水泥-粉煤灰體系中粉煤灰細度對粉煤灰反應程度的影響
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摘要 采用選擇溶解法研究了粉煤灰細度對石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰反應程度的影響。結(jié)果表明，隨著粉煤灰比表面積的增加以及水化齡期的延長，石景山粉煤灰水泥以及寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應程度不斷增大。 在相同比表面積，相同粉煤灰摻量情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應程度均要高于石景山粉煤灰。
關(guān)鍵詞 粉煤灰 細度 比表面積 反應程度
The Influence of Fineness on the Reactive Degree of Fly Ash in Fly Ash-Cement Systems
Abstract The influence of fineness on the reactive degree of fly ash in fly ash-cement system was researched by selective solution method. The results showed that the reactive degree of fly ash increased with the increase of specific surface area and ages at Shijingshan fly ash-cement system and Baogang fly ash-cement system. With the same specific surface area, the reactive degree of Baogang fly ash was higher than Shijingshan fly ash at all ages.
Key Words fly ash, fineness, specific surface area, reactivity degree .
前言
確定水泥-粉煤灰復合體系中粉煤灰參與體系水化的反應程度,對評價它們的反應活性及其對該體系結(jié)構(gòu)形成的貢獻、研究復合體系的反應動力學、評估水化漿體體系的穩(wěn)定性等具有重要意義。目前，測定水泥-粉煤灰復合體系中粉煤灰反應程度的化學方法主要是選擇性溶劑溶解法。S. Ohsawa等人分別采用了鹽酸選擇溶解法、苦味酸選擇溶解法、水楊酸選擇溶解法測定了粉煤灰的反應程度，S. Li等人采用了苦味酸選擇溶解法測定了粉煤灰的反應程度。鹽酸是測定水泥-粉煤灰復合體系中粉煤灰等火山灰質(zhì)材料反應程度的選擇性溶劑之一，國內(nèi)許多研究者采用鹽酸溶解法測定了粉煤灰的反應程度，我國國標也采用鹽酸溶解法來測定水泥中火山灰質(zhì)材料的質(zhì)量分數(shù)。上述文獻中采用選擇性溶解法對于粉煤灰反應程度的研究主要集中在以下幾個方面：粉煤灰摻量的影響，粉煤灰種類的影響，養(yǎng)護制度的影響，養(yǎng)護溫度的影響，水膠比的影響。關(guān)于粉煤灰細度對于粉煤灰反應程度的影響的研究尚未見報道。為此，本文選取兩種粉煤灰，對不同粉煤灰種類、不同粉煤灰細度、不同養(yǎng)護齡期下水泥-粉煤灰復合體系中粉煤灰的反應程度進行系統(tǒng)研究。
1原材料及試驗方法
1．1試驗原材料
硅酸鹽I型水泥：將北京琉璃河水泥廠生產(chǎn)的水泥熟料與石膏按95：5的質(zhì)量比混合，采用試驗室球磨機粉磨30分鐘，配制成水泥。石景山粉煤灰：北京石熱粉煤灰公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。
寶鋼粉煤灰：上海寶鋼電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。
拌合用水：去離子水。
水泥熟料和粉煤灰的化學組成及粉煤灰特性指標如表1所示。從表1可以看出，石景山粉煤灰的氧化鈣含量較低，屬于低鈣粉煤灰；寶鋼粉煤灰氧化鈣含量大于 10%，屬于高鈣粉煤灰。
 1．2試驗方法
將石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰分別用球磨機粉磨至比表面積為400±10m2/kg、500±10m2/kg、600±10m2/kg、700±10m2/kg。然后按設(shè)定配比成型水泥漿體，水膠比為0.5，密閉于塑料自封袋，置于20±1℃水中養(yǎng)護至預定齡期。將養(yǎng)護一定時間的水化漿體從塑料自封袋中取出，采取以下步驟處理：（1）硬化漿體小碎片先浸泡于異丙醇中24h，然后再在無水乙醇中浸泡24h；（2）在三頭磨中加無水乙醇磨細；（3）抽濾，用無水乙醇沖洗；（4）在真空干燥器中干燥24h。
將試樣從真空干燥器中取出，分為兩份，一份置于馬弗爐中于950℃下灼燒至恒重，另一份參照GB12960-2007《水泥組分的定量測定》，經(jīng)適當修改后，用鹽酸選擇溶解法測定試樣中未反應的粉煤灰數(shù)量，進而求出粉煤灰的反應程度。鹽酸選擇性溶解法的基本原理是：水泥及其水化產(chǎn)物溶于鹽酸，粉煤灰不溶于鹽酸，因此，可以通過鹽酸選擇溶解法，將水泥及其水化產(chǎn)物和未水化的粉煤灰分離開來。鹽酸選擇溶解法的分解液按1份鹽酸加2份去離子水的比例混合而成，用此溶液在40±2℃溶解水化樣品，過濾后的殘渣烘干至恒重?？鄢勖夯抑腥芙庥邴}酸的部分和水泥中不溶于鹽酸的部分，就可求出未反應的粉煤灰的百分率，進而得到粉煤灰的反應程度。
粉煤灰反應程度計算方法如下：
αF=1-[WH/(1-Wn)-WC，0WC，H]/WF，0WF，H
Wn=(WL-LC)/(1-LC) WL=(m0-m950)/m0 LC=(1-β)Lp+βLf
