粉煤灰水泥.doc

粉煤灰水泥百科名片粉煤灰水泥，全称粉煤灰硅酸盐水泥。凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰（粉煤灰的掺量为2040）、适量石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥。按现行国家标准，粉煤灰水泥的强度等级有：32.5、32.5R；42.5、42.5R；52.5、52.5R。化学成分我国大多数粉煤灰的化学成分如下：4060%SiO2;0.52.5%MgO；1540%Al2O3；60%SiO2+Al2O3; 25%CaO;120%烧失量；16%未燃物（属于有害部分）。粉煤灰中含玻璃相约5080%，也有少量的晶体矿物及未燃尽的碳粒。玻璃体是粉煤灰具有活性的主要组成部分，可以认为，在其它条件相同时，玻璃体含量越多，活性越高。即，粉煤灰的活性决定于活性Al2O3 、SiO2的含量。但CaO对粉煤灰的活性极为有利。所以说粉煤灰是高度玻璃化并含少量晶质组分的硅铝质产品。生产原理粉煤灰是发电厂燃烧煤粉时得到的一种灰渣，也称飞灰属于火山灰质混合材。由于目前世界上的粉煤灰产量很大，约达到数十亿吨，而利用率还不够高，所以它是一种令人日益关心的工业副产品。特别是当电厂可使用的油、气燃料日益减少时，粉煤灰的产量还会增加。粉煤灰水泥的水化和硬化过程，与火山灰水泥的水化硬化过程极为相似，主要是熟料的水化反应，以及粉煤灰与Ca(OH)2之间相互交错的两级反应。即，硅酸盐水泥熟料水化生成的C-S-H和Ca(OH)2，被吸附在粉煤灰颗粒的表面，由于粉煤灰中高度分散的活性氧化物吸收Ca(OH)2，进而相互反应而形成以水化硅酸钙为主体的水化产物，水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶，这就是所谓的Ca(OH)2和粉煤灰进行的二次反应（也可称为火山灰反应）。在粉煤灰颗粒表面上产生的大量的水化物结晶体，它们相互交叉连接，形成了很高的粘结强度，以致在劈裂时，即使粉煤灰颗粒被劈开，但粘结区还能保持完好，因而能达到相当高的力学强度。此外，在粉煤灰水泥中除了火山灰反应以外，还有同其它矿物细粉一样的作用，那就是也可以进入水泥颗粒构成的絮凝结构中，使水化物析出的有效空间增大，从而加速了水泥的水化，这也叫做“微分效应”。性能及用途性能特点粉煤灰水泥实质上也是一种火山灰水泥，虽然，它们之间有很多相似的性能，如比重小、水化热较低、抗腐蚀性较强等。但是由于粉煤灰的化学组成和物理结构特征与其它火山灰质混合材料有一定的差异，比如，从矿物内部结构上分析，粉煤灰是一种密实的玻璃质球，结构比较致密且稳定，内比表面积小，对水的吸附能力小，不易水化。所以，粉煤灰水泥就具有了一系列的性能特点。由上可知，粉煤灰水泥具有一般火山灰水泥的共性，但与表面粗糙、多孔的火山灰质混合材的水泥相比，在性质上确有更为显著的特点。它不仅结构比较致密，内比表面积较小，而且对水的吸附能力小得多，同时水泥水化的需水量又小，所以粉煤灰水泥的干缩性就小，抗裂性也好。此外，与一般掺活性混合材的水泥相似，水化热低，抗腐蚀能力较强等，抗冻性也好于其它火山灰水泥。材料应用长期以来，粉煤灰水泥广泛用于工业与民用建筑，尤其适用于大体积水工混凝土、水工建筑、海港工程等。但应注意，粉煤灰水泥混凝土泌水较快，容易引起失水裂缝。施工过程中，要适当增加抹面次数，在硬化早期宜加强养护，以保证粉煤灰水泥混凝土强度的正常发展。用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB/T1596-2005)1主题内容与适用范围本标准规定了用于水泥和混凝土中的粉煤灰的技术要求、试验方法和检验规则等。本标准适用于拌制水泥混凝土和砂浆时作掺合料的粉煤灰成品和水泥生产中作混合材料的粉煤灰。2引用标准GB176水泥化学分析方法GB177水泥胶砂强度检验方法GB2419水泥胶砂流动度试验方法3定义从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰。4技术要求4.1拌制水泥混凝土和砂浆时，作掺合料的粉煤灰成品应满足表要求。