污染。因此，如何有效利用这些废弃物成为了当前亟待解决的问题之一。近年来，研究人员逐渐将目光投向利用燃煤炉渣作为混凝土的部分替代材料，以期通过这一途径实现废弃物的资源化利用。

混凝土是建筑工程中使用最广泛的材料之一，其力学性能直接关系到工程结构的安全性和耐久性。燃煤炉渣作为一种具有潜在活性的工业废弃物，掺入混凝土后对其力学性能的影响引起了广泛关注。本文通过实验研究，探讨了不同掺量的燃煤炉渣对混凝土抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响，以期为燃煤炉渣的资源化利用提供科学依据。

一、燃煤炉渣的物理化学特性

1.1 燃煤炉渣的成分分析

燃煤炉渣是燃煤电厂在燃煤过程中产生的一种固体废弃物，其主要成分为二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）和少量的铁氧化物（Fe2O3）等。燃煤炉渣的化学成分取决于煤种、燃烧条件和燃烧技术等因素。通常情况下，炉渣中SiO2和Al2O3的含量较高，使其具有一定的火山灰活性，这为其在混凝土中的应用提供了可能性。

1.2 燃煤炉渣的物理性质

燃煤炉渣具有较高的孔隙率和较低的密度，呈颗粒状，粒径分布范围较广。由于其较高的孔隙率，燃煤炉渣的吸水率较高，且其表面粗糙、多孔，这些物理特性对其在混凝土中的应用有着重要影响。在实际应用中，燃煤炉渣的这些物理特性可能导致混凝土的拌合物性能发生变化，如流动性降低、用水量增加等，因此需要对混凝土的配合比进行适当调整。

二、燃煤炉渣对混凝土抗压强度的影响

2.1 试验设计

为了研究燃煤炉渣对混凝土抗压强度的影响，本文设计了一系列试验。将燃煤炉渣按质量百分比分别替代混凝土中的部分细骨料，掺量分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%。试验采用标准试件，分别在7天、28天和90天龄期对混凝土的抗压强度进行测试。

2.2 试验结果分析

试验结果表明，掺入适量燃煤炉渣的混凝土在早期（7天）抗压强度略低于普通混凝土，但随着龄期的增加，炉渣混凝土的抗压强度逐渐提高，尤其是在28天和90天龄期，20%-30%掺量的炉渣混凝土表现出较高的抗压强度。这表明，燃煤炉渣中所含的火山灰成分在水化反应后产生了二次水化产物，填充了混凝土中的孔隙，从而提高了混凝土的密实度和抗压强度。然而，当炉渣掺量超过40%时，混凝土的抗压强度开始下降，可能是由于过多的炉渣掺入导致混凝土内部孔隙率增大，影响了混凝土的整体强度。

三、燃煤炉渣对混凝土抗折强度的影响

3.1 试验方法

抗折强度是混凝土的重要力学性能之一，决定了其在受弯构件中的应用效果。本文通过在不同掺量炉渣的混凝土中进行抗折强度试验，分析了燃煤炉渣对混凝土抗折性能的影响。试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，试件尺寸为150×150×150mm，测试龄期分别为7天、28天和90天。

3.2 结果与讨论

试验结果显示，掺入燃煤炉渣的混凝土抗折强度随龄期的增加而提高。在28天龄期时，20%-30%掺量的炉渣混凝土抗折强度达到最佳，显著高于未掺炉渣的普通混凝土。这可能是由于燃煤炉渣中活性成分在水化过程中形成了新的胶凝物质，增强了混凝土的内部结构，提升了抗折强度。然而，当掺量超过30%时，混凝土的抗折强度有所降低，表明过多的炉渣掺入可能削弱了混凝土的整体性，导致抗折能力减弱。

四、燃煤炉渣对混凝土弹性模量的影响

4.1 弹性模量测试

混凝土的弹性模量反映了其在受力过程中抵抗变形的能力，是衡量混凝土刚度的重要指标。本文通过对不同掺量炉渣的混凝土进行弹性模量测试，评估燃煤炉渣对混凝土弹性性能的影响。试验采用静态加载法测定混凝土的弹性模量，测试龄期为28天。

4.2 试验结果

试验结果表明，随着炉渣掺量的增加，混凝土的弹性模量呈现出先升高后降低的趋势。在炉渣掺量为20%-30%时，混凝土的弹性模量达到最高值，这说明适量的燃煤炉渣掺入有助于提高混凝土的刚度。然而，当掺量超过30%时，混凝土的弹性模量逐渐降低，表明过多的炉渣可能增加了混凝土内部的孔隙率和微裂缝，降低了材料的整体刚度。

五、燃煤炉渣混凝土的应用前景与建议

5.1 应用前景

燃煤炉渣混凝土由于其良好的力学性能和环保效益，在建筑工程中具有广阔的应用前景。特别是在道路基层、填充材料及低强度承重结构中，燃煤炉渣混凝土能够替代部分传统混凝土材料，不仅降低了建筑成本，还实现了工业废弃物的资源化利用。此外，燃煤炉渣混凝土还具有良好的耐久性和抗渗性能，可广泛应用于海绵城市建设、水利工程和地下工程等领域。

5.2 优化建议

尽管燃煤炉渣混凝土在力学性能和环保方面表现出色，但其应用过程中仍需注意一些问题。首先，在实际工程中应根据具体要求合理确定燃煤炉渣的掺量，避免过多掺入导致混凝土性能下降。其次，为提高燃煤炉渣混凝土的整体性能，可考虑添加适量的外加剂或通过改进施工工艺来改善混凝土的孔隙结构和密实度。此外，应加强对燃煤炉渣的预处理，降低其吸水率和杂质含量，确保混凝土的质量稳定性。

六、结论

燃煤炉渣作为一种潜在的混凝土替代材料，具有显著的资源化利用和环保效益。通过试验研究，本文发现适量掺入燃煤炉渣能够有效提高混凝土的抗压强度、抗折强度和弹性模量，尤其是在20%-30%掺量范围内表现出最佳力学性能。然而，过多的炉渣掺入可能会导致混凝土内部孔隙率增大，从而影响其力学性能。因此，在实际应用中，需要合理选择炉渣掺量，并对混凝土的配合比和施工工艺进行优化。未来，随着技术的不断进步，燃煤炉渣混凝土在建筑工程中的应用将更加广泛，为环境保护和资源节约做出重要贡献。

参考文献

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