粉磨對粉煤灰綜合性能影響研究

豐曙霞 劉曉彤 楊 陽 石春娟

（山東英才學(xué)院）

0 引言

粉煤灰替代部分水泥制備砂漿或混凝土可改善諸多性能。如水泥中粉煤灰的摻入，能夠顯著降低水泥漿體的收縮，同時，可以明顯地改善漿體的后期強(qiáng)度和水泥的水化熱[1-2]。邱瑞芳研究結(jié)果表示，粉煤灰以20%～40%的摻量摻入水泥，可以有效提升水泥性能，如果摻量超過40%，會對水泥性能造成負(fù)面效果[3]。對原狀粉煤灰進(jìn)行烘干粉磨，減小粉煤灰的粒徑，減小粉煤灰的細(xì)度，能夠提升水泥的水化速度，增強(qiáng)砂漿和混凝土的力學(xué)強(qiáng)度[4]。Yasmin Hefni 等則認(rèn)為若使用激活劑，經(jīng)過激活的粉煤灰能夠明顯改善混凝土的抗折抗壓強(qiáng)度[5]。

對原狀粉煤灰進(jìn)行烘干磨細(xì)作為摻合料加入水泥混凝土中，一直是粉煤灰研究工作的重點方向。楊南如、王曉慶研究結(jié)果表示，經(jīng)過球磨機(jī)粉磨之后的粉煤灰，技術(shù)指標(biāo)和性能相比原狀粉煤會有顯著的改善[6]。馬軍濤研究結(jié)果同樣認(rèn)為粉磨時間對砂漿等水泥基中齡期的活性有著不同程度的改善。但當(dāng)粉磨時間超過定值，提升效果會隨著粉磨時間的增加逐漸降低[7]。Jaturapitakku 則研究了磨細(xì)灰摻量對混凝土性能的影響，結(jié)果表明磨細(xì)粉煤灰以15%～50%的摻入量參與混凝土的制備，會對混凝土性能有著多方面的提升，并在25%的摻入量時達(dá)到最優(yōu)值[8]。眾多學(xué)者認(rèn)為摻有磨細(xì)粉煤灰的砂漿，其后期強(qiáng)度對比普通單純水泥更有優(yōu)勢。Kiattikomol 進(jìn)一步研究并表明水泥砂漿強(qiáng)度只與磨細(xì)粉煤灰的粒徑有關(guān)，當(dāng)粒徑小于9μm 時，摻入磨細(xì)粉煤灰的砂漿強(qiáng)度會明顯優(yōu)于純水泥砂漿[9]。

本試驗系統(tǒng)研究了粉磨時間對磨細(xì)粉煤灰多個性能的影響，包括粒徑、容重、比表面積以及化學(xué)活性，旨在為原狀粉煤灰的磨細(xì)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 原材料及實驗方法

1.1 原材料

試驗所用粉煤灰為火電廠干法除灰分級后的粗灰，粒徑分布如圖1 所示；水泥是山東水泥有限公司所產(chǎn)的PO42.5 普通硅酸鹽水泥，物理性能如表1 所示。原材料主要化學(xué)成分如表2 所示。

表1 水泥物理性能

表2 水泥及粉煤灰化學(xué)組成 （w%）

圖1 原狀粉煤灰粒徑分布

1.2 實驗方法

1.2.1 磨細(xì)粉煤灰制備

試驗采用小型球磨機(jī)粉磨粉煤灰，料球比1:20，粉磨時間設(shè)置為 10min、20min、40min、60min、80min、100min 和120min。

1.2.2 磨細(xì)粉煤灰技術(shù)指標(biāo)測試

容重：將磨細(xì)粉煤灰在110℃干燥箱中烘干24h。參照水泥密度測定方法（GB/T 208）測量磨細(xì)粉煤灰容重。

比表面積的測定：參照水泥比表面積測定方法(勃氏法GB/T8074)測試磨細(xì)粉煤灰比表面積。

細(xì)度的測定：參照水泥細(xì)度檢驗方法（GB/T1345 篩析法）測試磨細(xì)粉煤灰45μm 及80μm 篩余。

活性指數(shù)的測定：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17671 制備、養(yǎng)護(hù)膠砂試件，水泥與粉煤灰質(zhì)量比為7:3。

凝結(jié)性能的測定：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1346 測試純水泥對比樣及摻粉煤灰水泥樣的初凝時間，水泥與粉煤灰質(zhì)量比為1:3。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 粉磨時間對粉煤灰物理性能的影響

圖2、圖3、圖4 分別為不同粉磨時間粉煤灰的容重、比表面積和粒徑特征。隨著粉磨時間的增長，粉煤灰的容重呈一致增大趨勢，粉磨120min 時，粉煤灰的容重從原灰的1.95g/cm3增長到2.62g/cm3。這是因為粉煤灰顆粒中有較多中空粒子和多孔粒子，此類顆粒在粉磨中被破碎，減少了低容重多孔微珠的含量，因此粉煤灰的容重增大。

圖2 粉磨時間對粉煤灰容重的影響

圖3 粉磨時間對粉煤灰比表面積的影響

圖4 粉磨時間對粉煤灰粒徑的影響

粉煤灰的比表面積隨著粉磨時間的增長先增大后降低，粉磨10min 時，粉煤灰的比表面積從252m2/kg急劇增大到425m2/kg，粉磨100min 時，比表面積高達(dá)535m2/kg。當(dāng)粉磨時間超過100min 后，由于細(xì)顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯，使得比表面積降低。

粉磨時間少于40min 時，中位徑和平均粒徑隨著粉磨時間的增長而快速減小。超過40min 后，繼續(xù)延長粉磨時間對粉煤灰顆粒群中位徑和平均粒徑并無明顯降低作用。

2.2 粉磨時間對粉煤灰化學(xué)性能的影響

圖5、圖6 分別為粉磨時間對粉煤灰的活性指數(shù)和凝結(jié)性能的影響。隨著粉磨時間的增長，摻粉煤灰水泥漿體的初凝時間不斷縮短，說明粉煤灰顆粒尺寸的降低有利于其化學(xué)活性的發(fā)揮，從而促進(jìn)了漿體的水化進(jìn)程，縮短了凝結(jié)時間。

圖5 粉磨時間對粉煤灰凝結(jié)性能的影響

圖6 粉磨時間對粉煤灰活性指數(shù)的影響

粉磨可有效提高粉煤灰的反應(yīng)活性，粉磨時間20min 時，粉煤灰的抗壓活性指數(shù)從64%提高到72%，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對混凝土用粉煤灰的活性要求。值得注意的是，摻粉煤灰的水泥漿體，抗壓性能比抗折性能下降更明顯，說明粉煤灰對水泥漿體抗折性能影響較小。

3 結(jié)論

⑴隨著粉磨時間的增長，粉煤灰的容重呈一致增大趨勢，粉磨120min 時，粉煤灰的容重從原灰的1.95g/cm3增長到2.62g/cm3。

⑵粉磨10min 時，粉煤灰的比表面積顯著增大，當(dāng)粉磨時間超過100min 后，比表面積因為細(xì)小顆粒的團(tuán)聚不增反降。

⑶粉磨時間不超過40min 時，粉煤灰的顆粒尺寸隨粉磨時間的增大而顯著降低，40min 后，變化不明顯。

⑷粉磨時間增長可有效提高粉煤灰的反應(yīng)活性，促進(jìn)凝結(jié)硬化，提高活性指數(shù)。粉磨時間超過20min，粉煤灰活性指標(biāo)可超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求的70%。