機械粉磨及水熱養(yǎng)護對摻合料活性影響研究*

何欣，林喜華，路東義，趙士豪，李馨慧，何凱，顧青山

（中建西部建設(shè)貴州有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 前言

粉煤灰、磷渣和石灰石粉作為常見的工業(yè)廢渣，需要占用大量的土地進行堆放，造成大氣污染，影響周邊生態(tài)環(huán)境。利用其潛在的活性成分可作為混凝土摻合料應(yīng)用于土木、水利工程領(lǐng)域。因此探索使其活性得到充分發(fā)揮的方法，提高摻合料利用率和利用水平的途徑與技術(shù)具有重大的環(huán)保意義和經(jīng)濟效益[1-3]。本文選取粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉為試驗對象，通過對其進行不同時間的機械粉磨和不同溫度的水熱養(yǎng)護，研究這兩種方法對其抗壓強度及活性的影響。

1 原材料

粉煤灰（F）：清鎮(zhèn)電廠粉煤灰；石灰石粉（S）：制砂廠旋風(fēng)除粉機收集的石灰石粉；磷渣粉（P）：貴州開陽磷渣粉；水泥：P·O42.5 水泥，臺泥（安順）水泥有限公司；砂：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂，廈門艾斯歐標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司；水：自來水。

2 試驗方法

利用球磨機對摻合料粉磨時球料比設(shè)置為 30:1，球磨時間設(shè)定為 0min、5min、10min、15min 和 20min。摻合料以 30% 的比例等質(zhì)量取代水泥，按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》制備膠砂試件。膠砂試件配比見表 1。

將制備好的膠砂試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱中養(yǎng)護 24h 后脫模（養(yǎng)護溫度為 20℃±1℃，相對濕度≥90%），然后分別置于溫度為 20℃、40℃ 和 60℃ 水中養(yǎng)護至試驗齡期，測試膠砂試件 7d 和 28d 抗壓強度并計算活性指數(shù)。計算分析不同機械粉磨時長和水熱養(yǎng)護條件對摻合料活性的影響。

表 1 膠砂試驗配比 g

摻合料的活性指數(shù)按式 (1) 計算[4]：

式中：

H7/28——活性指數(shù)，%；

R——試驗組膠砂 7d/28d 抗壓強度，MPa；

R0——空白組膠砂 7d/28d 抗壓強度，MPa。

3 結(jié)果與討論

3.1 粉磨時間對摻合料活性的影響

試驗測試了不同機械粉磨時間的粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至 7d 和 28d 抗壓強度，試驗結(jié)果見表 2。

表 2 不同機械粉磨時間摻合料抗壓強度

機械粉磨時長為 0min、5min、10min、15min 和20min 的摻合料，分別以 30% 的摻量等質(zhì)量替代水泥，經(jīng)計算摻合料活性變化如圖 1 所示。

從表 2 中的試驗數(shù)據(jù)和圖 1 的活性指數(shù)變化曲線可知，經(jīng)過機械粉磨的摻合料，其活性均大于未粉磨的摻合料。粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉 7d 和 28d 活性指數(shù)隨著粉磨時間增加均有所增大。粉磨 10min 的粉煤灰活性提升顯著，7d 活性相比未經(jīng)粉磨的粉煤灰增加 19%，28d 活性相比未經(jīng)粉磨的粉煤灰增加 17%，但隨著粉磨時間增加活性增長幅度變小。磷渣粉隨著粉磨時間增加活性逐漸增加，粉磨 20min 的 7d 活性比未經(jīng)粉磨的磷渣粉增加 27%，28d 活性相比未經(jīng)粉磨的磷渣粉增加 17%。石灰石粉活性隨著粉磨時間增加逐漸增大，但增長幅度較小，粉磨 15min 后的石灰石粉活性基本不再增長，其 7d 活性相比未經(jīng)粉磨的石灰石粉增加12%，28d 活性相比未經(jīng)粉磨的石灰石粉增加 9%。

圖 1 不同粉磨時間摻合料的活性

粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉 7d 和 28d 活性指數(shù)均隨粉磨時間的增加有所增大，說明機械粉磨可以有效提高摻合料活性。粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉通過機械粉磨后增加了顆粒細(xì)度，大量的細(xì)小顆粒填充在水泥顆粒間隙之間，起到物理填充作用，有利于提高硬化漿體的致密度，降低孔隙率[5]，同時微細(xì)顆粒還會起到晶核誘導(dǎo)作用，促進膠凝材料水化，提高強度。另一方面，在粉磨過程中粉煤灰和磷渣粉顆粒中玻璃體被粉碎成細(xì)小的碎屑，玻璃體中產(chǎn)生的斷裂鍵增加，與水泥水化析出的 Ca(OH)2充分反應(yīng)從而提高其活性。

3.2 水熱養(yǎng)護對摻合料活性的影響

為了說明水熱養(yǎng)護對摻合料活性的影響，選擇未進行機械粉磨的摻合料進行試驗，膠砂試件脫模后分別置于 20℃、40℃、60℃ 水中養(yǎng)護至試驗齡期，測其 7d 和28d 抗壓強度，結(jié)果見表 3。

表 3 不同水熱養(yǎng)護摻合料抗壓強度

不同養(yǎng)護水溫對粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉膠砂試件抗壓強度的影響，根據(jù)膠砂試件抗壓強度試驗結(jié)果，可得到粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉的活性隨著養(yǎng)護水溫增長的變化曲線，見圖 2。

由表 3 和圖 2 可知，粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉膠砂試件抗壓強度隨著水熱環(huán)境溫度升高而增大，粉煤灰和磷渣粉的活性也逐漸提高，而石灰石粉的活性基本保持不變。粉煤灰在 60℃ 時 28d 活性相比 20℃ 條件下增加 23%，磷渣粉在 60℃ 時 28d 活性相比 20℃ 條件下增加 24%，而石灰石粉的活性在基本 59% 左右。

從圖 1 和圖 2 可知，養(yǎng)護溫度對粉煤灰和磷渣粉活性的提升效果比機械粉磨效果要好。溫度越高，粉煤灰和磷渣粉中玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越容易解聚、瓦解。隨著溫度的提高和養(yǎng)護時間的增長，可以在較短時間內(nèi)破壞致密的 Si-O-Si 和 Si-O-Al 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加快礦物結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移和水化產(chǎn)物的形成，從而提高活性。石灰石粉為惰性材料，養(yǎng)護溫度的變化對其活性沒有影響。

4 結(jié)論

（1）機械粉磨能有效提高粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉的活性。水熱養(yǎng)護對粉煤灰和磷渣粉的活性提升明顯，而石灰石粉的活性不受影響。

（2）機械粉磨 10min 時粉煤灰和機械粉磨 15min時石灰石粉時活性提升最明顯，繼續(xù)增加粉磨時間，粉煤灰和石灰石粉活性不再增加。磷渣粉的活性隨著粉磨時間增加逐漸增大。水熱養(yǎng)護提升效果比機械粉磨顯著。

圖 2 不同養(yǎng)護水溫?fù)胶狭系幕钚?/p>