球磨粉煤灰复合掺合料性能研究

罗 翔

(苏州中材建设有限公司，江苏 昆山 215300)

粉煤灰作为燃煤工业副产物，目前呈现大量堆积与亟待应用阶段[1]。将中低品位的粉煤灰进行粉磨提高其活性，将水泥、磨细粉煤灰和S95矿渣粉按一定比例混合，制备复合掺合料进而替代部分矿渣粉是粉煤灰综合利用的有效途径之一[2]。

本文将原状粉煤灰进行粉磨，研究粉磨不同时间后的粉煤灰通过对S95矿渣粉的等量替代制备成复合掺合料，得到粉煤灰细度及掺量对复合掺合料凝结性能、流动性能和力学性能的影响规律。

1 实验

1.1 实验物料

论文选用的粉煤灰是由潍坊某公司提供Ⅱ级灰，主要成分见表1。

表1 粉煤灰品质指标/wt%

通过激光粒度分析，原灰的平均粒径为39.85μm，中位径为19.98μm。

实验所用的S95矿渣粉是由济钢集团提供，主要成分如表2。

表2 矿渣粉品质指标/wt%

所使用的水泥是由山东水泥有限公司所产的PO42.5普通硅酸盐水泥，主要成分及性能如表3、4。

表3 普通硅酸盐水泥化学组分/wt%

表4 普通硅酸盐水泥的力学性能

试验用细骨料为中国ISO标准砂。

1.2 实验步骤

每次称取5kg烘干后的原状粉煤灰放置于小型球磨机中进行球磨。球磨中加入万分之三质量比例的助磨剂，球磨时间分为60min、90min、120min，分别用F60、F90、F120表示。

2 复合掺合料性能研究

2.1 掺合料配比

配比设计采用“等量取代法”，复合掺合料中水泥所占重量不变，水泥占胶凝材料总量的50%，粉煤灰和矿渣粉分别以3∶7、43∶6、53∶5、63∶4的比例复掺替代50%的水泥。其中水225g，复合掺合料450g，标准砂1350g。

复合掺合料的配比及编号如表5所示。

1.1 一般资料 选取自2010—2017年北部战区总医院行原位心脏移植术的34例患者为研究对象。按心脏移植术后是否出现过排斥反应分为排斥组(n=12)及无排斥组(n=22)。排斥组中，男性10例，女性2例；年龄45～63岁，平均年龄(56±6)岁。无排斥组中，男性16例，女性6例；年龄30～66岁，平均年龄(50±10)岁。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

表5 复合掺合料的编号及组成

2.2 复合掺合料凝结性能

复合掺合料的初凝时间如表6所示。

由表6可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，初凝时间的变化规律性并不是很强，这主要是由于助磨剂的加入在粉煤灰颗粒的周围附着一层油膜，阻止其水化，使得凝结时间变长；而另一方面，助磨剂的加入导致粉煤灰细度变小，比表面能增大，导致水泥的水化速度加快，凝结时间变短[3]。综合上述实验结果，掺合料初凝时间与纯水泥的比值均小于200%，符合相关标准的要求。

表6 初凝时间及其比值

2.3 复合掺合料流动性能

复合掺合料的流动度如表7。

表7 复合掺合料的流动度

从表7可以看出，在用水量不变的情况下，砂浆的流动度比会随着粉煤灰用量的逐渐增大，通过这种现象可以明显的看出粉煤灰用量对砂浆流动度的影响，即流动度与粉煤灰的用量成正比[4]。造成上述现象的原因主要有两个，在当用水量不变的大前提下，一是粉煤灰和水泥的颗粒形状不同，前者为球形颗粒，而后者大多为不规则的多面体，粉煤灰加入水泥中，粉煤灰颗粒在水泥颗粒中起到了与轴承中滚珠相似的作用，大大降低了水泥颗粒流动所出现的摩擦力[5]。二是粉煤灰经过磨细处理，经过处理后的粉煤灰的粒径较之水泥的粒径会小很多，水泥与水泥之间的颗粒间隙被粉煤灰填充，从而改善了材料颗粒之间的级配[6]。综合上述研究结果可知，所有组成的复合掺合料流动度均高于纯水泥砂浆对比样，满足相关标准对流动度比高于95%的要求。

