高掺量粉煤灰水泥制备与性能研究

1、第卷年增刊月稀有金属材料与工程，锄叫高掺量粉煤灰水泥制备与性能研究杨志宾，韩敏芳，王庆云（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京）摘要：采用活化处理和外加剂改性的方法，制成了掺量为（体积分数，下同）的粉煤灰水泥，性能满足规定的粉煤灰水泥指标。重点讨论了粉煤灰粒度和石膏种类对水泥性能的影响，最终确立采用粒度为西岬的粉煤灰，以及二水石膏与无水石膏的混合石膏的处理工艺。关键词：粉煤灰水泥；粉煤灰活化；水泥改性；粉煤灰利用中图法分类号：文献标识码：文章编号：（）一前言粉煤灰是众所周知的火山灰性材料【】，但火山灰的活性组分与（）的火山灰反应，而且这个反应是相互关联的。为提高粉煤灰水泥的性能，则可从

2、两方面着手：一是促进水泥熟料的水化，二是促进粉煤灰的火山灰反应，在保证粉煤灰水泥性能的基础上大大提高了粉煤灰掺量。反应是一个缓慢的过程，并且它的强度贡献主要集中在后期，如果在水泥中大量掺入粉煤灰则其早期强度会明显降低。所以采用不同的方法来激发火山灰活性，从而增加掺粉煤灰水泥的早期性能，这些方法】包括（）机械处理；（）加速养护和热处理；（）化学激发。虽然现阶段高掺量粉煤灰水泥在一些实验室研究已经获实验原料分析粉煤灰实验采用河北某地粉煤灰（）及我国个地方低钙灰的化学组成均值如表所示。采用射线粉晶衍射仪（，）分析其矿物组成如图所示。得成功【¨】，但是应用于实际的并不多，这主要因为有的方法成

3、本太高且局限性太大：有的方法虽然短期性能达到要求，但是长期性能不稳定。我国有丰富的煤炭资源，电厂大量排放的粉煤灰急待利用，高掺量粉煤灰制备水泥成为最好的解决方法之一。本文采用活化处理和外加剂改性的方法来研制粉煤灰水泥，粉煤灰掺量为。以粉煤灰为主要原料生产高掺量粉煤灰水泥，有益于解决水泥工业的资源环境问题，亦对粉煤灰高价值利用开辟了广阔的途径，因此具有很好的发展前景。表化学成分分析（，）水化机理粉煤灰在形成过程中经历了高温，冷却后，结构中保留一定量的玻璃质物质，具有一定的潜在活性。在掺有粉煤灰的水泥水化过程中【】，首先是水泥熟料矿物水化，此过程中释放（），（）与粉煤灰中的活性组分发生的火山灰反应

4、，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。由于火山灰反应减少了系统中氢氧化钙的含量，又可加速水泥熟料的水化。由此可见，在这一系统中同时存在着水泥与水的水化反应以及粉煤灰收稿日期：由表可见，粉煤灰的主要成分为氧化硅，氧化铝及氧化铁，其总量约占粉煤灰的左右。氧化钙含量普遍较低，基本上都无自硬性。采用的化学组成和国内粉煤灰的平均水平相当，有一定代表性。从图可以看出，粉煤灰主要为无定型相，晶相中主要是莫来石和石英。采用激光粒度仪测得原灰及球磨后的粉煤灰粒径分布如图所示。由图所知，原灰的岬筛余量为，明显偏粗，活性太低，不利于充分利用。因通讯作者简介：韩敏芳，女，年生，教授，博士生导师，中国矿业大学（北京）化学与环境

5、工程学院北京，电话：，：锄稀有金属材料与工程第卷此进行了处理，球磨后峰值直径明显减小，并且细磨粉煤灰的幽。圣晶口旦三。洲（。）图粉煤灰图谱图粉煤灰粒径分布图水泥熟料实验采用河北某地的旋窑水泥熟料。熟料均为块状，采用鄂式破碎机将其粉碎然后球磨。球磨后水泥熟料粒度满足（筛余量为）。石膏实验采用了天然二水石膏、半水石膏，同时在马弗炉中对天然二水石膏进行了高温煅烧，煅烧温度为（保温）。煅烧后的石膏呈现无水石膏相和混合相石膏种，衍射如图。驯（）图二水石膏（）和煅烧石膏（，）物相组成图谱（）蛐化）从图看出，二水石膏高温煅烧后得到的主要是无水石膏，图显示煅烧后得到的是混合相石膏。标砂实验采用国家标准规定的标

