超細循環(huán)流化床粉煤灰用于高強度水泥的試驗研究

邱瑞芳 劉紅宇 薛芳斌 劉宏

摘要：研究了超細CFB粉煤灰在不同摻量時，對膠凝材料性能的影響；并借助SEM和XRD對膠凝材料的水化機理進行了分析。結(jié)果表明：超細CFB粉煤灰摻量不同的膠凝材料，其凝結(jié)時間、體積安定性及膠砂流動度符合現(xiàn)行國家標準對水泥質(zhì)量的要求。當超細CFB粉煤灰的摻量不超過42%（質(zhì)量分數(shù)）時，其具有的增強效應(yīng)可得到較充分地發(fā)揮，對膠砂強度的貢獻大于硅酸鹽水泥熟料，能夠明顯地提高膠砂強度，尤其是后期的強度；在摻量為17%至42%時，可研制性能符合現(xiàn)行國家標準、強度等級62.5及以上等級的高強度粉煤灰硅酸鹽水泥。摻加超細CFB粉煤灰，可提高膠凝材料漿體及其顆粒內(nèi)部空隙的密實性，有效改善硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，促進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：超細粉煤灰；循環(huán)流化床（CFB）；高強度；高摻量；水泥

本試驗在對CFB粉煤灰進行超細化處理的基礎(chǔ)上，研究不同摻量的超細CFB粉煤灰對膠凝材料性能的影響，以實現(xiàn)大摻量CFB粉煤灰在高強度水泥中的應(yīng)用和推廣。

一、試驗

（一）材料

超細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)水泥試驗球磨機粉磨后，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%。

標準砂：廈門艾思歐標準砂有限公司生產(chǎn)的中國ISO標準砂。

水：太原市飲用水。

（二）方案

在各試驗方案的膠凝材料中，脫硫石膏粉的用量均為3%。

（三）方法

對各試驗方案膠凝材料的凝結(jié)時間、體積安定性、膠砂流動度及膠砂強度，分別按照現(xiàn)行國家標準《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》GB/T1346-2011、《水泥膠砂流動度測定方法》GB/T2419-2005及《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》GB/T17671-1999進行試驗，其中，膠凝材料的體積安定性采用雷氏法。膠砂試塊標準養(yǎng)護至3d、28d齡期時，采用數(shù)控TYE-300F型水泥試驗機進行抗折與抗壓強度試驗。

二、結(jié)果分析

（一）膠凝材料的凝結(jié)時間、體積安定性及膠砂流動度

隨著超細CFB粉煤灰的摻量增加，膠凝材料的凝結(jié)時間逐漸延長。其中，超細CFB粉煤灰摻量為12%的膠凝材料，其初凝、終凝時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)時間增長基本呈線性關(guān)系變化，初凝、終凝時間的平均增幅分別為11.4%和11.2%。

在拌合用水量相同時的膠砂流動度試驗結(jié)果。摻加超細CFB粉煤灰的膠砂流動度均大于不摻加的，且符合現(xiàn)行國家標準對水泥膠砂流動度不小于180mm的要求；膠砂流動度的變化趨勢是隨著超細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。結(jié)合前述的需水量比試驗結(jié)果，可見，超細CFB粉煤灰具有一定的減水作用，但在其摻量增大時這種作用將降低。

（二）膠砂強度

當超細CFB粉煤灰的摻量逐漸增加至32%時，3d齡期的膠砂抗折、抗壓強度，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、抗壓強度提高較為明顯。在超細CFB粉煤灰的摻量為32%時，膠砂強度出現(xiàn)峰值，3d齡期的抗折、抗壓強度值分別為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%。這說明超細CFB粉煤灰具有的增強效應(yīng)，在此時得到充分地發(fā)揮，使膠砂強度顯著地提高。當超細CFB粉煤灰的摻量從32%增大到57%時，3d、28d齡期的膠砂抗折、抗壓強度都隨著摻量的增加逐漸降低；但在摻量達到42%時，3d、28d齡期的膠砂抗折、抗壓強度仍大于不摻加的，表明超細CFB粉煤灰在較高的摻量時，對膠砂強度的貢獻仍高于硅酸鹽水泥熟料，具有較好的增強效應(yīng)。摻加超細CFB粉煤灰的膠砂抗折、抗壓強度均超過標準對硅酸鹽水泥62.5級的強度要求。其中，超細CFB粉煤灰的摻量在17%至42%時，28d齡期的膠砂抗壓強度值大于72.5 MPa。

三、結(jié)論

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

2.超細CFB粉煤灰摻量不同的膠凝材料，其凝結(jié)時間、體積安定性及膠砂流動度符合現(xiàn)行國家標準對水泥質(zhì)量的要求。

3.超細CFB粉煤灰的摻量不超過42%時，其對膠砂強度的貢獻大于硅酸鹽水泥熟料，可明顯地提高膠砂強度，尤其是后期的強度；在摻量為17%至42%時，可研制性能符合現(xiàn)行國家標準、強度等級62.5及以上等級的高強度粉煤灰硅酸鹽水泥。

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

5.本試驗填補了國內(nèi)利用CFB粉煤灰研究高強度水泥的空白，提升了CFB粉煤灰的利用空間；而且，較同強度等級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，可滿足工程對水泥高強度、低水化熱的特殊要求；具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]中國水泥網(wǎng) 國家統(tǒng)計局 ：http：//www.ccement.com/ 2017/01/20

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[3]任才富，王棟民，鄭大鵬等.循環(huán)流化床粉煤灰特性與利用研究進展[J].商品混凝土，2016，（1）：26—29

作者簡介：邱瑞芳（1982-），女，靜樂，博士，副教授，研究方向為資源循環(huán)利用。