2.4 复合掺合料力学性能

用试验机对到达预设龄期的砂浆试样进行力学强度的测定。表8给出的是3d的力学性能。

表8 复合掺合料3d力学性能

根据表8显示，在3d龄期时，粉煤灰掺入量的增加会对砂浆的力学强度造成负提升。并且在粉煤灰的掺量相同时，粉煤灰细度的减小也会对砂浆的力学强度产生比较差的影响。

表9给出的是7d的力学性能。

表9 复合掺合料7d力学性能

根据表9数据结果显示，在7d龄期时，砂浆的抗压抗折的强度规律与3d的几乎一致——煤灰掺入量的增加会对砂浆的力学强度造成负提升。并且，在粉煤灰的掺量相同时，粉煤灰细度的减小也会对砂浆的力学强度产生比较差的影响。掺入粉煤灰的砂浆的强度与纯水泥的砂浆之间还是有着一定的差距，但与3d龄期相比，7d龄期的力学强度都有了一定的增长，缩小了与纯水泥砂浆的差距。

表10给出的是28d的力学性能。

表10 复合掺合料28d力学性能

根据表10数据结果所示，当达到28 d时，绝大部分掺入粉煤灰的砂浆均接近纯水泥的普通砂浆的力学强度，其中粉煤灰细度较小的试件尤为明显。虽然由于粉磨时间和粉磨条件的不足，与纯水泥的砂浆试件的强度还有差距，但差距很小，这主要是由于火山灰效应，粉煤灰中的玻璃体是硅酸铝质的，这种成分会在水分子的参与下，与水泥水化产生的氢氧化钙进行活性反应。促进了砂浆强度的增长。

当粉煤灰与矿渣粉比例为5∶5和6∶4时，试件的力学强度明显高于其他比例，但掺入的粉煤灰超过一定的比例时，会导致砂浆力学性质下降。在粉煤灰的掺量相同时，试件的抗压强度和抗折强度随着粉煤灰细度的减小而增加。其中力学强度出现下降的砂浆可能是因为掺入的粉煤灰细度过低，导致砂浆强度增长缓慢所引起的。

综合上述实验结果，三组粉煤灰组成的掺合料中除了F60S7、F90S5、F120S6、F120S4四组砂浆，抗压强度比值均大于95%，符合相关标准的要求。其中F90S7的复合掺合料的活性最好。

3 结 论

本文选用某粉煤灰原灰为研究对象，采用球磨机进行粉磨，研究了粉磨后细灰不同比例替代S95矿粉对其凝结性能、流动性能和力学性能的影响，通过实验得到如下结论：

(1)随着粉煤灰掺量的增加，初凝时间逐渐增加，而加入助磨剂的粉煤灰掺量的增加，初凝时间出现了不一样的变化，规律性并不是很强。

(2)在用水量不变的情况下，砂浆的流动度比会随着粉煤灰用量的逐渐增大，得出粉煤灰用量对砂浆流动度的影响规律，即流动度与粉煤灰的用量成正比。

(3)在砂浆的活性实验中，7d龄期时F60S7、F60S6、F60S5、F90S7、F120S7组成的掺合料的抗压强度与纯水泥的比值均大于70%，符合相关标准的要求。其中F60的磨细粉煤灰的活性最好。在28d龄期时，F60、F90、F120三组粉煤灰时组成的掺合料的抗压强度与纯水泥的比值只有F120S5、F120S4大于95%，符合相关标准的要求，而加入助磨剂的三组粉煤灰时组成的掺合料中除了F60S7、F90S5、F120S6、F120S4四组砂浆，抗压强度比值均大于95%，符合相关标准的要求。其中F90S7的复合掺合料的活性最好。