6、准砂，由厦门艾思欧标准砂有限公司生产。外加剂实验采用少量（）自配的弱碱性激发剂。配比试验原料分别处理后，再混合球磨，从而达到充分混合，具有较好的和易性。试验配比见表。表粉煤灰水泥配比“恤佃，）试验结果粗磨粉煤灰掺量实验首先采用掺量为的粗磨粉煤灰，研究了不同种类石膏（）对粉煤灰水泥的影响，对石膏进行优化。其试验结果见表中，抗压强度见表中。表标准稠度需水量及初终凝时间竹丑。酬。曼萎慧慌。；警燃。；三蒜，一鼢币，：；：从表中看出，掺入粗磨粉煤灰，采用不同种：），：；”：“：；：皇：；：。：增刊杨志宾等：高掺景粉煤灰水泥制备与性能研究类石膏（除二水石膏），粉煤灰水泥性能满足规定的粉煤灰水泥标准，其中采

7、用混合石膏的粉煤灰水泥早期性能明显提高，且后期性能逐步提高。表抗压强度闪凝现象，因此工业上很少直接使用。无水石膏最大，其凝结时间较短。采用二水石膏、半水石膏、无水石膏的混合物，其凝结时间略微缩短，同时不会产生急凝，起到了很好的效果。研究认为，由于二水石膏具有溶解快的特点，能很快溶出并参与反应，在水化初期较快较多地提供了。，与复合体系水泥中水化活性较高的含铝矿物和反应生成钙钒石，发挥了缓凝作用；无水石膏溶解速度很慢，使得水化初期浆体中离子浓度很低，不能满足。暑伯）和生成钙钒石以缓凝的需要，致使与水发生反应生成产生了急凝【。在表中中的及凝结时间的比较中可以发现，不同混合石膏配比具有不同的及凝结时间

8、，因此可以根据实际需要采取不同的混合石膏配比进行调整。从表中抗压强度的比较可以发现，掺加无水石膏的早期抗压强度明显比二水石膏的大。这是因为煅烧石膏结构松弛、活性高，对粉煤灰水泥激发效应大，同时其溶解度较低。在水泥水化初期，存在于水泥中的铝酸盐相不能形成钙钒石，从而减缓了钙钒石对水泥水化的延缓作用，加快了整个熟料矿物相的水化。因此增加了水泥早期水化产物的生成量，提高了水泥的强度。但是，煅烧石膏具有凝结快，大的副作用，细磨粉煤灰掺量实验然后采用掺量为的细磨粉煤灰对不同比例的混合石膏（）进行了进一步研究。其试验结果见表中，抗压强度见表中。从表中看出，掺入细磨粉煤灰，粉煤灰水泥性能明显提高，其中采用混

9、合石膏的粉煤灰水泥性能超过规定的粉煤灰水泥标准。细磨粉煤灰掺量实验最后采用细磨粉煤灰，的，对不同粉煤灰掺量的粉煤灰水泥性能进行研究。试验结果见表中，抗压强度结果见表中。从表中可看出，粉煤灰掺量越大，粉煤灰水泥抗压强度越低，但在粉煤灰掺量为时粉煤灰水泥性能仍可达到规定的粉煤灰水泥标准。其后期抗压强度会有所下降，因此我们采用掺混和石膏，其性能优于单掺的。通过研究可以发现，二水石膏与煅烧石膏以：的比例混合，其综合性能较好。粉煤灰因素分析从表中与表中的比较可以发现，随着粉煤灰细度的降低，水泥的增加；随着粉煤灰掺量的增加，水泥的减少，当粉煤灰掺量增大到一定程度不再减少甚至略有增加。这是因为粉煤灰颗粒本身

