超細(xì)循環(huán)流化床粉煤灰用于高強(qiáng)度水泥的試驗(yàn)研究

邱瑞芳 劉紅宇 薛芳斌 劉宏

摘要：研究了超細(xì)CFB粉煤灰在不同摻量時(shí)，對(duì)膠凝材料性能的影響；并借助SEM和XRD對(duì)膠凝材料的水化機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：超細(xì)CFB粉煤灰摻量不同的膠凝材料，其凝結(jié)時(shí)間、體積安定性及膠砂流動(dòng)度符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥質(zhì)量的要求。當(dāng)超細(xì)CFB粉煤灰的摻量不超過(guò)42%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，其具有的增強(qiáng)效應(yīng)可得到較充分地發(fā)揮，對(duì)膠砂強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于硅酸鹽水泥熟料，能夠明顯地提高膠砂強(qiáng)度，尤其是后期的強(qiáng)度；在摻量為17%至42%時(shí)，可研制性能符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度等級(jí)62.5及以上等級(jí)的高強(qiáng)度粉煤灰硅酸鹽水泥。摻加超細(xì)CFB粉煤灰，可提高膠凝材料漿體及其顆粒內(nèi)部空隙的密實(shí)性，有效改善硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)生成更多的水化及硬化物，使膠凝材料的性能得到優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：超細(xì)粉煤灰；循環(huán)流化床（CFB）；高強(qiáng)度；高摻量；水泥

本試驗(yàn)在對(duì)CFB粉煤灰進(jìn)行超細(xì)化處理的基礎(chǔ)上，研究不同摻量的超細(xì)CFB粉煤灰對(duì)膠凝材料性能的影響，以實(shí)現(xiàn)大摻量CFB粉煤灰在高強(qiáng)度水泥中的應(yīng)用和推廣。

一、試驗(yàn)

（一）材料

超細(xì)CFB粉煤灰：山西省某煤矸石電廠產(chǎn)生的CFB粉煤灰，經(jīng)電廠余熱蒸汽動(dòng)能磨粉磨制得，比表面積為1025m2/ kg，燒失量為7.5%。

硅酸鹽水泥熟料粉：山西省某水泥公司生產(chǎn)，燒失量為1.7%；經(jīng)水泥試驗(yàn)球磨機(jī)粉磨后，0.045mm方孔篩篩余值為11.5% 。

脫硫石膏粉：山西省某火電廠煙氣石灰濕法脫硫產(chǎn)生，外觀呈淺黃色粉狀，硫酸鈣含量為94%，燒失量為9.3%。

標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門(mén)艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

水：太原市飲用水。

（二）方案

在各試驗(yàn)方案的膠凝材料中，脫硫石膏粉的用量均為3%。

（三）方法

對(duì)各試驗(yàn)方案膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間、體積安定性、膠砂流動(dòng)度及膠砂強(qiáng)度，分別按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》GB/T1346-2011、《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》GB/T2419-2005及《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》GB/T17671-1999進(jìn)行試驗(yàn)，其中，膠凝材料的體積安定性采用雷氏法。膠砂試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3d、28d齡期時(shí)，采用數(shù)控TYE-300F型水泥試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

二、結(jié)果分析

（一）膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間、體積安定性及膠砂流動(dòng)度

隨著超細(xì)CFB粉煤灰的摻量增加，膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。其中，超細(xì)CFB粉煤灰摻量為12%的膠凝材料，其初凝、終凝時(shí)間較不摻加的增加較多，相應(yīng)增幅分別為19.8%、15.4%；在超細(xì)CFB粉煤灰的摻量由12%增至52%的區(qū)段，膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間增長(zhǎng)基本呈線性關(guān)系變化，初凝、終凝時(shí)間的平均增幅分別為11.4%和11.2%。

