超细粉煤灰对铝酸盐水泥性能影响研究

曹瑞东 马晓东 刘宇 张航榕

摘 要：本文研究了两种不同细度超细粉煤灰对铝酸盐水泥流动性和力学性能的影响。研究表明：超细粉煤灰掺量在10%时，砂浆流动性最好。适当掺量的超细粉煤灰加入铝酸盐水泥后，能提高早期强度，在后期能够提高其抗折强度，但对抗压强度贡献不大。

关键词：超细粉煤灰；流动性；铝酸盐水泥；力学性能

1 前言

铝酸盐水泥是以铝酸钙为主要成分的水泥，其耐酸碱、早强、高强等性质深受学者们的关注，但价格的昂贵限制了其在工程中的应用空间。粉煤灰是煤燃烧以后的形成的固体废料，合理利用粉煤灰能够有效提高资源的利用率。将其掺加到水泥中，在降低成本，提高水泥工作性能和力学性能的同时，又会降低水泥早期强度，但若将粉煤灰超细化以后便可提高水泥的早期力学性能，本文在铝酸盐水泥砂浆中加入不同掺量的超细粉煤灰，研究其对铝酸盐水泥各性能的影响。

2 试验

水泥采用山西阳泉天隆工程材料有限公司生产的CA50型铝酸盐水泥。拌合水使用山西本地自来水。砂使用标准砂，使用来山西朔州的比表面积分别为1047㎡/g和1203㎡/g的超细粉煤灰，分别采用M和N表示。基准配合比为水泥450g，砂子1350g，水225g。超细灰等量取代水泥，取代质量分数分别为0%，10%，15%，20%，25%，测试砂浆流动度。制作40[×]40[×]160mm试件，测试3d及28d的抗压强度及抗折强度。

3 结果与讨论

3.1 流动性能

不同细度的超细粉煤灰对铝酸盐水泥的流动度影响如图1所示。可以看出N类的粉煤灰对砂浆的流动度几乎没有太大的作用效果，而M类粉煤灰对砂浆流动性的影响则表现出随掺量增加先增大后逐渐减小的规律。在10%的掺量下，M类砂浆的流动度增加效果最明显，此时流动度直接上升了11.27%到237mm，而N类超细粉煤灰也略微上升至216mm。继续增大超细粉煤灰的掺量，可发现M类砂浆流动度逐渐降低，而N类砂浆基本不变。在10%～20%的掺量下，M类超细粉煤灰水泥的流动度均比未掺加超细粉煤灰的流动度大。掺量继续增至25%后，M类超细粉煤灰的流动度降至208mm，低于未掺加超细粉煤灰的砂浆，该掺量下N类超细粉煤灰的流动度为195mm。分析可得出，10%M类超细粉煤灰即为使得铝酸盐水泥流动度最高的最佳掺量区间。这是由于适量的超细粉煤灰可以将水泥基中络合物包被的水分子释放出来，从而提高其流动度；而过量的超细粉煤灰虽然可以释放结合水，却需要更多的胶体来包被粉煤灰颗粒，致使流动度不增反减。

3.2 抗压强度

不同细度的超细粉煤灰对铝酸盐水泥抗压强度的影响如图2所示。隨着掺量的增加，两种细度超细粉煤灰对铝酸盐水泥抗压强度不同龄期的影响规律不同，3d抗压强度规律为先增大后减小，而28d抗压强度则随着粉煤灰掺量的增加，强度一直降低。3d龄期时粉煤灰对强度的增强效果明显，10%的掺量下，AN实验组中抗压强度最高为73.29MPa，AM实验组中的强度为66.80MPa。28d时同样是10%掺量下的强度最高，但是增幅没有3天那么明显，此时AM和AN的强度分别为86.39MPa和87.80MPa。25%的粉煤灰掺量强度下降幅度最大，下降最明显的为28天时的AN，下降幅度为20.64%。实验范围内两种超细粉煤灰最佳掺量区间均为10%，而N组强于M组。早期强度增强的原因可能是适量的超细粉煤灰可以填充胶凝材料之间的孔隙，增加了砂浆密实度从而对其强度的提升有促进作用。

3.3 抗折强度

从图3可以看出不同龄期两种比表面积的超细粉煤灰对铝酸盐水泥的抗折强度和抗压强度规律有所不同，早期抗折强度方面，其变化规律与抗压强度类似，都是随着粉煤灰掺量的增加，强度先增大后减小；而后期强度方面，抗折强度和抗压强度呈现不同的规律，随着粉煤灰掺量的增加，28d强度也呈现先增大后减小的规律。龄期为3d时，对于AM实验组，增加掺量至10%，抗折强度达到最大值，为7.42MPa；对于AN实验组，增加掺量至15%，抗折强度达到最大，为7.72MPa。可以得出，AM和AN超细粉煤灰的最佳掺量分别为10%和15%。28d时，AN在超细粉煤灰为15%掺量下达到最大值为9.96MPa，而AM则在15%时达到最大值11.25MPa，AM和AN的最佳掺量都为15%。从上述分析可以看出，在本实验中，3天时N类超细粉煤灰掺量超过10%后会降低其抗折强度，但是28天时抗折强度，不论掺量为多少，抗折强度都大于未加入粉煤灰试件组的强度。铝酸盐水泥的水化产物碱性相对于硅酸盐水泥的水化产物碱性更低，超细粉煤灰的活性激发在低碱环境中更慢，故前期超细粉煤灰在铝酸盐水泥中仅仅有填充作用[5]，而后期强度提高不明显，证明铝酸盐水泥中生成的氢氧化钙较少，火山灰反应较弱。

4 结论

（1）加入比表面积为1042m2/kg的超细粉煤灰能够增大铝酸盐水泥的流动性，在本实验中，最佳掺量为10%。

（2）抗压强度方面，3d强度，随着粉煤灰增加，强度先增大后减小，28d强度，随着粉煤灰增加，强度一直降低。

（3）抗折强度方面，随着粉煤灰的增加，3d和28d强度均呈现先增大后减小的趋势。

参考文献：

[1] 高礼雄，丁汝茜，姚燕，荣辉，王海良，张磊.养护温度对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响[J].混凝土，2018（10）：36～39.

[2] 彭家惠.改性高铝水泥水化、硬化机理研究[J].重庆建筑大学学报，1999（4）：50～54.

[3] 侯芹芹，张创，赵亚娟，赵彬.粉煤灰综合利用研究进展[J]应用化工，2018（6）：1281～1284.

[4] 姚韦靖，庞建勇.超细粉煤灰与粉煤灰混凝土力学性能对比试验研究[J]混凝土与水泥制品，2015（12）：9～13.

[5] 王甲春，王玉彤，桂海清，王伟卿.混合材对高铝水泥强度影响的试验研究[J].沈阳建筑工程学院学报（自然科学版），2002（2）：119～122.

基金项目：

襄垣县固废综合利用科技攻关项目（2018XYSDYY-07）；山西省重点研发计划项目（201603D121023-2）。