高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究

1、第卷年增刊月稀有金屬材料與工程，鋤叫高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究楊志賓，韓敏芳，王慶云（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京）摘要：采用活化處理和外加劑改性的方法，制成了摻量為（體積分?jǐn)?shù)，下同）的粉煤灰水泥，性能滿足規(guī)定的粉煤灰水泥指標(biāo)。重點(diǎn)討論了粉煤灰粒度和石膏種類對(duì)水泥性能的影響，最終確立采用粒度為西岬的粉煤灰，以及二水石膏與無水石膏的混合石膏的處理工藝。關(guān)鍵詞：粉煤灰水泥；粉煤灰活化；水泥改性；粉煤灰利用中圖法分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）一前言粉煤灰是眾所周知的火山灰性材料【】，但火山灰的活性組分與（）的火山灰反應(yīng)，而且這個(gè)反應(yīng)是相互關(guān)聯(lián)的。為提高粉煤灰水泥的性能，則可從

2、兩方面著手：一是促進(jìn)水泥熟料的水化，二是促進(jìn)粉煤灰的火山灰反應(yīng)，在保證粉煤灰水泥性能的基礎(chǔ)上大大提高了粉煤灰摻量。反應(yīng)是一個(gè)緩慢的過程，并且它的強(qiáng)度貢獻(xiàn)主要集中在后期，如果在水泥中大量摻入粉煤灰則其早期強(qiáng)度會(huì)明顯降低。所以采用不同的方法來激發(fā)火山灰活性，從而增加摻粉煤灰水泥的早期性能，這些方法】包括（）機(jī)械處理；（）加速養(yǎng)護(hù)和熱處理；（）化學(xué)激發(fā)。雖然現(xiàn)階段高摻量粉煤灰水泥在一些實(shí)驗(yàn)室研究已經(jīng)獲實(shí)驗(yàn)原料分析粉煤灰實(shí)驗(yàn)采用河北某地粉煤灰（）及我國個(gè)地方低鈣灰的化學(xué)組成均值如表所示。采用射線粉晶衍射儀（，）分析其礦物組成如圖所示。得成功【¨】，但是應(yīng)用于實(shí)際的并不多，這主要因?yàn)橛械姆椒ǔ?/p>

3、本太高且局限性太大：有的方法雖然短期性能達(dá)到要求，但是長期性能不穩(wěn)定。我國有豐富的煤炭資源，電廠大量排放的粉煤灰急待利用，高摻量粉煤灰制備水泥成為最好的解決方法之一。本文采用活化處理和外加劑改性的方法來研制粉煤灰水泥，粉煤灰摻量為。以粉煤灰為主要原料生產(chǎn)高摻量粉煤灰水泥，有益于解決水泥工業(yè)的資源環(huán)境問題，亦對(duì)粉煤灰高價(jià)值利用開辟了廣闊的途徑，因此具有很好的發(fā)展前景。表化學(xué)成分分析（，）水化機(jī)理粉煤灰在形成過程中經(jīng)歷了高溫，冷卻后，結(jié)構(gòu)中保留一定量的玻璃質(zhì)物質(zhì)，具有一定的潛在活性。在摻有粉煤灰的水泥水化過程中【】，首先是水泥熟料礦物水化，此過程中釋放（），（）與粉煤灰中的活性組分發(fā)生的火山灰反應(yīng)

4、，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。由于火山灰反應(yīng)減少了系統(tǒng)中氫氧化鈣的含量，又可加速水泥熟料的水化。由此可見，在這一系統(tǒng)中同時(shí)存在著水泥與水的水化反應(yīng)以及粉煤灰收稿日期：由表可見，粉煤灰的主要成分為氧化硅，氧化鋁及氧化鐵，其總量約占粉煤灰的左右。氧化鈣含量普遍較低，基本上都無自硬性。采用的化學(xué)組成和國內(nèi)粉煤灰的平均水平相當(dāng)，有一定代表性。從圖可以看出，粉煤灰主要為無定型相，晶相中主要是莫來石和石英。采用激光粒度儀測得原灰及球磨后的粉煤灰粒徑分布如圖所示。由圖所知，原灰的岬篩余量為，明顯偏粗，活性太低，不利于充分利用。因通訊作者簡介：韓敏芳，女，年生，教授，博士生導(dǎo)師，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境

5、工程學(xué)院北京，電話：，：鋤稀有金屬材料與工程第卷此進(jìn)行了處理，球磨后峰值直徑明顯減小，并且細(xì)磨粉煤灰的幽。圣晶口旦三。洲（。）圖粉煤灰圖譜圖粉煤灰粒徑分布圖水泥熟料實(shí)驗(yàn)采用河北某地的旋窯水泥熟料。熟料均為塊狀，采用鄂式破碎機(jī)將其粉碎然后球磨。球磨后水泥熟料粒度滿足（篩余量為）。石膏實(shí)驗(yàn)采用了天然二水石膏、半水石膏，同時(shí)在馬弗爐中對(duì)天然二水石膏進(jìn)行了高溫煅燒，煅燒溫度為（保溫）。煅燒后的石膏呈現(xiàn)無水石膏相和混合相石膏種，衍射如圖。馴（）圖二水石膏（）和煅燒石膏（，）物相組成圖譜（）蛐化）從圖看出，二水石膏高溫煅燒后得到的主要是無水石膏，圖顯示煅燒后得到的是混合相石膏。標(biāo)砂實(shí)驗(yàn)采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)

