超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥性能影響研究

曹瑞東 馬曉東 劉宇 張航榕

摘 要：本文研究了兩種不同細(xì)度超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響。研究表明：超細(xì)粉煤灰摻量在10%時(shí)，砂漿流動(dòng)性最好。適當(dāng)摻量的超細(xì)粉煤灰加入鋁酸鹽水泥后，能提高早期強(qiáng)度，在后期能夠提高其抗折強(qiáng)度，但對(duì)抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大。

關(guān)鍵詞：超細(xì)粉煤灰；流動(dòng)性；鋁酸鹽水泥；力學(xué)性能

1 前言

鋁酸鹽水泥是以鋁酸鈣為主要成分的水泥，其耐酸堿、早強(qiáng)、高強(qiáng)等性質(zhì)深受學(xué)者們的關(guān)注，但價(jià)格的昂貴限制了其在工程中的應(yīng)用空間。粉煤灰是煤燃燒以后的形成的固體廢料，合理利用粉煤灰能夠有效提高資源的利用率。將其摻加到水泥中，在降低成本，提高水泥工作性能和力學(xué)性能的同時(shí)，又會(huì)降低水泥早期強(qiáng)度，但若將粉煤灰超細(xì)化以后便可提高水泥的早期力學(xué)性能，本文在鋁酸鹽水泥砂漿中加入不同摻量的超細(xì)粉煤灰，研究其對(duì)鋁酸鹽水泥各性能的影響。

2 試驗(yàn)

水泥采用山西陽(yáng)泉天隆工程材料有限公司生產(chǎn)的CA50型鋁酸鹽水泥。拌合水使用山西本地自來(lái)水。砂使用標(biāo)準(zhǔn)砂，使用來(lái)山西朔州的比表面積分別為1047㎡/g和1203㎡/g的超細(xì)粉煤灰，分別采用M和N表示?；鶞?zhǔn)配合比為水泥450g，砂子1350g，水225g。超細(xì)灰等量取代水泥，取代質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，10%，15%，20%，25%，測(cè)試砂漿流動(dòng)度。制作40[×]40[×]160mm試件，測(cè)試3d及28d的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度。

3 結(jié)果與討論

3.1 流動(dòng)性能

不同細(xì)度的超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥的流動(dòng)度影響如圖1所示?？梢钥闯鯪類(lèi)的粉煤灰對(duì)砂漿的流動(dòng)度幾乎沒(méi)有太大的作用效果，而M類(lèi)粉煤灰對(duì)砂漿流動(dòng)性的影響則表現(xiàn)出隨摻量增加先增大后逐漸減小的規(guī)律。在10%的摻量下，M類(lèi)砂漿的流動(dòng)度增加效果最明顯，此時(shí)流動(dòng)度直接上升了11.27%到237mm，而N類(lèi)超細(xì)粉煤灰也略微上升至216mm。繼續(xù)增大超細(xì)粉煤灰的摻量，可發(fā)現(xiàn)M類(lèi)砂漿流動(dòng)度逐漸降低，而N類(lèi)砂漿基本不變。在10%～20%的摻量下，M類(lèi)超細(xì)粉煤灰水泥的流動(dòng)度均比未摻加超細(xì)粉煤灰的流動(dòng)度大。摻量繼續(xù)增至25%后，M類(lèi)超細(xì)粉煤灰的流動(dòng)度降至208mm，低于未摻加超細(xì)粉煤灰的砂漿，該摻量下N類(lèi)超細(xì)粉煤灰的流動(dòng)度為195mm。分析可得出，10%M類(lèi)超細(xì)粉煤灰即為使得鋁酸鹽水泥流動(dòng)度最高的最佳摻量區(qū)間。這是由于適量的超細(xì)粉煤灰可以將水泥基中絡(luò)合物包被的水分子釋放出來(lái)，從而提高其流動(dòng)度；而過(guò)量的超細(xì)粉煤灰雖然可以釋放結(jié)合水，卻需要更多的膠體來(lái)包被粉煤灰顆粒，致使流動(dòng)度不增反減。