在拌合用水量相同時(shí)的膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果。摻加超細(xì)CFB粉煤灰的膠砂流動(dòng)度均大于不摻加的，且符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度不小于180mm的要求；膠砂流動(dòng)度的變化趨勢(shì)是隨著超細(xì)CFB粉煤灰摻量的增加，先逐漸增大，而后緩慢減少，較大值出現(xiàn)在其摻量為32%時(shí)。結(jié)合前述的需水量比試驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)，超細(xì)CFB粉煤灰具有一定的減水作用，但在其摻量增大時(shí)這種作用將降低。

（二）膠砂強(qiáng)度

當(dāng)超細(xì)CFB粉煤灰的摻量逐漸增加至32%時(shí)，3d齡期的膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度，隨著摻量的增加有一定地提高，但提高的幅度較小；而28d齡期的膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度提高較為明顯。在超細(xì)CFB粉煤灰的摻量為32%時(shí)，膠砂強(qiáng)度出現(xiàn)峰值，3d齡期的抗折、抗壓強(qiáng)度值分別為6.6MPa、34.9 MPa，較不摻加的分別增大10.0%、13.3%；28d齡期的抗折、抗壓強(qiáng)度值分別為11.1 MPa、77.6 MPa，較不摻加的分別增大32.1%、25.6%。這說(shuō)明超細(xì)CFB粉煤灰具有的增強(qiáng)效應(yīng)，在此時(shí)得到充分地發(fā)揮，使膠砂強(qiáng)度顯著地提高。當(dāng)超細(xì)CFB粉煤灰的摻量從32%增大到57%時(shí)，3d、28d齡期的膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度都隨著摻量的增加逐漸降低；但在摻量達(dá)到42%時(shí)，3d、28d齡期的膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度仍大于不摻加的，表明超細(xì)CFB粉煤灰在較高的摻量時(shí)，對(duì)膠砂強(qiáng)度的貢獻(xiàn)仍高于硅酸鹽水泥熟料，具有較好的增強(qiáng)效應(yīng)。摻加超細(xì)CFB粉煤灰的膠砂抗折、抗壓強(qiáng)度均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硅酸鹽水泥62.5級(jí)的強(qiáng)度要求。其中，超細(xì)CFB粉煤灰的摻量在17%至42%時(shí)，28d齡期的膠砂抗壓強(qiáng)度值大于72.5 MPa。

三、結(jié)論

1.超細(xì)CFB粉煤灰具有一定的減水作用，但其摻量較大時(shí)這種作用將降低或消失。

2.超細(xì)CFB粉煤灰摻量不同的膠凝材料，其凝結(jié)時(shí)間、體積安定性及膠砂流動(dòng)度符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥質(zhì)量的要求。

3.超細(xì)CFB粉煤灰的摻量不超過(guò)42%時(shí)，其對(duì)膠砂強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于硅酸鹽水泥熟料，可明顯地提高膠砂強(qiáng)度，尤其是后期的強(qiáng)度；在摻量為17%至42%時(shí)，可研制性能符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度等級(jí)62.5及以上等級(jí)的高強(qiáng)度粉煤灰硅酸鹽水泥。

4.超細(xì)CFB粉煤灰的摻加，能夠提高膠凝材料漿體及顆粒內(nèi)部空隙的密實(shí)性，改善硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，加速水化進(jìn)程，生成更多的水化及硬化物，優(yōu)化膠凝材料的性能。

5.本試驗(yàn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)利用CFB粉煤灰研究高強(qiáng)度水泥的空白，提升了CFB粉煤灰的利用空間；而且，較同強(qiáng)度等級(jí)62.5的硅酸鹽水泥可減少水泥熟料用量17%～42%，有利于節(jié)能環(huán)保，降低水泥的生產(chǎn)成本；同時(shí)，可滿足工程對(duì)水泥高強(qiáng)度、低水化熱的特殊要求；具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：邱瑞芳（1982-），女，靜樂(lè)，博士，副教授，研究方向?yàn)橘Y源循環(huán)利用。