球磨粉煤灰復(fù)合摻合料性能研究

羅 翔

(蘇州中材建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300)

粉煤灰作為燃煤工業(yè)副產(chǎn)物，目前呈現(xiàn)大量堆積與亟待應(yīng)用階段[1]。將中低品位的粉煤灰進(jìn)行粉磨提高其活性，將水泥、磨細(xì)粉煤灰和S95礦渣粉按一定比例混合，制備復(fù)合摻合料進(jìn)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(jìn)行粉磨，研究粉磨不同時(shí)間后的粉煤灰通過對S95礦渣粉的等量替代制備成復(fù)合摻合料，得到粉煤灰細(xì)度及摻量對復(fù)合摻合料凝結(jié)性能、流動性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)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(zhì)指標(biāo)/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(shí)驗(yàn)所用的S95礦渣粉是由濟(jì)鋼集團(tuán)提供，主要成分如表2。

表2 礦渣粉品質(zhì)指標(biāo)/wt%

所使用的水泥是由山東水泥有限公司所產(chǎn)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(xué)組分/wt%

表4 普通硅酸鹽水泥的力學(xué)性能

試驗(yàn)用細(xì)骨料為中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

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

2 復(fù)合摻合料性能研究

2.1 摻合料配比

配比設(shè)計(jì)采用“等量取代法”，復(fù)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(fù)摻替代50%的水泥。其中水225g，復(fù)合摻合料450g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g。

復(fù)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(zhàn)區(qū)總醫(yī)院行原位心臟移植術(shù)的34例患者為研究對象。按心臟移植術(shù)后是否出現(xiàn)過排斥反應(yīng)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書。

表5 復(fù)合摻合料的編號及組成

2.2 復(fù)合摻合料凝結(jié)性能

復(fù)合摻合料的初凝時(shí)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(shí)間的變化規(guī)律性并不是很強(qiáng)，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(jié)時(shí)間變長；而另一方面，助磨劑的加入導(dǎo)致粉煤灰細(xì)度變小，比表面能增大，導(dǎo)致水泥的水化速度加快，凝結(jié)時(shí)間變短[3]。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摻合料初凝時(shí)間與純水泥的比值均小于200%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表6 初凝時(shí)間及其比值

2.3 復(fù)合摻合料流動性能

復(fù)合摻合料的流動度如表7。

表7 復(fù)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(xiàn)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(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)，在當(dāng)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(guī)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(xiàn)的摩擦力[5]。二是粉煤灰經(jīng)過磨細(xì)處理，經(jīng)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(jié)果可知，所有組成的復(fù)合摻合料流動度均高于純水泥砂漿對比樣，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對流動度比高于95%的要求。

2.4 復(fù)合摻合料力學(xué)性能

用試驗(yàn)機(jī)對到達(dá)預(yù)設(shè)齡期的砂漿試樣進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度的測定。表8給出的是3d的力學(xué)性能。

表8 復(fù)合摻合料3d力學(xué)性能

根據(jù)表8顯示，在3d齡期時(shí)，粉煤灰摻入量的增加會對砂漿的力學(xué)強(qiáng)度造成負(fù)提升。并且在粉煤灰的摻量相同時(shí)，粉煤灰細(xì)度的減小也會對砂漿的力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生比較差的影響。

表9給出的是7d的力學(xué)性能。

表9 復(fù)合摻合料7d力學(xué)性能

根據(jù)表9數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在7d齡期時(shí)，砂漿的抗壓抗折的強(qiáng)度規(guī)律與3d的幾乎一致——煤灰摻入量的增加會對砂漿的力學(xué)強(qiáng)度造成負(fù)提升。并且，在粉煤灰的摻量相同時(shí)，粉煤灰細(xì)度的減小也會對砂漿的力學(xué)強(qiáng)度產(chǎn)生比較差的影響。摻入粉煤灰的砂漿的強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(xué)性能。

表10 復(fù)合摻合料28d力學(xué)性能

根據(jù)表10數(shù)據(jù)結(jié)果所示，當(dāng)達(dá)到28 d時(shí)，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(xué)強(qiáng)度，其中粉煤灰細(xì)度較小的試件尤為明顯。雖然由于粉磨時(shí)間和粉磨條件的不足，與純水泥的砂漿試件的強(qiáng)度還有差距，但差距很小，這主要是由于火山灰效應(yīng)，粉煤灰中的玻璃體是硅酸鋁質(zhì)的，這種成分會在水分子的參與下，與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣進(jìn)行活性反應(yīng)。促進(jìn)了砂漿強(qiáng)度的增長。

當(dāng)粉煤灰與礦渣粉比例為5∶5和6∶4時(shí)，試件的力學(xué)強(qiáng)度明顯高于其他比例，但摻入的粉煤灰超過一定的比例時(shí)，會導(dǎo)致砂漿力學(xué)性質(zhì)下降。在粉煤灰的摻量相同時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著粉煤灰細(xì)度的減小而增加。其中力學(xué)強(qiáng)度出現(xiàn)下降的砂漿可能是因?yàn)閾饺氲姆勖夯壹?xì)度過低，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度增長緩慢所引起的。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度比值均大于95%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中F90S7的復(fù)合摻合料的活性最好。

3 結(jié) 論

本文選用某粉煤灰原灰為研究對象，采用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，研究了粉磨后細(xì)灰不同比例替代S95礦粉對其凝結(jié)性能、流動性能和力學(xué)性能的影響，通過實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：

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

(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(guī)律，即流動度與粉煤灰的用量成正比。

(3)在砂漿的活性實(shí)驗(yàn)中，7d齡期時(shí)F60S7、F60S6、F60S5、F90S7、F120S7組成的摻合料的抗壓強(qiáng)度與純水泥的比值均大于70%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中F60的磨細(xì)粉煤灰的活性最好。在28d齡期時(shí)，F(xiàn)60、F90、F120三組粉煤灰時(shí)組成的摻合料的抗壓強(qiáng)度與純水泥的比值只有F120S5、F120S4大于95%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而加入助磨劑的三組粉煤灰時(shí)組成的摻合料中除了F60S7、F90S5、F120S6、F120S4四組砂漿，抗壓強(qiáng)度比值均大于95%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中F90S7的復(fù)合摻合料的活性最好。