表4.2水泥生产中作活性混合材料的粉煤灰应满足表要求。5试验方法5.1烧失量、含水量和三氧化硫按GB176进行。5.2细度按附录A进行。5.3需水量比按附录C进行。5.428天抗压强度比按附录C进行。6检验规则6.1组批与取样6.1.1以连续供应的200t相同等级的粉煤灰为一批。不足200t者按一批论，粉煤灰的数量按干灰（含水量小于1）的重量计算。6.1.2取样方法散装灰取样：从运输工具、贮灰库或堆场中的不同部位取15份试样，每份试样13kg，混合拌匀，按四分法，缩取出比试验所需量大一倍的试样（称为平均样）。袋装灰取样：从每批任抽10袋，从每袋中分取试样不少于1kg，按的方法混合缩取平均试样。6.1.3拌制水泥混凝土和砂浆时作掺合料的粉煤灰成品，必要时，需方可对粉煤灰的质量进行随机抽样。6.2检验项目6.2.1型式检验拌制水泥混凝土和砂浆作掺合料的粉煤灰成品，供方必须按4.1条规定的技术要求每半年检验一次。水泥厂启用粉煤灰作活性混合材料时，必须按4.2条规定的技术要求进行检验。作为生产控制，要求烧失量，三氧化硫和含水量每月检验一次，28天抗压强度比每季度检验一次。当电厂的煤种和设备工艺条件变化时，也应及时检验。6.2.2交货检验拌制水泥混凝土和砂浆作掺合料的粉煤灰成品，供方必须按6.1条要求，进行细度、烧失量和含水量检验。水泥厂作活性混合材料使用的粉煤灰，供方必须按6.1条要求，进行烧失量和含水量检验。6.3检验结果评定6.3.1符合本标准第章各级技术要求的为等级品。若其中任何一项不符合要要求的，应重新加倍取样，进行复验。复验不合格的需降级处理。6.3.2凡低于第章技术要求中最低级别技术要求的粉煤灰为不合格品。6.3.3按4.2条技术要求，28天抗压强度比指标低于62的粉煤灰，可作为水泥生产中的非活性混合材料。6.3.4粉煤灰出厂合格证，内容包括：a.厂名和批号；b.合格证编号及日期；c.粉煤灰的级别及数量；d.质量检验结果。7包装、标志、运输和贮存7.1袋装粉煤灰的包装袋上应清楚标明“粉煤灰”、厂名、级别、重量、批号及包装日期。7.2粉煤灰运输和贮存时，不得与其他材料混杂。并注意防止受潮和污染环境。附录粉煤灰细度测定方法（补充件）A1适用范围本附录适用于粉煤灰细度的测定。A2仪器采用气流筛析仪（又称负压筛析仪）。主要由筛座、筛子、真空源及收尘器等组成，利用气流作为筛分的动力和介质，通过旋转的喷嘴喷出的气流作用使筛网里的待测粉状物料呈流态化，并在整个系统负压的作用下将细颗粒通过筛网抽走，从而达到筛分的目的。示意图如下。为止。A3试验步骤A3.1称取试样50g，精确至0.1g。倒入0.045mm方孔筛筛网上，将筛子置于筛座上，盖上筛盖。A3.2接通电源，将定时开关开到3min,开始筛析。A3.3开始工作后，观察负压表，负压大于2000Pa时，表示工作正常，若负压小于2000Pa，则应停机，清理收尘器中的积灰后再进行筛析。A3.4在筛析过程中，可用轻质木棒或硬橡胶棒轻轻敲打筛盖，以防吸附。A3.53min后筛析自动停止，停机后将筛网内的筛余物收集称量，准确至0.1g。A4结果计算筛余百分数X(%)按式(A1)计算：XG2（A1）式中：G筛余物重量。附录B粉煤灰需水量比测定方法（补充件）B1适用范围本附录适用于粉煤灰需水量比的测定。B2方法原理本测定方法是依GB2419分别测定试验样品和对比样品达到同一流动度125135mm范围的加水量之比。B3样品B3.1试验样品：90g粉煤灰，210g硅酸盐水泥和750g标准砂。B3.2对比样品：300g硅酸盐水泥，750g标准砂。B4试验步骤按GB2149进行。分别测定试验样品的流动度达到125135mm时的需水量W1(mL)和对比样品达到同一流动度时的需水量W2(mL)。B5结果计算粉煤灰需水量比按式（B1）计算：W1需水量比100（B1）W2计算结果取整数。附录C粉煤灰水泥胶砂28天抗压强度比试验方法（补充件）C1适用范围本附录适用于测定水泥胶砂28天抗压强度比。C2方法原理水泥胶砂抗压强度比按GB177进行，分别测定试验样品的28天抗压强度R1和对比样品的28天抗压强度R2。C3试样制备C3.1粉煤灰a.含水量小于；b.细度（0.080mm方孔筛筛余）。C3.2硅酸盐水泥a.