6、準(zhǔn)砂，由廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)。外加劑實(shí)驗(yàn)采用少量（）自配的弱堿性激發(fā)劑。配比試驗(yàn)原料分別處理后，再混合球磨，從而達(dá)到充分混合，具有較好的和易性。試驗(yàn)配比見表。表粉煤灰水泥配比“恤佃，）試驗(yàn)結(jié)果粗磨粉煤灰摻量實(shí)驗(yàn)首先采用摻量為的粗磨粉煤灰，研究了不同種類石膏（）對(duì)粉煤灰水泥的影響，對(duì)石膏進(jìn)行優(yōu)化。其試驗(yàn)結(jié)果見表中，抗壓強(qiáng)度見表中。表標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量及初終凝時(shí)間竹丑。酬。曼萎慧慌。；警燃。；三蒜，一鼢幣，：；：從表中看出，摻入粗磨粉煤灰，采用不同種：），：；”：“：；：皇：；：。：增刊楊志賓等：高摻景粉煤灰水泥制備與性能研究類石膏（除二水石膏），粉煤灰水泥性能滿足規(guī)定的粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)，其中采

7、用混合石膏的粉煤灰水泥早期性能明顯提高，且后期性能逐步提高。表抗壓強(qiáng)度閃凝現(xiàn)象，因此工業(yè)上很少直接使用。無水石膏最大，其凝結(jié)時(shí)間較短。采用二水石膏、半水石膏、無水石膏的混合物，其凝結(jié)時(shí)間略微縮短，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生急凝，起到了很好的效果。研究認(rèn)為，由于二水石膏具有溶解快的特點(diǎn)，能很快溶出并參與反應(yīng)，在水化初期較快較多地提供了。，與復(fù)合體系水泥中水化活性較高的含鋁礦物和反應(yīng)生成鈣釩石，發(fā)揮了緩凝作用；無水石膏溶解速度很慢，使得水化初期漿體中離子濃度很低，不能滿足。暑伯）和生成鈣釩石以緩凝的需要，致使與水發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)生了急凝【。在表中中的及凝結(jié)時(shí)間的比較中可以發(fā)現(xiàn)，不同混合石膏配比具有不同的及凝結(jié)時(shí)間

8、，因此可以根據(jù)實(shí)際需要采取不同的混合石膏配比進(jìn)行調(diào)整。從表中抗壓強(qiáng)度的比較可以發(fā)現(xiàn)，摻加無水石膏的早期抗壓強(qiáng)度明顯比二水石膏的大。這是因?yàn)殪褵嘟Y(jié)構(gòu)松弛、活性高，對(duì)粉煤灰水泥激發(fā)效應(yīng)大，同時(shí)其溶解度較低。在水泥水化初期，存在于水泥中的鋁酸鹽相不能形成鈣釩石，從而減緩了鈣釩石對(duì)水泥水化的延緩作用，加快了整個(gè)熟料礦物相的水化。因此增加了水泥早期水化產(chǎn)物的生成量，提高了水泥的強(qiáng)度。但是，煅燒石膏具有凝結(jié)快，大的副作用，細(xì)磨粉煤灰摻量實(shí)驗(yàn)然后采用摻量為的細(xì)磨粉煤灰對(duì)不同比例的混合石膏（）進(jìn)行了進(jìn)一步研究。其試驗(yàn)結(jié)果見表中，抗壓強(qiáng)度見表中。從表中看出，摻入細(xì)磨粉煤灰，粉煤灰水泥性能明顯提高，其中采用混

9、合石膏的粉煤灰水泥性能超過規(guī)定的粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)。細(xì)磨粉煤灰摻量實(shí)驗(yàn)最后采用細(xì)磨粉煤灰，的，對(duì)不同粉煤灰摻量的粉煤灰水泥性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果見表中，抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表中。從表中可看出，粉煤灰摻量越大，粉煤灰水泥抗壓強(qiáng)度越低，但在粉煤灰摻量為時(shí)粉煤灰水泥性能仍可達(dá)到規(guī)定的粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)。其后期抗壓強(qiáng)度會(huì)有所下降，因此我們采用摻混和石膏，其性能優(yōu)于單摻的。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，二水石膏與煅燒石膏以：的比例混合，其綜合性能較好。粉煤灰因素分析從表中與表中的比較可以發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰細(xì)度的降低，水泥的增加；隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的減少，當(dāng)粉煤灰摻量增大到一定程度不再減少甚至略有增加。這是因?yàn)榉勖夯翌w粒本身

