機械粉磨及水熱養護對摻合料活性影響研究*

何欣，林喜華，路東義，趙士豪，李馨慧，何凱，顧青山

（中建西部建設貴州有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 前言

粉煤灰、磷渣和石灰石粉作為常見的工業廢渣，需要占用大量的土地進行堆放，造成大氣污染，影響周邊生態環境。利用其潛在的活性成分可作為混凝土摻合料應用于土木、水利工程領域。因此探索使其活性得到充分發揮的方法，提高摻合料利用率和利用水平的途徑與技術具有重大的環保意義和經濟效益[1-3]。本文選取粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉為試驗對象，通過對其進行不同時間的機械粉磨和不同溫度的水熱養護，研究這兩種方法對其抗壓強度及活性的影響。

1 原材料

粉煤灰（F）：清鎮電廠粉煤灰；石灰石粉（S）：制砂廠旋風除粉機收集的石灰石粉；磷渣粉（P）：貴州開陽磷渣粉；水泥：P·O42.5 水泥，臺泥（安順）水泥有限公司；砂：ISO 標準砂，廈門艾斯歐標準砂有限公司；水：自來水。

2 試驗方法

利用球磨機對摻合料粉磨時球料比設置為 30:1，球磨時間設定為 0min、5min、10min、15min 和 20min。摻合料以 30% 的比例等質量取代水泥，按照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》制備膠砂試件。膠砂試件配比見表 1。

將制備好的膠砂試件放入標準養護箱中養護 24h 后脫模（養護溫度為 20℃±1℃，相對濕度≥90%），然后分別置于溫度為 20℃、40℃ 和 60℃ 水中養護至試驗齡期，測試膠砂試件 7d 和 28d 抗壓強度并計算活性指數。計算分析不同機械粉磨時長和水熱養護條件對摻合料活性的影響。

表 1 膠砂試驗配比 g

摻合料的活性指數按式 (1) 計算[4]：

式中：

H7/28——活性指數，%；

R——試驗組膠砂 7d/28d 抗壓強度，MPa；

R0——空白組膠砂 7d/28d 抗壓強度，MPa。

3 結果與討論

3.1 粉磨時間對摻合料活性的影響

試驗測試了不同機械粉磨時間的粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉標準養護至 7d 和 28d 抗壓強度，試驗結果見表 2。

表 2 不同機械粉磨時間摻合料抗壓強度

機械粉磨時長為 0min、5min、10min、15min 和20min 的摻合料，分別以 30% 的摻量等質量替代水泥，經計算摻合料活性變化如圖 1 所示。

從表 2 中的試驗數據和圖 1 的活性指數變化曲線可知，經過機械粉磨的摻合料，其活性均大于未粉磨的摻合料。粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉 7d 和 28d 活性指數隨著粉磨時間增加均有所增大。粉磨 10min 的粉煤灰活性提升顯著，7d 活性相比未經粉磨的粉煤灰增加 19%，28d 活性相比未經粉磨的粉煤灰增加 17%，但隨著粉磨時間增加活性增長幅度變小。磷渣粉隨著粉磨時間增加活性逐漸增加，粉磨 20min 的 7d 活性比未經粉磨的磷渣粉增加 27%，28d 活性相比未經粉磨的磷渣粉增加 17%。石灰石粉活性隨著粉磨時間增加逐漸增大，但增長幅度較小，粉磨 15min 后的石灰石粉活性基本不再增長，其 7d 活性相比未經粉磨的石灰石粉增加12%，28d 活性相比未經粉磨的石灰石粉增加 9%。

圖 1 不同粉磨時間摻合料的活性

粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉 7d 和 28d 活性指數均隨粉磨時間的增加有所增大，說明機械粉磨可以有效提高摻合料活性。粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉通過機械粉磨后增加了顆粒細度，大量的細小顆粒填充在水泥顆粒間隙之間，起到物理填充作用，有利于提高硬化漿體的致密度，降低孔隙率[5]，同時微細顆粒還會起到晶核誘導作用，促進膠凝材料水化，提高強度。另一方面，在粉磨過程中粉煤灰和磷渣粉顆粒中玻璃體被粉碎成細小的碎屑，玻璃體中產生的斷裂鍵增加，與水泥水化析出的 Ca(OH)2充分反應從而提高其活性。

3.2 水熱養護對摻合料活性的影響

為了說明水熱養護對摻合料活性的影響，選擇未進行機械粉磨的摻合料進行試驗，膠砂試件脫模后分別置于 20℃、40℃、60℃ 水中養護至試驗齡期，測其 7d 和28d 抗壓強度，結果見表 3。

表 3 不同水熱養護摻合料抗壓強度

不同養護水溫對粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉膠砂試件抗壓強度的影響，根據膠砂試件抗壓強度試驗結果，可得到粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉的活性隨著養護水溫增長的變化曲線，見圖 2。

由表 3 和圖 2 可知，粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉膠砂試件抗壓強度隨著水熱環境溫度升高而增大，粉煤灰和磷渣粉的活性也逐漸提高，而石灰石粉的活性基本保持不變。粉煤灰在 60℃ 時 28d 活性相比 20℃ 條件下增加 23%，磷渣粉在 60℃ 時 28d 活性相比 20℃ 條件下增加 24%，而石灰石粉的活性在基本 59% 左右。

從圖 1 和圖 2 可知，養護溫度對粉煤灰和磷渣粉活性的提升效果比機械粉磨效果要好。溫度越高，粉煤灰和磷渣粉中玻璃體網絡結構越容易解聚、瓦解。隨著溫度的提高和養護時間的增長，可以在較短時間內破壞致密的 Si-O-Si 和 Si-O-Al 網狀結構，加快礦物結構的轉移和水化產物的形成，從而提高活性。石灰石粉為惰性材料，養護溫度的變化對其活性沒有影響。

4 結論

（1）機械粉磨能有效提高粉煤灰、磷渣粉和石灰石粉的活性。水熱養護對粉煤灰和磷渣粉的活性提升明顯，而石灰石粉的活性不受影響。

（2）機械粉磨 10min 時粉煤灰和機械粉磨 15min時石灰石粉時活性提升最明顯，繼續增加粉磨時間，粉煤灰和石灰石粉活性不再增加。磷渣粉的活性隨著粉磨時間增加逐漸增大。水熱養護提升效果比機械粉磨顯著。

圖 2 不同養護水溫摻合料的活性