安定性必须合格；b.抗压强度大于42.5MPa;c.比面积290310m2/kg;d.石膏掺入量（外掺）以SO3计为1.5%2.5。C4样品C4.1试验样品：162g粉煤灰，378g硅酸盐水泥和1350g标准砂。C4.2对比样品：540g硅酸盐水泥，1350g标准砂。C4.3成型加水量：对比样品238mL，试验样品按水泥胶砂流动度125135mm时的水灰比计算。C5试验步骤按GB177进行，分别测定试验样品的28天抗压强度R1和对比样品28天抗压强度R2。C6结果计算粉煤灰水泥胶砂28天抗压强度比（）按式（C1）计算：R128天抗压强度比100（C1）R2计算结果取整数。第三节验收要求第2.3.1条用灰单位应按本规范对粉煤灰进行按批检验。每批粉煤灰应有供灰单位的出厂合格证,合格证的内容应包括：厂名、合格证编号、粉煤灰等级、批号及出厂日期、粉煤灰数量及质量检验结果等。第2.3.2条粉煤灰的取样,应以连续供应的200t相同等级的粉煤灰为一批：不足200t者按一批计。第2.3.3条粉煤灰的取样,应符合下列规定：一、散装灰的取样,应从每批不同部位取15份试样,每份不得少于1kg,混拌要均匀,按四分法缩取出比试验用量大一倍的试样。二、袋装灰的取样,应从每批中任抽10袋,每袋各取试样不得少于1kg,按本条第一款的方式缩取试样。第2.3.4条每批的粉煤灰试样,应测定细度和烧失量。对同一供灰单位每月测定一次需水量比,每季度应测定一次三氧化硫含量。第2.3.5条粉煤灰的质量检验,应符合本规范对粉煤灰的各项质量指标规定。当有一项指标达不到规定要求时,应重新从同一批中加倍取样进行复检,复检后仍达不到要求时,该批粉煤灰应作为不合格品或降级处理。第三章粉煤灰混凝土的工程应用第3.0.1条粉煤灰用于混凝土工程可根据等级,按下列规定应用：一、级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土。二、级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。三、级粉煤灰主要用于无筋混凝土。对设计强度等级C30及以上的无筋粉煤灰混凝土,宜采用、级粉煤灰。四、用于预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级,如经试验论证,可采用比本条第一、二、三款规定低一级的粉煤灰。第3.0.2条粉煤灰用于跨度小于6m的预应力钢筋混凝土时,放松预应力前,粉煤灰混凝土的强度必须达到设计规定的强度等级,且不得小于20MPa。第3.0.3条配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土等,宜掺用粉煤灰。第3.0.4条根据各类工程和各种施工条件的不同要求,粉煤灰可与各类外加剂同时使用。外加剂的适应性及合理掺量应由试验确定。第3.0.5条粉煤灰用于下列混凝土时,应采取相应措施：一、粉煤灰用于要求高抗冻融性的混凝土时,必须掺入引气剂；二、粉煤灰混凝土在低温条件下施工时,宜掺入对粉煤灰混凝土无害的早强剂或防冻剂,并应采取适当的保温措施；三、用于早期脱模、提前负荷的粉煤灰混凝土,宜掺用高效减水剂、早强剂等外加剂。第3.0.6条掺有粉煤灰的钢筋混凝土,对含有氯盐外加剂的限制,应符合现行国家标准混凝土外加剂应用技术规范的有关规第五章粉煤灰混凝土的施工第5.0.1条粉煤灰掺入混凝土中的方式,可采用干掺或湿掺。其掺入方法应符合下列要求：一、干掺时,干粉煤灰单独计量,与水泥、砂、石、水等材料按规定次序加入搅拌机进行搅拌；二、湿掺时,先将粉煤灰配制成粉煤灰与水及外加剂的悬浮浆液,与砂、石等材料按规定次序加入搅拌机进行搅拌。第5.0.2条使用干态或湿态粉煤灰应以重量计量,称量误差不得超过2%。粉煤灰中的含水量,应在拌合水中扣除。第5.0.3条粉煤灰混凝土拌合物必须搅拌均匀,其搅拌时间应比基准混凝土延长1030s。第5.0.4条粉煤灰混凝土浇筑时,不得漏振或过振。振捣后的粉煤灰混凝土表面,不得出现明显的粉煤灰浮浆层。第5.0.5条粉煤灰混凝土振捣完毕后,应加强养护,混凝土表面宜加遮盖,并保持湿润。暴露面的潮湿养护时间,不得少于14d；干燥或炎热气候条件下的潮湿养护时间,不得少于21d。