10、是表面光滑的微珠，這些光滑的球形粒子在水泥凈漿中起到潤滑作用，使水泥、粉煤灰體系的流動(dòng)性提高，降低了用水量，同時(shí)粉煤灰顆粒表面因吸附而出現(xiàn)雙電層結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了潤滑作用，起到減水作用；另一方面，粉煤灰顆粒比水泥顆粒小得多，填充到水泥顆粒中，減少了水泥漿體的孔隙率，也相應(yīng)減少了填充水量。但粉煤灰顆粒較水泥顆粒小很多。用于包裹粉煤灰顆粒的水分自然要增多，當(dāng)粉煤灰摻量進(jìn)一步增大時(shí)，包裹粉煤灰顆粒所需的水分大大超過粉煤灰顆粒所能釋放出的水分，就表現(xiàn)為增加【們。結(jié)果和討論石膏因素分析從表中標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量（）的比較中可以發(fā)現(xiàn)摻二水石膏的粉煤灰水泥最少，但初終凝時(shí)間最長。半水石膏凝結(jié)時(shí)間最短，如若控制不好會(huì)出現(xiàn)

11、從表中與表中中的初終凝時(shí)間的比較中可以發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰細(xì)度的增加，水泥的初終凝時(shí)稀有金屬材料與工程第卷間縮短；隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的初終凝時(shí)間延長，但粉煤灰摻量增大到一定程度，初終凝時(shí)間不會(huì)有明顯延長。因?yàn)槟ゼ?xì)過程就是粉煤灰活性激發(fā)的過程，粉煤灰經(jīng)磨細(xì)后，一些顆粒被破碎，結(jié)構(gòu)缺陷數(shù)量增加，破碎面的斷鍵和不飽和鍵數(shù)量增加，也就是“活性點(diǎn)”增多，磨細(xì)灰的活性要比相應(yīng)的原灰高，因而水化速率相對(duì)要快，水泥漿體形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的速率增大，凝結(jié)時(shí)間縮短。粉煤灰摻量增大，水泥漿體的濃度相對(duì)降低，也就是有效水灰比增大，這對(duì)水泥水化速率不利。水化速率減慢，表現(xiàn)為初終凝時(shí)間延長【。足規(guī)定的粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)。參

12、考文獻(xiàn)【】如阡缸陽朋口以口研行【】，：【】加（韓敏芳），（賈屹海），（楊志卅口如時(shí)忡國菲金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊）叨，（）：【】，鰣口正臺(tái)療，口一玎胱月卵陽肛【】，：【】（蔣蓉）冊(cè)口材死曲打可船倒對(duì)表中和表中強(qiáng)度比較可以發(fā)現(xiàn)，細(xì)磨粉煤灰強(qiáng)度明顯增大。這是因?yàn)榧?xì)磨粉煤灰活性高，并對(duì)水泥基結(jié)構(gòu)具有填充細(xì)化作用，孔隙減少，在相同水化條件下可獲得更為致密的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)。而顆粒較粗的粉煤灰，多為海綿狀多孔體、珠連體和沒燒透的碳，其強(qiáng)度低，活性小。因此，在水膠比和粉煤灰摻量相同時(shí)，粉煤灰比表面積越大，水泥膠砂強(qiáng)度也就越高。對(duì)表中強(qiáng)度比較發(fā)現(xiàn)，粉煤灰摻量越大，其強(qiáng)度越低，在粉煤灰摻量的粉煤灰水泥其性能仍可達(dá)到規(guī)定的水泥

13、標(biāo)準(zhǔn)要求。口”觸喑徹把缸（國外建材科技）【，（）：【】（胡海鵬），（盧迪芬），（朱小容），抄彳媯療驢肥船礬化口“（粉煤灰綜合利用）【】，：【】（王景賢），（王立久）甜口，蟹如愕口材嬲（廣東建材）【】，：【】柚撲（潘鋼華），蚰（王愛勤），（孫偉）“口如“塒口，礦勘甜珊踟綁叭東南大學(xué)學(xué)報(bào)）【】，（）：【】”加（王福元），?。▍钦龂?yán)）舶療幽七礦陟彳妯饑，】婦伽（粉煤灰利用手冊(cè)）【】：，結(jié)論通過試驗(yàn)確立了粉煤灰粒度，水泥熟【】（陳益民）曰甜耙甜口，喀晰，聊口療鉀所一“高性能水泥基礎(chǔ)研究）】：，料粒度，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合石膏，以及摻加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的外加劑的綜合處理工藝，在粉煤灰摻量高達(dá)的情況下，粉煤灰水泥性

14、能滿【】（黃瑩），（謝友均），（劉寶舉）免阼，（水泥）【】，：鋤，”（，）：仔鵲他他柚），他佗山：；船；代咖；?。候校蓵r(shí)，：，： 高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù)：楊志賓， 韓敏芳， 王慶云， Yang Zhibin， Han Minfang， Wang Qingyun中國礦業(yè)大學(xué)(北京化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京,100083稀有金屬材料與工程RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING2008,37(z11次參考文獻(xiàn)(10條1. Cheerarot R. Jaturapitakkul C 查看詳情 20042. 韓敏芳. 賈屹海. 楊志賓 查看詳情期刊論文-中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊 2006(033. Poon C S. Kou S C. Lam L 查看詳情 20014. 蔣蓉 查看詳情 2005(045. 胡海鵬. 盧迪芬. 朱小容 查看