球磨粉煤灰復合摻合料性能研究

羅 翔

(蘇州中材建設有限公司，江蘇 昆山 215300)

粉煤灰作為燃煤工業副產物，目前呈現大量堆積與亟待應用階段[1]。將中低品位的粉煤灰進行粉磨提高其活性，將水泥、磨細粉煤灰和S95礦渣粉按一定比例混合，制備復合摻合料進而替代部分礦渣粉是粉煤灰綜合利用的有效途徑之一[2]。

本文將原狀粉煤灰進行粉磨，研究粉磨不同時間后的粉煤灰通過對S95礦渣粉的等量替代制備成復合摻合料，得到粉煤灰細度及摻量對復合摻合料凝結性能、流動性能和力學性能的影響規律。

1 實驗

1.1 實驗物料

論文選用的粉煤灰是由濰坊某公司提供Ⅱ級灰，主要成分見表1。

表1 粉煤灰品質指標/wt%

通過激光粒度分析，原灰的平均粒徑為39.85μm，中位徑為19.98μm。

實驗所用的S95礦渣粉是由濟鋼集團提供，主要成分如表2。

表2 礦渣粉品質指標/wt%

所使用的水泥是由山東水泥有限公司所產的PO42.5普通硅酸鹽水泥，主要成分及性能如表3、4。

表3 普通硅酸鹽水泥化學組分/wt%

表4 普通硅酸鹽水泥的力學性能

試驗用細骨料為中國ISO標準砂。

1.2 實驗步驟

每次稱取5kg烘干后的原狀粉煤灰放置于小型球磨機中進行球磨。球磨中加入萬分之三質量比例的助磨劑，球磨時間分為60min、90min、120min，分別用F60、F90、F120表示。

2 復合摻合料性能研究

2.1 摻合料配比

配比設計采用“等量取代法”，復合摻合料中水泥所占重量不變，水泥占膠凝材料總量的50%，粉煤灰和礦渣粉分別以3∶7、43∶6、53∶5、63∶4的比例復摻替代50%的水泥。其中水225g，復合摻合料450g，標準砂1350g。

復合摻合料的配比及編號如表5所示。

1.1 一般資料 選取自2010—2017年北部戰區總醫院行原位心臟移植術的34例患者為研究對象。按心臟移植術后是否出現過排斥反應分為排斥組(n=12)及無排斥組(n=22)。排斥組中，男性10例，女性2例；年齡45～63歲，平均年齡(56±6)歲。無排斥組中，男性16例，女性6例；年齡30～66歲，平均年齡(50±10)歲。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

表5 復合摻合料的編號及組成

2.2 復合摻合料凝結性能

復合摻合料的初凝時間如表6所示。

由表6可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加，初凝時間的變化規律性并不是很強，這主要是由于助磨劑的加入在粉煤灰顆粒的周圍附著一層油膜，阻止其水化，使得凝結時間變長；而另一方面，助磨劑的加入導致粉煤灰細度變小，比表面能增大，導致水泥的水化速度加快，凝結時間變短[3]。綜合上述實驗結果，摻合料初凝時間與純水泥的比值均小于200%，符合相關標準的要求。

表6 初凝時間及其比值

2.3 復合摻合料流動性能

復合摻合料的流動度如表7。

表7 復合摻合料的流動度

從表7可以看出，在用水量不變的情況下，砂漿的流動度比會隨著粉煤灰用量的逐漸增大，通過這種現象可以明顯的看出粉煤灰用量對砂漿流動度的影響，即流動度與粉煤灰的用量成正比[4]。造成上述現象的原因主要有兩個，在當用水量不變的大前提下，一是粉煤灰和水泥的顆粒形狀不同，前者為球形顆粒，而后者大多為不規則的多面體，粉煤灰加入水泥中，粉煤灰顆粒在水泥顆粒中起到了與軸承中滾珠相似的作用，大大降低了水泥顆粒流動所出現的摩擦力[5]。二是粉煤灰經過磨細處理，經過處理后的粉煤灰的粒徑較之水泥的粒徑會小很多，水泥與水泥之間的顆粒間隙被粉煤灰填充，從而改善了材料顆粒之間的級配[6]。綜合上述研究結果可知，所有組成的復合摻合料流動度均高于純水泥砂漿對比樣，滿足相關標準對流動度比高于95%的要求。

