机械激发矿粉对硅酸盐水泥的胶凝性能的影响

■胡冰峰 ■江西现代职业技术学院材料与能源学院，江西 南昌 330000

近十年多年来中国建筑行业的飞速发展，每年都需要消耗大量的建筑材料以满足基础建设的需求，水泥混凝土的大规模生产，导致大量矿产资源损耗严重。在水泥中适当的加入粉煤灰、矿粉、煤矸石等混合材，可以大量的减少水泥的用量，一方面可以节约成本，一方面也使得粉煤灰、矿粉、煤矸石等工业废弃物得以合理的应用，可谓是一举两得。矿粉作为一种最常见的混合材，多年以来一直受到业内科研人员的广泛关注。中国学者蒋春祥等［1］曾经研究过矿粉对水泥水化热的影响，结果表明矿粉的加入对水化热的降低不是非常明显，但能明显地放缓水化热放热速率。东南大学的张春梅［2］曾经研究过超细矿粉对水泥浆体孔结构的影响，结果表明超细矿粉在早龄期时就起到了细化浆体孔结构、提高密实度的作用。同济大学的张永娟［3］教授通过研究水泥与矿粉的级配，发现比表面积为300～350m2/kg 的普通细度水泥配伍比表面积为400～450m2/kg 的矿粉效果较好。还有大量的学者通过化学激发的方式激发矿粉，也能取得较好的激发效果［4-6］。本文通过研究不同比表面积矿粉的火山灰活性，以及其对水泥胶凝性能的影响，对不同细度的矿粉性能做一个简单的评价。

1 原料与实验方法

1.1 原料

水泥为江西亚东水泥厂“洋房牌”硅酸盐水泥，水泥标号为52.5，密度为3.16g/cm3，比表面积为407m2/kg;矿粉为新余南方水泥有限公司矿粉厂提供，比表面积459m2/kg，化学成分见表1。机械激发矿粉KF1，KF2，KF3，KF4球磨时间以及比表面积见表2。砂为厦门艾科公司标准砂。

表1 矿粉化学组成

表2 机械激发矿粉球磨时间以及比表面积

1.2 实验方法

按国标GB/T2847 -2005 中的火山灰性实验(石灰吸收法)与28d对比强度法对不同比表面积的矿粉进行活性比较。所谓的石灰吸收法判定混合材的火山灰性就是将混合材与硅酸盐水泥以3∶7 混合，按照5∶1 的水灰比，在40℃的环境下反应，检测其8d 或者15d 反应溶液中的CaO 与OH-浓度，在相同OH-浓度下，如果CaO 浓度越低，说明混合材消耗了更多的CaO，生成了更多的C -S -H 凝胶，即火山灰性越强。而28d 抗压强度比则是将不同比表面积的矿粉与水泥按照3∶7 混合，按照GB/T17671 -1999 制备胶砂试块，检测其28d 龄期强度与空白试样的比值，比值越大，则认为其火山灰性越强。通过国标GB/T1346 -2001 对不同比表面积的矿粉对硅酸盐水泥标准稠度用水量、凝结时间与安定性的影响，研究不同比表面积的矿粉对硅酸盐水泥胶凝性能的影响。

1.3 实验配合比

石灰吸收法测矿粉火山灰性见表3，28d 抗压强度指数法检测矿粉火山灰性见表4。检测不同比表面积矿粉对水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性影响实验配合比见表5。

表3 石灰吸收法

表4 抗压强度法

表5 矿粉对胶凝性能的检测

2 结果与分析

2.1 石灰吸收法判定不同比表面积矿粉的火山灰活性

从图2.1 可以看出，纯水泥反应溶液是处于Ca(OH)2的饱和状态，而矿粉随着比表面积的的增大，溶液中的OH-浓度基本保持不变，但是CaO 浓度却越来越低，说明通过机械激发，使得矿粉的火山灰活性得以加强，且比表面积在459～809m2/kg 范围内，比表面积越大，火山灰性越强。

图2.1 不同比表面积矿粉火山灰性强弱

2.2 通过28d 抗压强度法判定不同比表面积矿粉火山灰性强弱

如图2.2 所示，随着矿粉细度的增加，试样的28d 抗压强度比整体呈现逐渐上升的趋势，未经球磨的的矿粉28d 抗压强度比为0.9，经过球磨30 分钟的矿粉K4，其28d 抗压强度比值则高达1.1，激发机械激发通过机械粉磨破坏了矿粉表面的结构，降低了矿物的聚合度，增加了矿粉的比表面积的同时，提高了矿粉的活性，使其在与水泥作用发生火山灰性反应时，产生了大量的C-S-H 凝胶，填充了胶砂试件的孔隙，增加了强度。

图2.2 不同比表面积矿粉28d 抗压强度比

2.3 不同比表面积矿粉对硅酸盐水泥胶凝活性的影响

从表2.3 可知不同细度的矿粉对水泥的安定性没有明显影响。由图2.3.1 与2.3.2 可知，随着矿粉比表面积的增大，水泥的标准稠度水灰比也随之增大，尤其是当球磨时间从10 分钟到15 分钟时，试样的标准稠度用水量出现了猛增，说明矿粉的比表面积越大，其需水率也就越大，且初凝、终凝的时间也随之均匀增长，出现了很明显的规律性。通过合理的控制矿粉的比表面积，可以达到矿粉水泥凝结时间的目的。

表2.3 矿粉对水泥安定性的影响

3 结语

综上所述，结论如下:(1)随着比表面积的增大，矿粉在火山灰性速度越快，与水泥发生反应时，消耗了更多的CaO，转而生成了更多的C-S-H 凝胶。同样在强度表现上，更大的比表面积会使胶砂试样的强度得到更大的增强，这是因为矿粉后期的反应产生的C -S-H 凝胶填充了胶砂试件中的空隙，减少了试件中的空隙率，降低了平均孔径。(2)比表面积的增大，对水泥的安定性没有明显的影响，但会导致硅酸盐水泥的标准稠度用水量和凝结时间有所延长，其增长趋势有很明显的规律性，可以通过调节矿粉的比表面积，来达到控制矿粉硅酸盐水泥的凝结时间。

［1］蒋春祥，胡晓东，潘荣生.粉煤灰和矿粉对水泥水化热的影响研究［J］.水利建设与管理，2011，31(7):76 -78.

［2］张亚梅，余保英.掺超细矿粉水泥基材料早龄期水化产物及孔结构特性［J］.东南大学学报(自然科学版)，2011，41(4):815 -819.

［3］张永娟，林琛，张雄.水泥-矿粉复合胶凝体系的优化配伍［J］.硅酸盐学报，2014(4):12.

［4］付亚伟，蔡良才，曹定国，等.碱矿粉无机聚合物混凝土的制备及性能研究［J］.建筑材料学报，2010，13(4):524 -528.

［5］於林锋，林茂松，王琼.几种激发剂对钢矿粉活性影响的研究［J］.粉煤灰综合利用，2014(5):3.

［6］吴辉琴，张春，李青，等.水玻璃激发粉煤灰矿粉活性的试验研究［J］.粉煤灰综合利用.