粉煤灰混凝土碳吸附抑制剂的制备与应用

陆新，臧军，徐展

（1. 江苏常州金建混凝土有限公司，江苏 常州 213144；2. 江苏名和集团有限公司，江苏 镇江 212028）

粉煤灰混凝土碳吸附抑制剂的制备与应用

陆新1，臧军2，徐展1

（1. 江苏常州金建混凝土有限公司，江苏 常州 213144；2. 江苏名和集团有限公司，江苏 镇江 212028）

本文利用粉煤灰未燃烧碳粒对芳香族化合物的优先吸附性，辅以丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亚甲基膦酸钠等配制出粉煤灰混凝土碳吸附抑制剂，并经实验确定其对粉煤灰的碳吸附具有有良好的抑制性，减少了外加剂的用量，保证了混凝土的工作性能，具有良好的应用前景。

混凝土；粉煤灰；碳吸附抑制剂

0 前言

以煤为燃料的火力发电厂从烟道排出经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰。粉煤灰粒子呈现球形，被公认为具有能改善混凝土的工作性并且能通过降低混凝土用水量、降低混凝土水泥掺量从而减少因水泥水化反应产生的热量等实用价值[1-3]。

其中，含粉煤灰矿物掺合料的混凝土，被称之为粉煤灰混凝土，近年来随着国家节能减排、绿色环保政策的推行，粉煤灰在混凝土中的利用率也越来越高。然而另一方面，由于粉煤灰含有未燃烧的碳粒，其对引气剂有很强的吸附作用，从而造成在引气剂使用过程当中掺量增加或含气量经时损失的增大，给工程施工造成了一定的困难，也给混凝土耐久性带来了隐患。由于粉煤灰烧失量以及细度的不同，其对引气剂的吸附量不同，引气剂掺量不足，混凝土工作性差，难以施工，引气剂掺量过大，混凝土强度会大幅降低。另外粉煤灰中未燃烧的碳粒，对减水剂的吸附作用，也增加了混凝土的用水量，降低了混凝土强度[2-4]。

本文利用粉煤灰未燃烧碳粒对芳香族化合物的优先吸附性，以及丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亚甲基膦酸钠对碳颗粒良好的吸附亲和力，利用苄胺、二异丙基萘磺酸钠、乙二醇苯醚、邻羟基苯甲酸锂、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亚甲基膦酸钠、γ—缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按一定比例组成粉煤灰混凝土碳吸附抑制剂，该抑制剂与各种外加剂适应性良好，并且对各种品质的粉煤灰碳吸附均有良好的抑制性，另外该抑制剂的掺量少、引气量较小，且掺量过多时对混凝土没有不良影响，有利于改善混凝土孔结构、提高混凝土工作性、强度以及耐久性。

1 试验

1.1 试验原料

（1）化学试剂：苄胺（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、二异丙基萘磺酸钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、乙二醇苯醚（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、邻羟基苯甲酸锂（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物（山东省泰和水处理有限公司）、乙二胺四亚甲基膦酸钠（山东省泰和水处理有限公司）、γ—缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（山东省泰和水处理有限公司）。

（2）水泥： P·O42.5（江苏镇江鹤林水泥厂）。

（3）粉煤灰：A 粉煤灰的烧失量为 1.23，B 粉煤灰的烧失量为 8.33（江苏镇江谏壁电厂）。

（3）外加剂：FOX-8H（苏州弗克科技有限公司），固含量 20%，减水率 25%。

（4）骨料：Ⅱ 区中砂（洁净河砂，细度模数 2.6，含泥量0%）、碎石（石灰石质，5～25mm 连续级配）。

1.2 试验方法

（1）碳吸附抑制剂的配制

将苄胺、二异丙基萘磺酸钠、乙二醇苯醚、邻羟基苯甲酸锂、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物、乙二胺四亚甲基膦酸钠、γ—缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按照质量比为 7:26:38:12:6:5:6 的比例混合、搅拌均匀即可。

（2）试验及检测方法

通过调整 A、B 两种粉煤灰的比例来调整粉煤灰的含碳量，为了更好的检测该碳吸附抑制剂对碳吸附的抑制效果，确定粉煤灰占胶凝材料比例为 40%，试验用混凝土配比见表1。以同掺量外加剂下混凝土的工作性能差异和达到同等的工作性能所需要的外加剂的量来作为衡量抑制效果的指标，并检测硬化混凝土的强度，来考量该抑制剂对混凝土的负面作用。测试均按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T50080—2002 ) 和《普通混凝土力学试验方法》(GB/T 50081—2002)执行。

表1 试验用混凝土配合比 kg/m3

2 实验结果与讨论

2.1 同掺量外加剂下混凝土的工作性能差异

保持碳吸附抑制剂掺量为胶凝材料总量的 0.01%、外加剂掺量为胶凝材料总量的 1.5% 不变，通过调整 A、B 两种粉煤灰的比例来改变粉煤灰的含碳量，检测在不同的碳含量下混凝土工作性能及力学性能的差异，见表2。