3.2 抗壓強(qiáng)度

不同細(xì)度的超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示。隨著摻量的增加，兩種細(xì)度超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥抗壓強(qiáng)度不同齡期的影響規(guī)律不同，3d抗壓強(qiáng)度規(guī)律為先增大后減小，而28d抗壓強(qiáng)度則隨著粉煤灰摻量的增加，強(qiáng)度一直降低。3d齡期時(shí)粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的增強(qiáng)效果明顯，10%的摻量下，AN實(shí)驗(yàn)組中抗壓強(qiáng)度最高為73.29MPa，AM實(shí)驗(yàn)組中的強(qiáng)度為66.80MPa。28d時(shí)同樣是10%摻量下的強(qiáng)度最高，但是增幅沒(méi)有3天那么明顯，此時(shí)AM和AN的強(qiáng)度分別為86.39MPa和87.80MPa。25%的粉煤灰摻量強(qiáng)度下降幅度最大，下降最明顯的為28天時(shí)的AN，下降幅度為20.64%。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)兩種超細(xì)粉煤灰最佳摻量區(qū)間均為10%，而N組強(qiáng)于M組。早期強(qiáng)度增強(qiáng)的原因可能是適量的超細(xì)粉煤灰可以填充膠凝材料之間的孔隙，增加了砂漿密實(shí)度從而對(duì)其強(qiáng)度的提升有促進(jìn)作用。

3.3 抗折強(qiáng)度

從圖3可以看出不同齡期兩種比表面積的超細(xì)粉煤灰對(duì)鋁酸鹽水泥的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度規(guī)律有所不同，早期抗折強(qiáng)度方面，其變化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度類(lèi)似，都是隨著粉煤灰摻量的增加，強(qiáng)度先增大后減??；而后期強(qiáng)度方面，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的規(guī)律，隨著粉煤灰摻量的增加，28d強(qiáng)度也呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。齡期為3d時(shí)，對(duì)于AM實(shí)驗(yàn)組，增加摻量至10%，抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值，為7.42MPa；對(duì)于AN實(shí)驗(yàn)組，增加摻量至15%，抗折強(qiáng)度達(dá)到最大，為7.72MPa?？梢缘贸?，AM和AN超細(xì)粉煤灰的最佳摻量分別為10%和15%。28d時(shí)，AN在超細(xì)粉煤灰為15%摻量下達(dá)到最大值為9.96MPa，而AM則在15%時(shí)達(dá)到最大值11.25MPa，AM和AN的最佳摻量都為15%。從上述分析可以看出，在本實(shí)驗(yàn)中，3天時(shí)N類(lèi)超細(xì)粉煤灰摻量超過(guò)10%后會(huì)降低其抗折強(qiáng)度，但是28天時(shí)抗折強(qiáng)度，不論摻量為多少，抗折強(qiáng)度都大于未加入粉煤灰試件組的強(qiáng)度。鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物堿性相對(duì)于硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物堿性更低，超細(xì)粉煤灰的活性激發(fā)在低堿環(huán)境中更慢，故前期超細(xì)粉煤灰在鋁酸鹽水泥中僅僅有填充作用[5]，而后期強(qiáng)度提高不明顯，證明鋁酸鹽水泥中生成的氫氧化鈣較少，火山灰反應(yīng)較弱。

4 結(jié)論

（1）加入比表面積為1042m2/kg的超細(xì)粉煤灰能夠增大鋁酸鹽水泥的流動(dòng)性，在本實(shí)驗(yàn)中，最佳摻量為10%。

（2）抗壓強(qiáng)度方面，3d強(qiáng)度，隨著粉煤灰增加，強(qiáng)度先增大后減小，28d強(qiáng)度，隨著粉煤灰增加，強(qiáng)度一直降低。

（3）抗折強(qiáng)度方面，隨著粉煤灰的增加，3d和28d強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

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基金項(xiàng)目：

襄垣縣固廢綜合利用科技攻關(guān)項(xiàng)目（2018XYSDYY-07）；山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（201603D121023-2）。