脱硝粉煤灰对掺聚羧酸减水剂混凝土性能的影响研究

牛茂威

（重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760）

0 前言

随着电力行业环保政策力度的加强，电厂烟气清洁化排放日趋成为行业共识。烟气脱硝技术主要采用选择性催化还原技术（SCR）和选择性非催化还原技术（SNCR）对烟气进行清洁化处理，降低大气中有害气体的排放。目前中国绝大数火力电厂以 SCR 处理为主[1]，采用 NH3为还原剂，在 315～400℃ 反应生成 N2和 H2O，脱硝后的粉煤灰由于温度过程和脱硝工艺的不同，不可避免地会与常规粉煤灰在应用性质上产生差异[2]，实际上不少混凝土企业反映脱硝粉煤灰使用后出现冒泡、坍落度损失较大等问题[3]，需要对脱硝粉煤灰进行深入研究。聚羧酸减水剂具有减水率高、强度发展好、耐久性优良等特点，但也更易引起与原材料的适应性不良。为了提高脱硝粉煤灰的资源化利用，需要针对脱硝粉煤灰和聚羧酸外加剂之间的适应性问题进行研究。

本文研究了不同脱硝粉煤灰掺量对聚羧酸减水剂混凝土性能的影响，以期为脱硝粉煤灰的建材化应用提供技术参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）脱硝粉煤灰样品采用由经脱硝工艺改造的某电厂提供，样品编号为 TF，常规粉煤灰编号为 FA，水泥采用市售 P·O42.5 普通硅酸盐水泥。水泥和粉煤灰的化学组成见表 1，水泥的主要性能指标见表 2。

表 1 水泥和粉煤灰的主要化学组成 %

（2）细集料采用天然中砂，细度模数为 2.8，含泥量为 3.0%；粗集料采用 5～20mm 连续级配的碎石，压碎指标为 9%。

（3）外加剂采用重庆建研科之杰新材料有限公司生产聚羧酸减水剂，其中 P-1 为醚类减水剂、P-2 为酯类减水剂。

1.2 试验方法

（1）净浆流动度试验：参照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。

（2）混凝土工作性能试验按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土力学性能试验按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土试件，测定其 7d 和 28d 的抗压强度。

（3）混凝土的抗渗性能用电通量试验测试，根据CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》采用 ASTM C1202 电量法将养护至指定龄期的混凝土试块切割成 φ100×50mm 的圆柱体试样，每组三个样品。利用真空饱水饱盐装置将试样进行真空饱水，负极夹具中加入 3% 的 NaCl，正极夹具中倒入 0.3mol/L 的NaOH 溶液，测试混凝土电通量值。

1.3 试验配合比

以 C30 混凝土为例，固定外加剂掺量，研究了脱硝粉煤灰的加入对混凝土工作性能、力学强度和抗氯离子渗透等各指标的影响，配比及原材料用量见表 3。

表 3 C30 试验配合比及原材料用量 kg/m3

2 结果与讨论

2.1 脱销粉煤灰对聚羧酸减水剂掺量的影响

将粉煤灰分别等量取代水泥，控制水泥净浆流动度(210±5)mm，研究内掺 0%、10%、20%、30% 的脱销灰对外加剂掺量的影响。测试结果见表 4 和图 1。

粉煤灰具有的“颗粒效应”能改善水泥浆体的流动性，脱硝粉煤灰和常规粉煤灰都能够降低外加剂的掺量，并且随粉煤灰掺量的增加，外加剂掺量降低，聚羧酸减水剂的减水效率提高。对于不同种类减水剂，脱硝粉煤灰和常规粉煤灰对外加剂掺量的影响不尽一致，这可能与减水剂分子结构有关。