表2 外加剂掺量恒定下混凝土的工作性能与粉煤灰含碳量之间的关系

由表2 可以看出，在未使用碳吸附抑制剂时，混凝土的含气量和初始坍落度都随着粉煤灰的含碳量增大而迅速减小，坍落度损失的变化更为明显。说明粉煤灰中的碳颗粒对外加剂中的引气组分和减水组分都有较强的吸附作用。混凝土的 28d 强度也随着粉煤灰含碳量的增加略有降低，可能是由于混凝土中碳颗粒的存在导致粉煤灰的填充作用减弱，使混凝土的密实度有所降低。

使用碳吸附抑制剂后，虽然其掺量只有胶凝材料的0.01%，但是其抑制效果是非常明显的，混凝土的含气量、坍落度、坍落度经时损失明显改善。说明该碳吸附抑制剂对碳颗粒的表面实施了有效的包裹，使减水剂作用的发挥不再受碳颗粒的影响。

2.2 混凝土达到同样工作性能所需要的外加剂的用量

确定碳吸附抑制剂掺量为胶凝材料总量的 0.01%，确定混凝土的初始坍落度为 220mm，通过调整 A、B 两种粉煤灰的比例来调整粉煤灰的含碳量，测定要达到此初始坍落度所需要的外加剂的用量，见表3。

表3 混凝土达到相同工作性能所需要的外加剂的用量

由表3 可以看出，在未使用碳吸附抑制剂时，要达到同样的初始坍落度，混凝土的外加剂用量急剧上升。而使用碳吸附抑制剂后，外加剂的用量并未随粉煤灰含碳量的增加而增加。说明该碳吸附抑制剂有着良好的应用前景。该碳吸附抑制剂的配制主要基于如下思路：

粉煤灰中未燃烧碳粒对芳香族化合物具有优先吸附性，丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亚甲基膦酸钠对碳颗粒良好的吸附亲和力，采用邻羟基苯甲酸锂、丙烯酸—2—丙烯酰胺—2—甲基丙磺酸共聚物和乙二胺四亚甲基膦酸钠预处理粉煤灰，作为牺牲剂填补粉煤灰碳粒的孔；而有机硅烷在水与空气的作用下可以与碳颗粒作用，生成二氧化硅，填补碳颗粒微小孔隙，同时在水泥水化后期，这部分二氧化硅还可以参与粉煤灰火山灰反应，提高混凝土后期强度；芳香族氨基小分子作为粉煤灰碳吸附抑制剂其作用受时间影响较小且受粉煤灰碳颗粒含量影响较小，混凝土气泡稳定性强；而二异丙基萘磺酸钠与醇类衍生物作为粉煤灰碳吸附抑制剂，混凝土气泡较小，且气泡大小均匀、变异系数小，有利于改善混凝土孔结构、提高混凝土耐久性。

另外，二异丙基萘磺酸钠、邻羟基苯甲酸锂与乙二胺四亚甲基膦酸钠作为一种碱对粉煤灰有一定的激发作用，提高了粉煤灰的活性，增加了胶凝材料与骨料之间的粘结力，提高了混凝土的强度。

3 结论

（1）在未使用碳吸附抑制剂时，混凝土的含气量和初始坍落度都随着粉煤灰的含碳量增大而迅速减小，坍落度损失的变化则更为明显。说明粉煤灰中的碳颗粒对外加剂中的引气组分和减水组分都有较强的吸附作用。

（2）使用碳吸附抑制剂后，虽然其掺量只有胶凝材料的0.01%，但是其抑制效果是非常明显的，混凝土的含气量、坍落度、坍落度经时损失明显改善。说明该碳吸附抑制剂对碳颗粒的表面实施了有效的包裹，使减水剂作用的发挥不再受碳颗粒的影响。

（3）在未使用碳吸附抑制剂时，要达到同样的初始坍落度，混凝土的外加剂用量急剧上升。而使用碳吸附抑制剂后，外加剂的用量并未随粉煤灰含碳量的增加而增加。说明该碳吸附抑制剂有着良好的应用前景。

[1]黄兆龙，湛渊源．粉煤灰烧失量及材料配合比对砼工程性质的影响，粉煤灰综合利用[J]，2003(1):9-13．

[2]薛永杰，侯浩波，査进．高烧失量粉煤灰对水泥浆体的力学和耐久性能的影响研究，粉煤灰[J]，2007(4):24-26．

[3]钱觉时．粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M]．北京:科学出版社， 2004．

[4]谭盐宾，李化建，谢永江，易忠来．烧失量和细度对粉煤灰浆体流变特性的影响，铁道建筑[J]，2010(2):127-129．

[通讯地址]江苏省常州市武进区邹区镇河底下村（213144）

Preparation and application of carbon absorption inhibitor in fl y ash concrete

Lu Xin1, Zang Jun2, Xu Zhan1
(1. Chang Zhou Jinjian Concrete Co. Ltd, Changzhou 213144;2. Jiangsu Minghe Group CO. Ltd., Zhenjiang 212028 )

As we known carbon particles owned preferential absorption to aromatic compounds. In this article, the carbon absorption inhibitor in fly ash concrete was prepared by using unburned carbon particles in the fly ash, AA-AMPSA and EDTMPS. Through systematic experiments on the inhibitor, the good inhibitive ability against carbon absorption was conf i rmed, the consumption of additive was decreased and the performance of concrete was maintained. With these properties, there would be a promising application prospect for the carbon absorption inhibitor in the future.

concrete fl y ash ; carbon absorption inhibitor

陆新（1976—），男，工程师，从事新型建筑材料的生产与研究。