章慧蘭 閆文學(xué)

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021;2.吳忠儀表有限責(zé)任公司，寧夏吳忠 751100)

粉煤灰是煤燃燒后的煙氣中收集下來的細(xì)灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰如果不加處理，就會產(chǎn)生大量揚塵，污染環(huán)境，其中的有毒化學(xué)物質(zhì)對人體和生物產(chǎn)生極大危害。在混凝土中摻入適量的粉煤灰不僅可以保證混凝土的強度、耐久性，還可以顯著改善混凝土的外觀質(zhì)量，降低工程造價，具有循環(huán)利用廢物和節(jié)約水泥的雙重作用，有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景［1-4］。本試驗就粉煤灰在不同球磨時間和不同摻量下水泥膠砂性能進行研究，以期找到最合適的粉煤灰添加量，為工程實際應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥:國內(nèi)某水泥廠P.O42.5級水泥。

粉煤灰:國內(nèi)某電廠粉煤灰，其化學(xué)組成見表1。

表1 粉煤灰化學(xué)組成 %

1.2 試驗方法

為了比較不同球磨時間的粉煤灰對水泥膠砂性能的影響，將粉煤灰在球磨機里分別研磨0 min，10 min和20 min，并分別進行編號F0，F(xiàn)10和F20。不同球磨時間的粉煤灰的篩余見表2。

表2 不同球磨時間的粉煤灰篩余 %

將不同球磨時間的粉煤灰按照不同摻加量摻入同一種標(biāo)號的水泥熟料中，成型后在恒溫恒濕箱中養(yǎng)護至規(guī)定齡期，分別進行安定性檢測和抗壓強度測試，安定性測定GB/T 1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢測方法的雷氏夾，抗拉強度測試采用GT/B 17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰球磨時間對水泥安定性的影響

分別將球磨時間0 min，10 min，20 min的兩種粉煤灰按照不同摻量進行漿料的安定性試驗。試餅全部合格，雷氏夾結(jié)果見表3。

表3 不同摻量的粉煤灰水泥雷氏值

由表3可以看出，隨著粉煤灰的添加，雷氏值發(fā)生一定增加;隨著粉煤灰球磨時間的增加，對安定性影響相應(yīng)減小。

這項試驗表明，在水泥中添加粉煤灰時，粉煤灰球磨時間和摻量對水泥安定性具有一定影響。水泥中游離CaO引起的膨脹是水泥安定性不良的主要原因，如果水泥里的游離CaO集中，就會引起水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化，即為體積安定性不良。粉煤灰經(jīng)過球磨后可以減少游離CaO的粒度，增大游離CaO在水泥漿體中的分散程度，同時粉煤灰經(jīng)過球磨后細(xì)度增加，有利于漿體吸收生成的Ca(OH)2。當(dāng)摻量為30%時，粉煤灰球磨時間為10 min對應(yīng)的水泥雷氏值為2 mm，粉煤灰球磨時間為20 min對應(yīng)的水泥雷氏值為1 mm。因此，當(dāng)在水泥中添加粉煤灰時，增加粉煤灰的球磨時間，也就是增加粉煤灰的細(xì)度，有利于改善水泥漿料安定性。

2.2 粉煤灰球磨時間對水泥凝結(jié)時間的影響

圖1 不同摻量的粉煤灰水泥的初凝時間

圖2 不同摻量的粉煤灰水泥的終凝時間

由圖1和圖2可以看出，隨著粉煤灰摻加量的增加，初凝時間和終凝時間都相應(yīng)增加。在相同摻量的情況下，隨著粉煤灰球磨時間的增加，水泥初凝時間和終凝時間都相應(yīng)減少。

由圖1和圖2可以看出，粉煤灰摻量越大，水泥的凝結(jié)時間越長。其原因是粉煤灰取代水泥進行配制漿體使?jié){體中水泥數(shù)量減少，水泥漿體的有效水灰比增大，減慢水泥的水化速率，水泥基體系形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的速度也相應(yīng)減慢，表現(xiàn)為初凝時間和終凝時間相應(yīng)延長。在相同摻量的情況下，隨著粉煤灰球磨時間的增加，水泥初凝時間和終凝時間都相應(yīng)減少。這是由于粉煤灰經(jīng)過球磨，其顆粒被粉碎，結(jié)構(gòu)缺陷數(shù)量相應(yīng)增加，在破碎面上形成的不飽和鍵和斷鍵數(shù)量增加，粉煤灰被磨細(xì)后的活性比原狀粉煤灰的活性高［5］。當(dāng)摻量為30%時，粉煤灰球磨時間為10 min對應(yīng)的水泥初凝時間為175 min，終凝時間為200 min;粉煤灰球磨時間為20 min對應(yīng)的水泥初凝時間147 min，終凝時間為172 min。

