超细循环流化床粉煤灰用于高强度水泥的试验研究

邱瑞芳 刘红宇 薛芳斌 刘宏

摘要：研究了超细CFB粉煤灰在不同掺量时，对胶凝材料性能的影响；并借助SEM和XRD对胶凝材料的水化机理进行了分析。结果表明：超细CFB粉煤灰掺量不同的胶凝材料，其凝结时间、体积安定性及胶砂流动度符合现行国家标准对水泥质量的要求。当超细CFB粉煤灰的掺量不超过42%（质量分数）时，其具有的增强效应可得到较充分地发挥，对胶砂强度的贡献大于硅酸盐水泥熟料，能够明显地提高胶砂强度，尤其是后期的强度；在掺量为17%至42%时，可研制性能符合现行国家标准、强度等级62.5及以上等级的高强度粉煤灰硅酸盐水泥。掺加超细CFB粉煤灰，可提高胶凝材料浆体及其颗粒内部空隙的密实性，有效改善硬化浆体的孔结构，促进生成更多的水化及硬化物，使胶凝材料的性能得到优化。

关键词：超细粉煤灰；循环流化床（CFB）；高强度；高掺量；水泥

本试验在对CFB粉煤灰进行超细化处理的基础上，研究不同掺量的超细CFB粉煤灰对胶凝材料性能的影响，以实现大掺量CFB粉煤灰在高强度水泥中的应用和推广。

一、试验

（一）材料

超细CFB粉煤灰：山西省某煤矸石电厂产生的CFB粉煤灰，经电厂余热蒸汽动能磨粉磨制得，比表面积为1025m2/ kg，烧失量为7.5%。

硅酸盐水泥熟料粉：山西省某水泥公司生产，烧失量为1.7%；经水泥试验球磨机粉磨后，0.045mm方孔筛筛余值为11.5% 。

脱硫石膏粉：山西省某火电厂烟气石灰湿法脱硫产生，外观呈浅黄色粉状，硫酸钙含量为94%，烧失量为9.3%。

标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司生产的中国ISO标准砂。

水：太原市饮用水。

（二）方案

在各试验方案的胶凝材料中，脱硫石膏粉的用量均为3%。

（三）方法

对各试验方案胶凝材料的凝结时间、体积安定性、胶砂流动度及胶砂强度，分别按照现行国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2011、《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419-2005及《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671-1999进行试验，其中，胶凝材料的体积安定性采用雷氏法。胶砂试块标准养护至3d、28d龄期时，采用数控TYE-300F型水泥试验机进行抗折与抗压强度试验。

二、结果分析

（一）胶凝材料的凝结时间、体积安定性及胶砂流动度

随着超细CFB粉煤灰的掺量增加，胶凝材料的凝结时间逐渐延长。其中，超细CFB粉煤灰掺量为12%的胶凝材料，其初凝、终凝时间较不掺加的增加较多，相应增幅分别为19.8%、15.4%；在超细CFB粉煤灰的掺量由12%增至52%的区段，胶凝材料的凝结时间增长基本呈线性关系变化，初凝、终凝时间的平均增幅分别为11.4%和11.2%。

在拌合用水量相同时的胶砂流动度试验结果。掺加超细CFB粉煤灰的胶砂流动度均大于不掺加的，且符合现行国家标准对水泥胶砂流动度不小于180mm的要求；胶砂流动度的变化趋势是随着超细CFB粉煤灰掺量的增加，先逐渐增大，而后缓慢减少，较大值出现在其掺量为32%时。结合前述的需水量比试验结果，可见，超细CFB粉煤灰具有一定的减水作用，但在其掺量增大时这种作用将降低。

（二）胶砂强度

当超细CFB粉煤灰的掺量逐渐增加至32%时，3d龄期的胶砂抗折、抗压强度，随着掺量的增加有一定地提高，但提高的幅度较小；而28d龄期的胶砂抗折、抗压强度提高较为明显。在超细CFB粉煤灰的掺量为32%时，胶砂强度出现峰值，3d龄期的抗折、抗压强度值分别为6.6MPa、34.9 MPa，较不掺加的分别增大10.0%、13.3%；28d龄期的抗折、抗压强度值分别为11.1 MPa、77.6 MPa，较不掺加的分别增大32.1%、25.6%。这说明超细CFB粉煤灰具有的增强效应，在此时得到充分地发挥，使胶砂强度显著地提高。当超细CFB粉煤灰的掺量从32%增大到57%时，3d、28d龄期的胶砂抗折、抗压强度都随着掺量的增加逐渐降低；但在掺量达到42%时，3d、28d龄期的胶砂抗折、抗压强度仍大于不掺加的，表明超细CFB粉煤灰在较高的掺量时，对胶砂强度的贡献仍高于硅酸盐水泥熟料，具有较好的增强效应。掺加超细CFB粉煤灰的胶砂抗折、抗压强度均超过标准对硅酸盐水泥62.5级的强度要求。其中，超细CFB粉煤灰的掺量在17%至42%时，28d龄期的胶砂抗压强度值大于72.5 MPa。

三、结论

1.超细CFB粉煤灰具有一定的减水作用，但其掺量较大时这种作用将降低或消失。

2.超细CFB粉煤灰掺量不同的胶凝材料，其凝结时间、体积安定性及胶砂流动度符合现行国家标准对水泥质量的要求。

3.超细CFB粉煤灰的掺量不超过42%时，其对胶砂强度的贡献大于硅酸盐水泥熟料，可明显地提高胶砂强度，尤其是后期的强度；在掺量为17%至42%时，可研制性能符合现行国家标准、强度等级62.5及以上等级的高强度粉煤灰硅酸盐水泥。

4.超细CFB粉煤灰的掺加，能够提高胶凝材料浆体及颗粒内部空隙的密实性，改善硬化浆体的孔结构，加速水化进程，生成更多的水化及硬化物，优化胶凝材料的性能。

5.本试验填补了国内利用CFB粉煤灰研究高强度水泥的空白，提升了CFB粉煤灰的利用空间；而且，较同强度等级62.5的硅酸盐水泥可减少水泥熟料用量17%～42%，有利于节能环保，降低水泥的生产成本；同时，可满足工程对水泥高强度、低水化热的特殊要求；具有良好的社会和经济效益。

參考文献：

[1]中国水泥网 国家统计局 ：http：//www.ccement.com/ 2017/01/20

[2]GB175-2007，通用硅酸盐水泥[S].

[3]任才富，王栋民，郑大鹏等.循环流化床粉煤灰特性与利用研究进展[J].商品混凝土，2016，（1）：26—29

作者简介：邱瑞芳（1982-），女，静乐，博士，副教授，研究方向为资源循环利用。