乙二醇苯醚提升粉煤灰混凝土性能稳定性的研究

王霞，陈琴

（1. 江苏美赞建材科技有限公司，江苏 淮安 223045；2. 徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221100）

0 前言

随着国家能源政策的调整和环保措施的加强，火力发电在能源结构中的比例逐渐下降，粉煤灰迅速从无人问津的固体废弃物转变为紧俏的水泥混合材及混凝土掺和料。上世纪 90 年代，电厂输送粉煤灰给建材企业是需要付费的，而现在粉煤灰价格一路攀升，且市场供应量严重不足，粉煤灰采购困难已成为混凝土企业普遍面临的问题。在此背景下，许多小型燃煤企业的劣质粉煤灰以及上世纪灰坝中的囤积灰通过烘干、粉磨等工艺，填充了粉煤灰市场供应的部分缺口，而技术及设备的落后导致煤燃烧不充分是小型燃煤企业存在的普遍问题。烧失量波动大、碳含量不稳定已成为当前粉煤灰市场的新常态[1]。

粉煤灰中未燃尽的碳粒属于多孔的活性炭，具有较强的吸附作用，应用于混凝土时，其有害表现主要为对外加剂中的引气组分有很强的吸附作用，使混凝土的工作性能和抗冻融性能难以满足要求，若通过增加引气剂用量来弥补，一旦粉煤灰中碳含量下降，将导致混凝土含气量过高，强度大幅度下降[2-3]。

活性炭对于芳香族化合物具有优先吸附的特性，在工业废水的处理中已得到广泛的应用（活性炭对废水中的芳香族化合物去除率可达 97% 以上）[4]。在众多的芳香族化合物中，乙二醇苯醚具有毒性低、溶解性好、对活性炭吸附性强等特点，是抑制活性炭吸附的优良有机试剂。本文通过试验研究乙二醇苯醚对烧失量波动大的粉煤灰混凝土工作性能及力学性能的稳定作用，提升混凝土的工作性、强度以及耐久性。

1 试验

1.1 试验原料

（1）乙二醇苯醚：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

（2） 水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，28d 强度52.3MPa，密度 3070kg/m3。

（3）粉煤灰 A：国华Ⅱ级灰，45μm 方孔筛筛余11%，烧失量 1.8%，需水量比 97%。

（4）粉煤灰 B：磨细灰，45μm 方孔筛筛余 10%，烧失量 8.3%，需水量比 106%。

（5）粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.3%。

（6）细骨料：Ⅱ区中砂，细度模数 2.6，含泥量1.4%。

（7）减水剂：PCA-1（苏博特），固含量 20%，减水率 25%。

（8）引气剂：竹本油脂 CHUPOL AE-200，含固量25%，掺量为胶凝材料质量的 0.001%～0.003% 时可提高 1% 的含气量。

1.2 试验方法

分别应用 A、B 两种粉煤灰配制同配比混凝土（试验配比如表 1 所示），仅调整引气剂的用量，测试混凝土工作性能和力学性能。为了凸显粉煤灰品质对混凝土性能的影响，将粉煤灰占胶凝材料的比例设定为 40%；此后针对含碳量高的粉煤灰 B 配制的混凝土，引入乙二醇苯醚，通过混凝土性能表征测试其对碳颗粒的吸附抑制效果；测试均按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学试验方法》执行。

表 1 试验用混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果与讨论

2.1 粉煤灰含碳量对混凝土引气性能的影响

针对含碳量差异较大的两种粉煤灰，通过调整引气剂的掺量，测试混凝土的含气量、初始坍落度、坍落度经时损失和 28d 抗压强度，试验结果如表 2 所示。

表 2 粉煤灰含碳量对混凝土引气性能的影响

由表 2 可以看出，对于含碳量较低的粉煤灰 A，通过调整引气剂的用量可以有效的调整混凝土的含气量，当引气剂掺量低于 0.005% 时，混凝土含气量适中，工作性能改善，力学性能稳定，当引气剂掺量高于0.005% 时，混凝土引入气量过高，28d 抗压强度大幅度下降。而对于含碳量较高的粉煤灰 B，小剂量的引气剂掺入对混凝土含气量几乎没有影响，当引气剂掺量达到0.02% 时，混凝土含气量仅增加 1%，通过引气剂改善混凝土工作性能的技术手段近于失效。由于碳颗粒较强的吸附作用，混凝土坍落度损失较快，对工程施工造成不良影响。

2.2 乙二醇苯醚对碳吸附的抑制所用

针对含碳量较高的粉煤灰 B，设定乙二醇苯醚掺量为胶凝材料总量的 0.01%，参照表 2 的试验调整引气剂用量，测试混凝土的含气量、初始坍落度、坍落度经时损失和 28d 抗压强度，试验结果如表 3 所示。

表 3 乙二醇苯醚对碳吸附的抑制作用

由表 3 可以看出，乙二醇苯醚以 0.01% 的掺量引入混凝土后，即使对于含碳量高达 8.3% 的粉煤灰 B，亦可通过调整引气剂用量有效调控混凝土的含气量，对比表 2 中粉煤灰 A 的数据，不难发现加入乙二醇苯醚后，粉煤灰 B 的性能与粉煤灰 A 的性能相当，说明乙二醇苯醚的优先吸附作用，屏蔽了碳颗粒对引气剂的吸附，使用含碳量较高的粉煤灰 B 亦可配制出工作性能优良的混凝土。

2.3 乙二醇苯醚对混凝土性能的稳定作用

将引气剂和乙二醇苯醚掺量皆固定为 0.01%，通过调整 A、B 两种粉煤灰的比例来调整粉煤灰的含碳量，检测在乙二醇苯醚引入后，混凝土工作性能及力学性能的稳定性。试验结果如表 4 所示。

表 4 乙二醇苯醚对混凝土性能的稳定作用

由表 4 可以看出，在乙二醇苯醚掺入混凝土后，粉煤灰的含碳量即使大幅度波动，混凝土的引气量依然稳定在 7% 左右（引气剂掺量固定为 0.01%），混凝土的工作性能与力学性能不再因为碳吸附的影响产生大幅度的波动。乙二醇苯醚对碳颗粒的优先吸附作用提升了混凝土的工作性能和力学性能的稳定性。

3 结论

（1）粉煤灰中的碳颗粒对引气剂有较强的吸附作用，当粉煤灰含碳量过高时，通过引气剂改善混凝土工作性能的技术手段近于失效，混凝土坍落度损失较快，对工程施工造成不良影响。

（2）乙二醇苯醚对粉煤灰中的碳颗粒具有优先吸附作用，屏蔽了碳颗粒对引气剂的吸附，使用含碳量较高的粉煤灰亦可配制出工作性能优良的混凝土。

（3）乙二醇苯醚对碳颗粒的优先吸附作用稳定了混凝土中的含气量，提升了混凝土的工作性能和力学性能的稳定性。