水泥-粉煤灰體系中粉煤灰細(xì)度對(duì)粉煤灰反應(yīng)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(xì)度對(duì)石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰反應(yīng)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(zhǎng)，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(yīng)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(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰。
關(guān)鍵詞 粉煤灰 細(xì)度 比表面積 反應(yīng)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(fù)合體系中粉煤灰參與體系水化的反應(yīng)程度,對(duì)評(píng)價(jià)它們的反應(yīng)活性及其對(duì)該體系結(jié)構(gòu)形成的貢獻(xiàn)、研究復(fù)合體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、評(píng)估水化漿體體系的穩(wěn)定性等具有重要意義。目前，測(cè)定水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰反應(yīng)程度的化學(xué)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(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度，S. Li等人采用了苦味酸選擇溶解法測(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度。鹽酸是測(cè)定水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰等火山灰質(zhì)材料反應(yīng)程度的選擇性溶劑之一，國(guó)內(nèi)許多研究者采用鹽酸溶解法測(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度，我國(guó)國(guó)標(biāo)也采用鹽酸溶解法來測(cè)定水泥中火山灰質(zhì)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。上述文獻(xiàn)中采用選擇性溶解法對(duì)于粉煤灰反應(yīng)程度的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：粉煤灰摻量的影響，粉煤灰種類的影響，養(yǎng)護(hù)制度的影響，養(yǎng)護(hù)溫度的影響，水膠比的影響。關(guān)于粉煤灰細(xì)度對(duì)于粉煤灰反應(yīng)程度的影響的研究尚未見報(bào)道。為此，本文選取兩種粉煤灰，對(duì)不同粉煤灰種類、不同粉煤灰細(xì)度、不同養(yǎng)護(hù)齡期下水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰的反應(yīng)程度進(jìn)行系統(tǒng)研究。
1原材料及試驗(yàn)方法
1．1試驗(yàn)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(yàn)室球磨機(jī)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(jí)粉煤灰。
寶鋼粉煤灰：上海寶鋼電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。
拌合用水：去離子水。
水泥熟料和粉煤灰的化學(xué)組成及粉煤灰特性指標(biāo)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(yàn)方法
將石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰分別用球磨機(jī)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(hù)至預(yù)定齡期。將養(yǎng)護(hù)一定時(shí)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(wú)水乙醇中浸泡24h；（2）在三頭磨中加無(wú)水乙醇磨細(xì)；（3）抽濾，用無(wú)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(cè)定》，經(jīng)適當(dāng)修改后，用鹽酸選擇溶解法測(cè)定試樣中未反應(yīng)的粉煤灰數(shù)量，進(jìn)而求出粉煤灰的反應(yīng)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?jiān)娓芍梁阒亍？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(yīng)的粉煤灰的百分率，進(jìn)而得到粉煤灰的反應(yīng)程度。
粉煤灰反應(yīng)程度計(jì)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(yīng)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?jǐn)?shù)；WC，H-水泥的鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)；WF，0-水化樣中粉煤灰的原始質(zhì)量分?jǐn)?shù)；WF，H-粉煤灰的鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰反應(yīng)程度測(cè)定
不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣的試驗(yàn)漿體組成如表2所示，選擇性溶解法測(cè)得的水化樣中非蒸發(fā)水量、水化樣中粉煤灰的反應(yīng)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(zhǎng)，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(yīng)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(yīng)程度僅為2.5%左右；28d以后石景山粉煤灰的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)程度可達(dá)15.70%。細(xì)度對(duì)石景山粉煤灰的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)程度可達(dá)8.47%，二者相差近一倍；其它齡期不同細(xì)度石景山粉煤灰的反應(yīng)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(jí)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(zhǎng)，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(yīng)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(yīng)程度僅為3.5%左右；28d以后寶鋼粉煤灰的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)程度可達(dá)17.53%。細(xì)度對(duì)寶鋼粉煤灰的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)程度可達(dá)13.35%，二者相差近兩倍；其它齡期不同細(xì)度寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。
對(duì)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(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰。根據(jù)文獻(xiàn)的觀點(diǎn)，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(yīng)，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(yīng)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(zhǎng)，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(yīng)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(yīng)程度在14d以前較小， 28d以后石景山粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大。
（3）寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度在14d以前較小， 28d以后寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大。
（4）在早齡期時(shí)，粉煤灰細(xì)度對(duì)粉煤灰的反應(yīng)程度影響較大，隨著水化齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰細(xì)度對(duì)粉煤灰反應(yīng)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(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰，這是因?yàn)閷氫摲勖夯抑蠧aO含量較高的緣故。 |
| 原作者： 陳益民，董剛等 |
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