粉煤灰易磨性及活性指数研究分析

刘迪，何毛，陈军，聂文海，赵剑波

1 引言

我国是能源消耗大国，同时燃煤的火电又是最主要的能源供应渠道之一，从而导致粉煤灰的排放量越来越多。经多年的研究和应用，粉煤灰作为水泥掺合料或者混凝土胶凝材料，在水泥和混凝土中的使用量越来越多，发挥着越来越重要的作用。

因为水泥混凝土中掺入少量的粉煤灰会导致其早期强度下降，为了改善其性能，国内外有关学者对粉煤灰进行了活化处理，以激发粉煤灰的活性，提高水泥混凝土强度。目前，粉煤灰活化改性的方法主要分为三类：一是物理活化，即通过机械磨细来破坏粉煤灰玻璃体的结构，同时增加其比表面积，以提高粉煤灰与Ca（OH）2的水化反应速率，加强粉煤灰颗粒界面的结合能力。二是化学活化，即用化学激发剂来激发粉煤灰的活性。目前常用的粉煤灰激发剂有：碱性激发剂（NaOH、Na2SiO3和Na2CO3等），硫酸盐（CaSO4、Na2SO4等），氯化物（NaCl、CaCl2等）。三是复合活化法，是在机械活化粉煤灰的基础上，加入化学激发剂的方法。本文将重点研究物理活化对粉煤灰比表面积和活性指数的影响。

2 原材料及实验方法

样品为不同地区的原状粉煤灰。分别将2.5kg试样装入φ305mm×305mm球磨机，磨机转速70r/min，钢球φ40mm×30kg，断续粉磨30、40、50、60、70min。每个时间点取出20g粉料，按照GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》，测定试样比表面积，作比表面积-粉磨时间关系曲线，由曲线求得T6000。

粉煤灰的活性指数测定，参照GB/T 12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性分析》进行。

3 实验结果与讨论

3.1 化学组成

表1 为不同地区粉煤灰的化学组成，从表1中可以看出，除少量未燃尽的炭（常用烧失量表示）外，粉煤灰主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3及少量CaO、MgO和SO3等氧化物所组成，SiO2含量约为50%，Al2O3含量为26%～36%，Fe2O3含量约为5%，CaO含量为2%～6%（低钙灰），MgO含量为1%～2%，其中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者含量之和占总量的70%以上。

表1 不同地区粉煤灰化学组成，%

3.2 易磨性

图1 为不同地区的粉煤灰在规定时间内被粉磨所对应的比表面积曲线图。从图1中可以看出，不同地区粉煤灰，在粉磨至相同比表面积时，所需的研磨时间相差较大。当粉煤灰粉磨至比表面积6 000cm2/g时，所需时间最少为35.4min，最多为109.9min。

图1 不同地区粉煤灰T6 000

3.3 活性指数

表2 为不同地区粉煤灰粉磨至不同比表面积时的7d和28d活性指数。从表2中可以看出，不同地区，粉煤灰粉磨至不同比表面积时，7d活性指数相近，均在60%～70%之间；28d活性指数相差较大，最低63%，最高80%。

表2 不同地区粉煤灰的比表面积7d与28d活性指数

由实验数据可知，粉煤灰比表面积对水泥砂浆的强度贡献呈一定的对数关系。当粉煤灰比表面积从480m2/kg增至700m2/kg时，其7d和28d活性指数没有明显的增长，说明粉煤灰粉磨至一定的细度，对应水泥砂浆强度的增长应有一个临界值。

4 结论

通过研究不同地区粉煤灰比表面积的活性指数可以看出，单纯通过物理活化的方法提高粉煤灰的活性是有限的。水泥砂浆和混凝土中掺一定量的粉煤灰，主要是为了改善水泥的需水量、混凝土的和易性以及耐久性，仅通过粉磨提高粉煤灰的细度，以增加能源消耗为代价来提高水泥混凝土强度是很不经济的。