闻宝联
知其然,更要知其所以然 精选
2019-12-22 08:45
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标签:混凝土, 专栏, 石灰石粉, 粉煤灰


转眼又到了年底,回顾今年的专栏文章,主要讲的是基础知识、基本概念、理念,很多时候,基础是最重要的,却往往被忽略。

我在一次企业走访培训时候,建议搅拌站采用当地的石灰石磨细粉,技术人员提出不敢用,我问为什么,回答说亚甲蓝值还行,不高,但烧失量太大,不敢用。这个很有意思了,胶凝材料测量烧失量,各有各的意义,不懂其本质就会望文生义。

烧失量又称灼减量,即将样品在 (950±25)℃的高温炉中灼烧所排出的结晶水、碳酸盐分解出的 CO2、硫酸盐分解出的 SO2,以及有机杂质被排除后物量的损失与低价硫、铁等元素氧化成高价的代数和。

熟料烧失量是衡量熟料质量好坏的一个重要指标,烧失量高说明窑内物料化学反应不完全,还有一部分碳酸钙或煤粒没有分解或燃尽,更有一部分碳酸钙虽已分解,但来不及继续完成熟料,特别在是用袋装水泥的时候,水泥存放时间长了容易发生部分水泥受潮而水化失效,这样会造成烧失量大,自然要限制。

粉煤灰中存在的未燃碳是有害成分,含碳量越高,烧失量越大,混凝土的需水量就越大,严重影响混凝土中含气量的控制,粉煤灰功效不能得以充分发挥,抗干缩性能和抗硫酸盐侵蚀性能均有不同程度的下降,自然要限制。

矿粉是炼铁过程产生的副产品,形成于 1000℃ 以上,本来不该有烧失量,如果吸潮会有烧失量,但测量烧失量更主要的是防止里面搀入太多的石灰石,烧失量大往往预示着掺入了过多的石灰石粉,其活性也会大幅度降低!如果矿粉中的亚铁高,在灼烧过程中,部分被空气中的氧氧化为高价铁,使试样增重,还会出现烧失量为负值情况。

那么紧接着,石灰石磨细粉为什么会造成烧失量大?碳酸盐(MgCO3、CaCO3 等)在加热到 800℃ 后会分解成金属的氧化物和 CO2,就形成了固体矿粉的质量损失(烧失)。

CaCO3=CO2↑+CaO

碳酸钙分子量 100,氧化钙分子量 56,二氧化碳分子量 44,算起来,其烧失量 44%!

由此可见,按胶材的实验方法,烧失量自然很高,但石灰石粉根本就不应该做这检测。

正确理解实验检测的目的和意义很重要,这是最基本的。

没有理论指引的经验可能只是偶然认识的累加而已,而无的放矢的理论也只能是空中楼阁,这两者是互相促进的,往往越没实践经验也越没有真正的理论。

我一直坚持环渤海地区的桥梁耐久性追踪调研,发现一个很奇怪的现象:同一条公路上的桥梁,同一时间段建设,相近的气候和工作环境,天津地区桥梁的腐蚀状况比河北要严重得多,这让我很不解。因为天津地区很早就是用矿物掺合料,推广使用高性能混凝土,目的是要保障结构的耐久性;而河北交通系统相当长一段时间内禁止用矿物掺合料,自然,以我当时的认识,河北桥梁耐久性状况应该比天津差,但调研的结果却恰恰相反。图 1 为腐蚀严重的桥墩照片。

 图片1.png

 

 1   腐蚀严重的桥墩

 

显然,这里面肯定出了问题,似乎矿物掺合料降低了结构耐久性,与先前的认识背道而驰!几十座同时代两地桥梁的对比都显示如此。后来经过深入调研发现问题所在:两地施工工法基本一样,比如桥墩,都是一天拆模,然后塑料布包裹养护,密封不严经常漏风,也很少浇水。加入掺合料的混凝土强度增长慢,表层的掺合料还没太水化,封不住水,失水严重,表层混凝土疏松;而不掺加掺合料的混凝土强度增长要明显快,也是同样的养护方式,相较而言,对于水分的封闭效果要优于前者,但这并非说明纯水泥耐久性好,而主要是加了掺合料如果不重视养护,也达不到预期效果。意识到这一点,在后来的桥梁建设中重点强调了养护的重要性,回过头再反观当时的工程,基本没有像以前那样发生严重腐蚀,也就是说加入掺合料的混凝土必须加强养护措施!不抓准某一现象背后的本质或是原理,只会与初衷背道而驰!图 2 和图 3 为养护对比照片。

 图片2.png

 2   不恰当的养护

  图片3.png

 3   良好的养护

 

有个哲学寓言:一个农场里有一群火鸡,农场主每天中午十一点来给它们喂食。火鸡中有一只智商高的“科学家”发现了这个现象,一直观察了近一年都没有例外,于是它也发现了自己宇宙中的伟大定律——每天上午十一点,就有食物降临。它在感恩节早上向火鸡们公布了这个定律,但这天的结果大家都知道了。也就是说,没有原理支撑或是说内在关系的所谓规律,是禁不住推敲,也不可能具有指导意义的。

以前常发现混凝土浇注完成后溢出气泡,这不仅严重影响混凝土的强度,也严重影响外观。分析原因,曾有不少人怀疑是氢气,是铝与氢氧化钙反应生成了氢气:

2Al+Ca(OH)2+2H2O=Ca(AlO2)2+3H2

而铝的来源被认为是粉煤灰,前段专栏撰文说这是不可能的,因为根据最基本的化学知识,自然界中,无论是岩石还是煤层土壤,根本不可能有单质铝,因为铝、铁等都属于活性较强的金属,更何况粉煤灰是在一千多度高温下形成的副产品,更不可能有单质铝存在,只有化合物存在,当然后来的验证也确实都不是铝。

但后来随着调研,我意识到可能还真可能粉煤灰中存在单质铝。我在各地走访调研中,发现一些企业回收废品铝,然后熔化生成铝锭,产生不少废渣(见图 4),这些废渣中存在很多铝。为了回收铝,将废渣粉磨,铝因为延展性好,不少被磨成薄片或条状,过筛后这部分铝被回收了,而被磨细的随着废渣一起被排除——这是作为危废禁止使用的,但这些废渣与粉煤灰无论颜色和细度,几乎别无二致,一旦被掺入粉煤灰,不仅会产生氢气,更会严重影响质量和环境!

图片4.png 

 4   磨细之前的铝渣


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