粉磨對粉煤灰綜合性能影響研究

豐曙霞 劉曉彤 楊 陽 石春娟

（山東英才學院）

0 引言

粉煤灰替代部分水泥制備砂漿或混凝土可改善諸多性能。如水泥中粉煤灰的摻入，能夠顯著降低水泥漿體的收縮，同時，可以明顯地改善漿體的后期強度和水泥的水化熱[1-2]。邱瑞芳研究結果表示，粉煤灰以20%～40%的摻量摻入水泥，可以有效提升水泥性能，如果摻量超過40%，會對水泥性能造成負面效果[3]。對原狀粉煤灰進行烘干粉磨，減小粉煤灰的粒徑，減小粉煤灰的細度，能夠提升水泥的水化速度，增強砂漿和混凝土的力學強度[4]。Yasmin Hefni 等則認為若使用激活劑，經過激活的粉煤灰能夠明顯改善混凝土的抗折抗壓強度[5]。

對原狀粉煤灰進行烘干磨細作為摻合料加入水泥混凝土中，一直是粉煤灰研究工作的重點方向。楊南如、王曉慶研究結果表示，經過球磨機粉磨之后的粉煤灰，技術指標和性能相比原狀粉煤會有顯著的改善[6]。馬軍濤研究結果同樣認為粉磨時間對砂漿等水泥基中齡期的活性有著不同程度的改善。但當粉磨時間超過定值，提升效果會隨著粉磨時間的增加逐漸降低[7]。Jaturapitakku 則研究了磨細灰摻量對混凝土性能的影響，結果表明磨細粉煤灰以15%～50%的摻入量參與混凝土的制備，會對混凝土性能有著多方面的提升，并在25%的摻入量時達到最優值[8]。眾多學者認為摻有磨細粉煤灰的砂漿，其后期強度對比普通單純水泥更有優勢。Kiattikomol 進一步研究并表明水泥砂漿強度只與磨細粉煤灰的粒徑有關，當粒徑小于9μm 時，摻入磨細粉煤灰的砂漿強度會明顯優于純水泥砂漿[9]。

本試驗系統研究了粉磨時間對磨細粉煤灰多個性能的影響，包括粒徑、容重、比表面積以及化學活性，旨在為原狀粉煤灰的磨細應用提供基礎數據。

1 原材料及實驗方法

1.1 原材料

試驗所用粉煤灰為火電廠干法除灰分級后的粗灰，粒徑分布如圖1 所示；水泥是山東水泥有限公司所產的PO42.5 普通硅酸鹽水泥，物理性能如表1 所示。原材料主要化學成分如表2 所示。

表1 水泥物理性能

表2 水泥及粉煤灰化學組成 （w%）

圖1 原狀粉煤灰粒徑分布

1.2 實驗方法

1.2.1 磨細粉煤灰制備

試驗采用小型球磨機粉磨粉煤灰，料球比1:20，粉磨時間設置為 10min、20min、40min、60min、80min、100min 和120min。

1.2.2 磨細粉煤灰技術指標測試

容重：將磨細粉煤灰在110℃干燥箱中烘干24h。參照水泥密度測定方法（GB/T 208）測量磨細粉煤灰容重。

比表面積的測定：參照水泥比表面積測定方法(勃氏法GB/T8074)測試磨細粉煤灰比表面積。

細度的測定：參照水泥細度檢驗方法（GB/T1345 篩析法）測試磨細粉煤灰45μm 及80μm 篩余。

活性指數的測定：參照國家標準GB/T17671 制備、養護膠砂試件，水泥與粉煤灰質量比為7:3。

凝結性能的測定：參照國家標準GB/T1346 測試純水泥對比樣及摻粉煤灰水泥樣的初凝時間，水泥與粉煤灰質量比為1:3。

2 實驗結果及分析

2.1 粉磨時間對粉煤灰物理性能的影響

圖2、圖3、圖4 分別為不同粉磨時間粉煤灰的容重、比表面積和粒徑特征。隨著粉磨時間的增長，粉煤灰的容重呈一致增大趨勢，粉磨120min 時，粉煤灰的容重從原灰的1.95g/cm3增長到2.62g/cm3。這是因為粉煤灰顆粒中有較多中空粒子和多孔粒子，此類顆粒在粉磨中被破碎，減少了低容重多孔微珠的含量，因此粉煤灰的容重增大。

圖2 粉磨時間對粉煤灰容重的影響

圖3 粉磨時間對粉煤灰比表面積的影響

圖4 粉磨時間對粉煤灰粒徑的影響

粉煤灰的比表面積隨著粉磨時間的增長先增大后降低，粉磨10min 時，粉煤灰的比表面積從252m2/kg急劇增大到425m2/kg，粉磨100min 時，比表面積高達535m2/kg。當粉磨時間超過100min 后，由于細顆粒的團聚現象明顯，使得比表面積降低。

粉磨時間少于40min 時，中位徑和平均粒徑隨著粉磨時間的增長而快速減小。超過40min 后，繼續延長粉磨時間對粉煤灰顆粒群中位徑和平均粒徑并無明顯降低作用。

2.2 粉磨時間對粉煤灰化學性能的影響

圖5、圖6 分別為粉磨時間對粉煤灰的活性指數和凝結性能的影響。隨著粉磨時間的增長，摻粉煤灰水泥漿體的初凝時間不斷縮短，說明粉煤灰顆粒尺寸的降低有利于其化學活性的發揮，從而促進了漿體的水化進程，縮短了凝結時間。

圖5 粉磨時間對粉煤灰凝結性能的影響

圖6 粉磨時間對粉煤灰活性指數的影響

粉磨可有效提高粉煤灰的反應活性，粉磨時間20min 時，粉煤灰的抗壓活性指數從64%提高到72%，滿足國家標準對混凝土用粉煤灰的活性要求。值得注意的是，摻粉煤灰的水泥漿體，抗壓性能比抗折性能下降更明顯，說明粉煤灰對水泥漿體抗折性能影響較小。

3 結論

⑴隨著粉磨時間的增長，粉煤灰的容重呈一致增大趨勢，粉磨120min 時，粉煤灰的容重從原灰的1.95g/cm3增長到2.62g/cm3。

⑵粉磨10min 時，粉煤灰的比表面積顯著增大，當粉磨時間超過100min 后，比表面積因為細小顆粒的團聚不增反降。

⑶粉磨時間不超過40min 時，粉煤灰的顆粒尺寸隨粉磨時間的增大而顯著降低，40min 后，變化不明顯。

⑷粉磨時間增長可有效提高粉煤灰的反應活性，促進凝結硬化，提高活性指數。粉磨時間超過20min，粉煤灰活性指標可超過國家標準要求的70%。