表 4 粉煤灰对聚羧酸减水剂掺量的影响

图 1 粉煤灰掺量对聚羧酸减水剂掺量的影响

2.2 脱销粉煤灰对混凝土工作性能的影响

混凝土粉煤灰的加入降低了水泥的单位反应面积，对混凝土工作性能会产生一定影响。按照表 3 配比拌和混凝土坍落度和扩展度测试，结果见表 5。

表 5 不同粉煤灰掺量的混凝土工作性能

表 5 的测试结果显示提高粉煤灰掺量能够明显改善混凝土的坍落度和扩展度，相同外加剂掺量下，TF 相比常规粉煤灰 FA 混凝土初始工作性能有所下降，混凝土坍落度经时损失稍大，这可能是粉煤灰残留的少量铵盐和氨气对聚羧酸产生了一定负面影响[3]。对于相同掺量的脱硝粉煤灰，P-1 醚类减水剂对混凝土的减水和保坍效果要优于 P-2 酯类减水剂。

2.3 脱销灰对混凝土力学性能的影响

测试了不同粉煤灰掺量的 C30 混凝土 7d 和 28d 抗压强度值，结果见表 6 和图 2。

粉煤灰加入后水泥用量降低，早期生成的水化产物减少，强度有所降低，由于粉煤灰自身的填充效应和火山灰效应[4]，混凝土 28d 强度都要高于纯水泥的混凝土强度。但同时可以看出，掺脱硝粉煤灰（TF）的 7d 和28d混凝土强度都略低于常规粉煤灰（FA），这可能因为粉煤灰残留了部分铵盐和氨气，对混凝土强度产生一定负面影响[5]。

表 6 不同粉煤灰掺量时 C30 混凝土抗压强度值

图 2 粉煤灰掺量对混凝土强度的影响

图 2 结果中脱硝粉煤灰对掺酯类减水剂混凝土强度影响相对明显，掺脱硝粉煤灰混凝土掺量增加，7d 抗压强度降低较多，随着龄期增加，不同掺量脱硝粉煤灰的混凝土强度差别缩小，但仍低于常规粉煤灰混凝土。

2.4 脱销灰对混凝土电通量的影响

混凝土电通量一定程度上反映了混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力，也是评价混凝土耐久性的重要指标。表 7和图 3 为掺入脱硝粉煤灰后的混凝土 28d 电通量测试结果。表 7 和图 3 的结果显示，对于酯类和醚类外加剂，常规粉煤灰和脱硝粉煤灰的加入都能够降低混凝土的电通量，脱硝粉煤灰混凝土电通量略高于常规粉煤灰混凝土，对应的抵抗氯离子侵蚀能力脱硝粉煤灰要相对较弱。同时，掺入 P-2 酯类外加剂的脱硝粉煤灰混凝土电通量相比 P-1 略有降低，总体来讲，脱硝粉煤灰对掺聚羧酸外加剂的混凝土电通量无负面影响，优于未掺粉煤灰的混凝土。

表 7 加入脱硝粉煤灰后的混凝土电通量 C

图 3 粉煤灰对混凝土电通量的影响

3 结论

（1）脱硝粉煤灰和常规粉煤灰都能降低外加剂的掺量，并且随粉煤灰掺量的增加，外加剂用量降低，脱硝粉煤灰对不同种类减水剂掺量的影响存在差异。

（2）提高脱硝粉煤灰掺量能够改善混凝土初始坍落度和扩展度，同外加剂掺量下，脱销粉煤灰混凝土初始流动性和经时坍损均大于相同掺量的脱硝粉煤灰，P-1 醚类减水剂对混凝土的减水和保坍效果要优于 P-2酯类减水剂。

（3）掺脱硝粉煤灰的混凝土 7d 和 28d 强度略低于掺常规粉煤灰的混凝土，脱硝粉煤灰掺量对掺酯类减水剂的混凝土 7d 强度影响相对明显，随龄期增加，不同掺量脱硝粉煤灰的混凝土强度差别缩小，但仍低于常规粉煤灰混凝土。

（4）对于酯类和醚类外加剂，常规粉煤灰和脱硝粉煤灰的加入都能够降低混凝土的电通量，掺入 P-2 酯类外加剂的脱硝粉煤灰混凝土电通量相比 P-1 略有降低，优于未掺粉煤灰的混凝土。