粉煤灰易磨性及活性指數(shù)研究分析

劉迪，何毛，陳軍，聶文海，趙劍波

1 引言

我國(guó)是能源消耗大國(guó)，同時(shí)燃煤的火電又是最主要的能源供應(yīng)渠道之一，從而導(dǎo)致粉煤灰的排放量越來(lái)越多。經(jīng)多年的研究和應(yīng)用，粉煤灰作為水泥摻合料或者混凝土膠凝材料，在水泥和混凝土中的使用量越來(lái)越多，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

因?yàn)樗嗷炷林袚饺肷倭康姆勖夯視?huì)導(dǎo)致其早期強(qiáng)度下降，為了改善其性能，國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對(duì)粉煤灰進(jìn)行了活化處理，以激發(fā)粉煤灰的活性，提高水泥混凝土強(qiáng)度。目前，粉煤灰活化改性的方法主要分為三類：一是物理活化，即通過(guò)機(jī)械磨細(xì)來(lái)破壞粉煤灰玻璃體的結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加其比表面積，以提高粉煤灰與Ca（OH）2的水化反應(yīng)速率，加強(qiáng)粉煤灰顆粒界面的結(jié)合能力。二是化學(xué)活化，即用化學(xué)激發(fā)劑來(lái)激發(fā)粉煤灰的活性。目前常用的粉煤灰激發(fā)劑有：堿性激發(fā)劑（NaOH、Na2SiO3和Na2CO3等），硫酸鹽（CaSO4、Na2SO4等），氯化物（NaCl、CaCl2等）。三是復(fù)合活化法，是在機(jī)械活化粉煤灰的基礎(chǔ)上，加入化學(xué)激發(fā)劑的方法。本文將重點(diǎn)研究物理活化對(duì)粉煤灰比表面積和活性指數(shù)的影響。

2 原材料及實(shí)驗(yàn)方法

樣品為不同地區(qū)的原狀粉煤灰。分別將2.5kg試樣裝入φ305mm×305mm球磨機(jī)，磨機(jī)轉(zhuǎn)速70r/min，鋼球φ40mm×30kg，斷續(xù)粉磨30、40、50、60、70min。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)取出20g粉料，按照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測(cè)定方法勃氏法》，測(cè)定試樣比表面積，作比表面積-粉磨時(shí)間關(guān)系曲線，由曲線求得T6000。

粉煤灰的活性指數(shù)測(cè)定，參照GB/T 12957-2005《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性分析》進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 化學(xué)組成

表1 為不同地區(qū)粉煤灰的化學(xué)組成，從表1中可以看出，除少量未燃盡的炭（常用燒失量表示）外，粉煤灰主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3及少量CaO、MgO和SO3等氧化物所組成，SiO2含量約為50%，Al2O3含量為26%～36%，F(xiàn)e2O3含量約為5%，CaO含量為2%～6%（低鈣灰），MgO含量為1%～2%，其中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者含量之和占總量的70%以上。

表1 不同地區(qū)粉煤灰化學(xué)組成，%

3.2 易磨性

圖1 為不同地區(qū)的粉煤灰在規(guī)定時(shí)間內(nèi)被粉磨所對(duì)應(yīng)的比表面積曲線圖。從圖1中可以看出，不同地區(qū)粉煤灰，在粉磨至相同比表面積時(shí)，所需的研磨時(shí)間相差較大。當(dāng)粉煤灰粉磨至比表面積6 000cm2/g時(shí)，所需時(shí)間最少為35.4min，最多為109.9min。

圖1 不同地區(qū)粉煤灰T6 000

3.3 活性指數(shù)

表2 為不同地區(qū)粉煤灰粉磨至不同比表面積時(shí)的7d和28d活性指數(shù)。從表2中可以看出，不同地區(qū)，粉煤灰粉磨至不同比表面積時(shí)，7d活性指數(shù)相近，均在60%～70%之間；28d活性指數(shù)相差較大，最低63%，最高80%。

表2 不同地區(qū)粉煤灰的比表面積7d與28d活性指數(shù)

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，粉煤灰比表面積對(duì)水泥砂漿的強(qiáng)度貢獻(xiàn)呈一定的對(duì)數(shù)關(guān)系。當(dāng)粉煤灰比表面積從480m2/kg增至700m2/kg時(shí)，其7d和28d活性指數(shù)沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)，說(shuō)明粉煤灰粉磨至一定的細(xì)度，對(duì)應(yīng)水泥砂漿強(qiáng)度的增長(zhǎng)應(yīng)有一個(gè)臨界值。

4 結(jié)論

通過(guò)研究不同地區(qū)粉煤灰比表面積的活性指數(shù)可以看出，單純通過(guò)物理活化的方法提高粉煤灰的活性是有限的。水泥砂漿和混凝土中摻一定量的粉煤灰，主要是為了改善水泥的需水量、混凝土的和易性以及耐久性，僅通過(guò)粉磨提高粉煤灰的細(xì)度，以增加能源消耗為代價(jià)來(lái)提高水泥混凝土強(qiáng)度是很不經(jīng)濟(jì)的。