超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥性能影響研究

曹瑞東 馬曉東 劉宇 張航榕

摘 要：本文研究了兩種不同細度超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥流動性和力學性能的影響。研究表明：超細粉煤灰摻量在10%時，砂漿流動性最好。適當摻量的超細粉煤灰加入鋁酸鹽水泥后，能提高早期強度，在后期能夠提高其抗折強度，但對抗壓強度貢獻不大。

關鍵詞：超細粉煤灰；流動性；鋁酸鹽水泥；力學性能

1 前言

鋁酸鹽水泥是以鋁酸鈣為主要成分的水泥，其耐酸堿、早強、高強等性質深受學者們的關注，但價格的昂貴限制了其在工程中的應用空間。粉煤灰是煤燃燒以后的形成的固體廢料，合理利用粉煤灰能夠有效提高資源的利用率。將其摻加到水泥中，在降低成本，提高水泥工作性能和力學性能的同時，又會降低水泥早期強度，但若將粉煤灰超細化以后便可提高水泥的早期力學性能，本文在鋁酸鹽水泥砂漿中加入不同摻量的超細粉煤灰，研究其對鋁酸鹽水泥各性能的影響。

2 試驗

水泥采用山西陽泉天隆工程材料有限公司生產的CA50型鋁酸鹽水泥。拌合水使用山西本地自來水。砂使用標準砂，使用來山西朔州的比表面積分別為1047㎡/g和1203㎡/g的超細粉煤灰，分別采用M和N表示。基準配合比為水泥450g，砂子1350g，水225g。超細灰等量取代水泥，取代質量分數(shù)分別為0%，10%，15%，20%，25%，測試砂漿流動度。制作40[×]40[×]160mm試件，測試3d及28d的抗壓強度及抗折強度。

3 結果與討論

3.1 流動性能

不同細度的超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥的流動度影響如圖1所示。可以看出N類的粉煤灰對砂漿的流動度幾乎沒有太大的作用效果，而M類粉煤灰對砂漿流動性的影響則表現(xiàn)出隨摻量增加先增大后逐漸減小的規(guī)律。在10%的摻量下，M類砂漿的流動度增加效果最明顯，此時流動度直接上升了11.27%到237mm，而N類超細粉煤灰也略微上升至216mm。繼續(xù)增大超細粉煤灰的摻量，可發(fā)現(xiàn)M類砂漿流動度逐漸降低，而N類砂漿基本不變。在10%～20%的摻量下，M類超細粉煤灰水泥的流動度均比未摻加超細粉煤灰的流動度大。摻量繼續(xù)增至25%后，M類超細粉煤灰的流動度降至208mm，低于未摻加超細粉煤灰的砂漿，該摻量下N類超細粉煤灰的流動度為195mm。分析可得出，10%M類超細粉煤灰即為使得鋁酸鹽水泥流動度最高的最佳摻量區(qū)間。這是由于適量的超細粉煤灰可以將水泥基中絡合物包被的水分子釋放出來，從而提高其流動度；而過量的超細粉煤灰雖然可以釋放結合水，卻需要更多的膠體來包被粉煤灰顆粒，致使流動度不增反減。

3.2 抗壓強度

不同細度的超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥抗壓強度的影響如圖2所示。隨著摻量的增加，兩種細度超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥抗壓強度不同齡期的影響規(guī)律不同，3d抗壓強度規(guī)律為先增大后減小，而28d抗壓強度則隨著粉煤灰摻量的增加，強度一直降低。3d齡期時粉煤灰對強度的增強效果明顯，10%的摻量下，AN實驗組中抗壓強度最高為73.29MPa，AM實驗組中的強度為66.80MPa。28d時同樣是10%摻量下的強度最高，但是增幅沒有3天那么明顯，此時AM和AN的強度分別為86.39MPa和87.80MPa。25%的粉煤灰摻量強度下降幅度最大，下降最明顯的為28天時的AN，下降幅度為20.64%。實驗范圍內兩種超細粉煤灰最佳摻量區(qū)間均為10%，而N組強于M組。早期強度增強的原因可能是適量的超細粉煤灰可以填充膠凝材料之間的孔隙，增加了砂漿密實度從而對其強度的提升有促進作用。

3.3 抗折強度

從圖3可以看出不同齡期兩種比表面積的超細粉煤灰對鋁酸鹽水泥的抗折強度和抗壓強度規(guī)律有所不同，早期抗折強度方面，其變化規(guī)律與抗壓強度類似，都是隨著粉煤灰摻量的增加，強度先增大后減小；而后期強度方面，抗折強度和抗壓強度呈現(xiàn)不同的規(guī)律，隨著粉煤灰摻量的增加，28d強度也呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。齡期為3d時，對于AM實驗組，增加摻量至10%，抗折強度達到最大值，為7.42MPa；對于AN實驗組，增加摻量至15%，抗折強度達到最大，為7.72MPa。可以得出，AM和AN超細粉煤灰的最佳摻量分別為10%和15%。28d時，AN在超細粉煤灰為15%摻量下達到最大值為9.96MPa，而AM則在15%時達到最大值11.25MPa，AM和AN的最佳摻量都為15%。從上述分析可以看出，在本實驗中，3天時N類超細粉煤灰摻量超過10%后會降低其抗折強度，但是28天時抗折強度，不論摻量為多少，抗折強度都大于未加入粉煤灰試件組的強度。鋁酸鹽水泥的水化產物堿性相對于硅酸鹽水泥的水化產物堿性更低，超細粉煤灰的活性激發(fā)在低堿環(huán)境中更慢，故前期超細粉煤灰在鋁酸鹽水泥中僅僅有填充作用[5]，而后期強度提高不明顯，證明鋁酸鹽水泥中生成的氫氧化鈣較少，火山灰反應較弱。

4 結論

（1）加入比表面積為1042m2/kg的超細粉煤灰能夠增大鋁酸鹽水泥的流動性，在本實驗中，最佳摻量為10%。

（2）抗壓強度方面，3d強度，隨著粉煤灰增加，強度先增大后減小，28d強度，隨著粉煤灰增加，強度一直降低。

（3）抗折強度方面，隨著粉煤灰的增加，3d和28d強度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

參考文獻：

[1] 高禮雄，丁汝茜，姚燕，榮輝，王海良，張磊.養(yǎng)護溫度對鋁酸鹽水泥基砂漿性能的影響[J].混凝土，2018（10）：36～39.

[2] 彭家惠.改性高鋁水泥水化、硬化機理研究[J].重慶建筑大學學報，1999（4）：50～54.

[3] 侯芹芹，張創(chuàng)，趙亞娟，趙彬.粉煤灰綜合利用研究進展[J]應用化工，2018（6）：1281～1284.

[4] 姚韋靖，龐建勇.超細粉煤灰與粉煤灰混凝土力學性能對比試驗研究[J]混凝土與水泥制品，2015（12）：9～13.

[5] 王甲春，王玉彤，桂海清，王偉卿.混合材對高鋁水泥強度影響的試驗研究[J].沈陽建筑工程學院學報（自然科學版），2002（2）：119～122.

基金項目：

襄垣縣固廢綜合利用科技攻關項目（2018XYSDYY-07）；山西省重點研發(fā)計劃項目（201603D121023-2）。