式中，αF—粉煤灰反應程度；WH—水化樣鹽酸不溶物含量；WC，0-水化樣中水泥的原始質(zhì)量分數(shù)；WC，H-水泥的鹽酸不溶物質(zhì)量分數(shù)；WF，0-水化樣中粉煤灰的原始質(zhì)量分數(shù)；WF，H-粉煤灰的鹽酸不溶物質(zhì)量分數(shù)；Wn—水化樣中非蒸發(fā)水的量；WL—水化樣的燒失量；m0—灼燒前水化樣的質(zhì)量；m950—經(jīng)950℃灼燒后水化樣的質(zhì)量；LC—未水化的粉煤灰水泥混合物的燒失量；Lp—水泥的燒失量；Lf—粉煤灰的燒失量；β—水泥粉煤灰混合物中粉煤灰的原始質(zhì)量分數(shù)。
2試驗結(jié)果與討論
2．1不同細度石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰反應程度測定
不同細度石景山粉煤灰水泥水化樣的試驗漿體組成如表2所示，選擇性溶解法測得的水化樣中非蒸發(fā)水量、水化樣中粉煤灰的反應程度分別如表3及表4所示。
從表3可以看出，隨著粉煤灰比表面積的增加，石景山粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量在增加；隨著齡期的延長，石景山粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量也在增加。粉煤灰水泥的水化樣在各齡期的非蒸發(fā)水含量均明顯比硅酸鹽I型水泥水化樣的要小。
從表4可以看出，石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應程度在14d以前較小，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在14d的反應程度僅為2.5%左右；28d以后石景山粉煤灰的反應程度逐漸增大，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在60d的反應程度為9.11%，而比表面積為700±10m2/kg的石景山粉煤灰在60d的反應程度可達15.70%。細度對石景山粉煤灰的反應程度有較大影響，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在28d的反應程度為4.69%，而比表面積為700±10m2/kg的石景山粉煤灰在28d的反應程度可達8.47%，二者相差近一倍；其它齡期不同細度石景山粉煤灰的反應程度也呈現(xiàn)出相注：配比中P代表硅酸鹽I型水泥；F寶400、F寶500、F寶600、F寶700分別代表比表面積為400±10m2/kg、500±10m2/kg、600±10m2/kg、700±10m2/kg的寶鋼二級粉煤灰。
從表6可以看出，隨著粉煤灰比表面積的增加，寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量基本上在增加；隨著齡期的延長，寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量也在增加。粉煤灰水泥的水化樣在各齡期的非蒸發(fā)水含量均明顯比硅酸鹽I型水泥水化樣的要小。
從表7可以看出，寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應程度在14d以前較小，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在14d的反應程度僅為3.5%左右；28d以后寶鋼粉煤灰的反應程度逐漸增大，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在60d的反應程度為11.42%，而比表面積為700±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在60d的反應程度可達17.53%。細度對寶鋼粉煤灰的反應程度有較大影響，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在28d的反應程度為4.77%，而比表面積為700±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在28d的反應程度可達13.35%，二者相差近兩倍；其它齡期不同細度寶鋼粉煤灰的反應程度也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。
對比表7與表4可以看出，在相同比表面積情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應程度均要高于石景山粉煤灰。根據(jù)文獻的觀點，粉煤灰中水化活性最高的組份是CaO和MgO，原始含量中的四分之三都將參與水化反應，寶鋼粉煤灰中CaO含量比石景山粉煤灰要高，由此就不難解釋為什么寶鋼粉煤灰的反應程度高于石景山粉煤灰了。
3結(jié)論 （1）隨著粉煤灰比表面積的增加以及水化齡期的延長，石景山粉煤灰水泥以及寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量在增加， 水化樣中粉煤灰反應程度不斷增大。
（2）石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應程度在14d以前較小， 28d以后石景山粉煤灰的反應程度逐漸增大。
（3）寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應程度在14d以前較小， 28d以后寶鋼粉煤灰的反應程度逐漸增大。
（4）在早齡期時，粉煤灰細度對粉煤灰的反應程度影響較大，隨著水化齡期的延長，粉煤灰細度對粉煤灰反應程度的影響逐漸減小。
（5）在相同比表面積、相同粉煤灰摻量情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應程度均要高于石景山粉煤灰，這是因為寶鋼粉煤灰中CaO含量較高的緣故。 |
| 原作者： 陳益民，董剛等 |
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