2.3 粉煤灰球磨時間對水泥強度的影響

粉煤灰摻加量對水泥不同齡期的抗壓強度具有很大的影響。本試驗對粉煤灰不同球磨時間和不同摻量對水泥強度發(fā)展的影響進行了工藝研究，結(jié)果見圖3～圖6。

圖3 水泥3 d抗折強度與粉煤灰球磨時間的關(guān)系

圖4 水泥28 d抗折強度與粉煤灰球磨時間的關(guān)系

圖5 水泥3 d抗壓強度與粉煤灰球磨時間的關(guān)系

由上圖可以看出，與不添加粉煤灰的水泥相比，在水泥中添加未球磨的粉煤灰時，其抗折強度和抗壓強度都有不同程度的下降;在水泥中添加球磨時間為10 min的粉煤灰時，其抗折強度和抗壓強度有升有降;在水泥中添加球磨時間20 min的粉煤灰時，其抗折強度和抗壓強度有不同程度的上升。未經(jīng)球磨的粉煤灰影響水泥強度的原因在于［6］:粉煤灰顆粒結(jié)構(gòu)比較密實，比表面積小，存在很多球形顆粒，吸水能力較弱。在早齡期，粉煤灰?guī)缀醪粫l(fā)生火山灰反應(yīng)。隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的抗折強度以及抗拉強度持續(xù)降低，如圖5和圖6所示。在晚齡期，由于粉煤灰的火山灰作用以及水泥熟料水化反應(yīng)之間的相互促進作用，再加上粉煤灰的微集料反應(yīng)，使得在摻量為20%的情況下，添加未經(jīng)球磨粉煤灰的水泥的強度可以趕上不摻粉煤灰的水泥的強度;當(dāng)摻量變大時，其強度則出現(xiàn)大幅度下降。粉煤灰經(jīng)過10 min球磨后，摻量為20%時，水泥的3 d和28 d強度與不摻粉煤灰水泥的強度相差不大。粉煤灰經(jīng)過20 min球磨后，摻量為20%時，水泥的3 d和28 d強度則超過不摻粉煤灰水泥的強度，當(dāng)粉煤灰摻量升到30%時，水泥的強度則出現(xiàn)下降。這是由于粉煤灰經(jīng)過球磨后，其顆粒被破碎，增加了粉煤灰顆粒的活性點，增大了其活性和水化速率，可以充分發(fā)揮粉煤灰的火山灰作用，再與水泥熟料的水化反應(yīng)共同作用，增強水泥的強度。因此，在水泥中添加粉煤灰時，以粉煤灰球磨20 min、摻量為20% ～30%為宜。

圖6 水泥28 d抗壓強度與粉煤灰球磨時間的關(guān)系

3 結(jié)語

1)加入粉煤灰對水泥安定性有一定影響。2)添加粉煤灰延長水泥的凝結(jié)時間。在相同摻量的情況下，添加的粉煤灰越細(xì)，水泥凝結(jié)時間越短。3)當(dāng)粉煤灰球磨時間在20 min，摻加量在20%～30%時能夠顯著提高水泥的強度。

［1］ 劉愛新.粉煤灰混凝土的性能及其應(yīng)用［J］.混凝土，2001(12):6-8.

［2］ 王云朝.粉煤灰對水泥混凝土性能的影響［J］.現(xiàn)代公路，2010(21):148-149.

［3］ Xu Aimin，Shondeep L Sarkar.Microstructural Study of Gypsum Activated Fly Ash Hydration in Cement Paste［J］.Cem Concr Res，1991(21):1137-1147.

［4］ FERNANDEZ JIMENEZ A，PALOMO A.Composition and microstructure of alkali activated fly ash binder;effect of the activator［J］.Cem.Concr.Res.，2005(35):1984-1992.

［5］ 黃 瑩，謝友均.粉煤灰摻量及細(xì)度對水泥凝結(jié)時間的影響［J］.水泥，2003(12):4-6.

［6］ 田 卿，劉 丹.粉煤灰對混凝土的影響及其原因［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2008(6):90-92.