10、是表面光滑的微珠，这些光滑的球形粒子在水泥净浆中起到润滑作用，使水泥、粉煤灰体系的流动性提高，降低了用水量，同时粉煤灰颗粒表面因吸附而出现双电层结构，加强了润滑作用，起到减水作用；另一方面，粉煤灰颗粒比水泥颗粒小得多，填充到水泥颗粒中，减少了水泥浆体的孔隙率，也相应减少了填充水量。但粉煤灰颗粒较水泥颗粒小很多。用于包裹粉煤灰颗粒的水分自然要增多，当粉煤灰掺量进一步增大时，包裹粉煤灰颗粒所需的水分大大超过粉煤灰颗粒所能释放出的水分，就表现为增加【们。结果和讨论石膏因素分析从表中标准稠度需水量（）的比较中可以发现掺二水石膏的粉煤灰水泥最少，但初终凝时间最长。半水石膏凝结时间最短，如若控制不好会出现

11、从表中与表中中的初终凝时间的比较中可以发现，随着粉煤灰细度的增加，水泥的初终凝时稀有金属材料与工程第卷间缩短；随着粉煤灰掺量的增加，水泥的初终凝时间延长，但粉煤灰掺量增大到一定程度，初终凝时间不会有明显延长。因为磨细过程就是粉煤灰活性激发的过程，粉煤灰经磨细后，一些颗粒被破碎，结构缺陷数量增加，破碎面的断键和不饱和键数量增加，也就是“活性点”增多，磨细灰的活性要比相应的原灰高，因而水化速率相对要快，水泥浆体形成空间网状结构的速率增大，凝结时间缩短。粉煤灰掺量增大，水泥浆体的浓度相对降低，也就是有效水灰比增大，这对水泥水化速率不利。水化速率减慢，表现为初终凝时间延长【。足规定的粉煤灰水泥标准。参

12、考文献【】如阡缸阳朋口以口研行【】，：【】加（韩敏芳），（贾屹海），（杨志卅口如时忡国菲金属矿工业导刊）叨，（）：【】，鲥口正台疗，口一玎胱月卵阳肛【】，：【】（蒋蓉）册口材死曲打可船倒对表中和表中强度比较可以发现，细磨粉煤灰强度明显增大。这是因为细磨粉煤灰活性高，并对水泥基结构具有填充细化作用，孔隙减少，在相同水化条件下可获得更为致密的微细观结构。而颗粒较粗的粉煤灰，多为海绵状多孔体、珠连体和没烧透的碳，其强度低，活性小。因此，在水胶比和粉煤灰掺量相同时，粉煤灰比表面积越大，水泥胶砂强度也就越高。对表中强度比较发现，粉煤灰掺量越大，其强度越低，在粉煤灰掺量的粉煤灰水泥其性能仍可达到规定的水泥

13、标准要求。口”触喑彻把缸（国外建材科技）【，（）：【】（胡海鹏），（卢迪芬），（朱小容），抄彳妫疗驴肥船矾化口“（粉煤灰综合利用）【】，：【】（王景贤），（王立久）甜口，蟹如愕口材嬲（广东建材）【】，：【】柚扑（潘钢华），蚰（王爱勤），（孙伟）“口如“埘口，矿勘甜珊踟绑叭东南大学学报）【】，（）：【】”加（王福元），肌（吴正严）舶疗幽七矿陟彳妯饥，】妇伽（粉煤灰利用手册）【】：，结论通过试验确立了粉煤灰粒度，水泥熟【】（陈益民）曰甜耙甜口，喀晰，聊口疗钾所一“高性能水泥基础研究）】：，料粒度，采用质量分数的混合石膏，以及掺加质量分数的外加剂的综合处理工艺，在粉煤灰掺量高达的情况下，粉煤灰水泥性

14、能满【】（黄莹），（谢友均），（刘宝举）免阼，（水泥）【】，：锄，”（，）：仔鹊他他柚），他佗山：；船；代咖；印：蛐，巧时，：，： 高掺量粉煤灰水泥制备与性能研究作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次数：杨志宾， 韩敏芳， 王庆云， Yang Zhibin， Han Minfang， Wang Qingyun中国矿业大学(北京化学与环境工程学院,北京,100083稀有金属材料与工程RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING2008,37(z11次参考文献(10条1. Cheerarot R. Jaturapitakkul C 查看详情 20042. 韩敏芳. 贾屹海. 杨志宾 查看详情期刊论文-中国非金属矿工业导刊 2006(033. Poon C S. Kou S C. Lam L 查看详情 20014. 蒋蓉 查看详情 2005(045. 胡海鹏. 卢迪芬. 朱小容 查看