2.4 復合摻合料力學性能

用試驗機對到達預設齡期的砂漿試樣進行力學強度的測定。表8給出的是3d的力學性能。

表8 復合摻合料3d力學性能

根據表8顯示，在3d齡期時，粉煤灰摻入量的增加會對砂漿的力學強度造成負提升。并且在粉煤灰的摻量相同時，粉煤灰細度的減小也會對砂漿的力學強度產生比較差的影響。

表9給出的是7d的力學性能。

表9 復合摻合料7d力學性能

根據表9數據結果顯示，在7d齡期時，砂漿的抗壓抗折的強度規律與3d的幾乎一致——煤灰摻入量的增加會對砂漿的力學強度造成負提升。并且，在粉煤灰的摻量相同時，粉煤灰細度的減小也會對砂漿的力學強度產生比較差的影響。摻入粉煤灰的砂漿的強度與純水泥的砂漿之間還是有著一定的差距，但與3d齡期相比，7d齡期的力學強度都有了一定的增長，縮小了與純水泥砂漿的差距。

表10給出的是28d的力學性能。

表10 復合摻合料28d力學性能

根據表10數據結果所示，當達到28 d時，絕大部分摻入粉煤灰的砂漿均接近純水泥的普通砂漿的力學強度，其中粉煤灰細度較小的試件尤為明顯。雖然由于粉磨時間和粉磨條件的不足，與純水泥的砂漿試件的強度還有差距，但差距很小，這主要是由于火山灰效應，粉煤灰中的玻璃體是硅酸鋁質的，這種成分會在水分子的參與下，與水泥水化產生的氫氧化鈣進行活性反應。促進了砂漿強度的增長。

當粉煤灰與礦渣粉比例為5∶5和6∶4時，試件的力學強度明顯高于其他比例，但摻入的粉煤灰超過一定的比例時，會導致砂漿力學性質下降。在粉煤灰的摻量相同時，試件的抗壓強度和抗折強度隨著粉煤灰細度的減小而增加。其中力學強度出現下降的砂漿可能是因為摻入的粉煤灰細度過低，導致砂漿強度增長緩慢所引起的。

綜合上述實驗結果，三組粉煤灰組成的摻合料中除了F60S7、F90S5、F120S6、F120S4四組砂漿，抗壓強度比值均大于95%，符合相關標準的要求。其中F90S7的復合摻合料的活性最好。

3 結 論

本文選用某粉煤灰原灰為研究對象，采用球磨機進行粉磨，研究了粉磨后細灰不同比例替代S95礦粉對其凝結性能、流動性能和力學性能的影響，通過實驗得到如下結論：

(1)隨著粉煤灰摻量的增加，初凝時間逐漸增加，而加入助磨劑的粉煤灰摻量的增加，初凝時間出現了不一樣的變化，規律性并不是很強。

(2)在用水量不變的情況下，砂漿的流動度比會隨著粉煤灰用量的逐漸增大，得出粉煤灰用量對砂漿流動度的影響規律，即流動度與粉煤灰的用量成正比。

(3)在砂漿的活性實驗中，7d齡期時F60S7、F60S6、F60S5、F90S7、F120S7組成的摻合料的抗壓強度與純水泥的比值均大于70%，符合相關標準的要求。其中F60的磨細粉煤灰的活性最好。在28d齡期時，F60、F90、F120三組粉煤灰時組成的摻合料的抗壓強度與純水泥的比值只有F120S5、F120S4大于95%，符合相關標準的要求，而加入助磨劑的三組粉煤灰時組成的摻合料中除了F60S7、F90S5、F120S6、F120S4四組砂漿，抗壓強度比值均大于95%，符合相關標準的要求。其中F90S7的復合摻合料的活性最好。