第5.0.6条粉煤灰混凝土在低温条件下施工时应加强表面保温,粉煤灰混凝土表面的最低温度不得低于5。寒潮冲击情况下,日降温幅度大于8时,应加强粉煤灰混凝土表面的保护,防止产生裂缝。第5.0.7条蒸养粉煤灰混凝土,应符合下列要求：一、成型后热预养温度不宜高于45；预养(静停)时间不得少于1h；常温预养时,其预养时间应适当延长。二、蒸养时的升温速度宜为1520/h；恒温温度宜为8590；降温速度宜为3545/h。三、蒸养粉煤灰混凝土的养护周期,宜为810h。第六章粉煤灰混凝土的检验第6.0.1条粉煤灰混凝土的质量,应以坍落度或工作度、抗压强度进行检验。引气剂的粉煤灰混凝土,应增测含气量。有特殊要求时,还应增测其它相应的检验项目。第6.0.2条现场施工粉煤灰混凝土的坍落度或工作度的检验,每班至少应测定两次,其测定值允许偏差应为2cm。第6.0.3条粉煤灰混凝土抗压强度的检验,应符合下列规定：一、非大体积粉煤灰混凝土每拌制100m3,至少成型一组试块；大体积粉煤灰混凝土每拌制500m3,至少成型一组试块；不足上列规定数量时,每班至少成型一组试块。二、用边长15cm的立方体试块,在标准养护条件下所得的抗压强度极限值作为标准。三、每组3个试块试验结果的平均值,作为该组试块强度代表值。当3个试块的最大或最小强度值与中间值相比超过15%时,以中间值代表该组试块的强度值。第6.0.4条掺引气剂的粉煤灰混凝土,每班应至少测定2次含气量,其测定值的允许偏差应为0.5%。附录一粉煤灰细度试验方法(气流筛法)一、目的及适用范围：测定粉煤灰的细度,作为评定粉煤灰等级的质量指标之一。二、仪器设备：1.气流筛(包括控制仪与气流筛座)；2.工业吸尘器(包括收尘器与真空泵)；3.旋风分离器；4.金属标准筛(筛网孔径45m)；5.筛余物收集瓶；6.其它：软管、毛刷、木锤。三、试验步骤：1.将吸尘软管一头插入工业吸尘器的吸口,另一头通过调压接头插入气流筛的抽气口。2.将工业吸尘器的电源插头插入气流筛后面的座内。3.将气流筛的电源插入220V交流电源内。4.称取试样50g,精度0.1g,倒入45m方孔筛筛网上,将筛子置于气流筛筛座上,盖上有机玻璃盖。5.将定时开关开到3min,气流筛开始筛析。6.气流筛开始工作后,观察负压表,负压大于2000Pa时表示工作正常,若负压小于2000Pa,则应停机,清理吸尘器的积灰后再进行筛析。7.在筛析过程中,发现有细灰吸附在筛盖上,可用木锤轻轻敲打筛盖,使吸附在筛盖的灰落下。8.3min后气流筛自动停止工作,停机后将筛网内的筛余物收集并称重,准确至0.1g。四、试验结果处理：粉煤灰的细度,应按下式进行计算：筛余(%)=G2(附1.1)式中G筛余物重量。用于水泥混凝土的粉煤灰的技术要求按照国家标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T15962005），拌制混凝土用的粉煤灰分为F类粉煤灰和C类粉煤灰两类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤煅烧收集的，其CaO含量不大于10%或游离CaO含量不大于1%；C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集的，其CaO含量大于10%或游离CaO含量大于1%，又称高钙粉煤灰。F类和C类粉煤灰又根据其技术要求分为I级、II级和III级三个等级。混凝土用粉煤灰的技术要求可上表。与F类粉煤灰相比，C类粉煤灰一般具有需水量比小、活性高和自硬性好等特征。但由于C类粉煤灰中往往含有游离氧化钙，所以在用作混凝土掺合料时，必须对其体积安定性进行合格检验。混凝土工程选用粉煤灰时，应按粉煤灰混凝土质量技术规范（GBJ14690）。对于不同的混凝土工程，选用相应等级的粉煤灰：（1）I级灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土；（2）II级灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土；（3）III级灰主要用于无筋混凝土；但大于C30的无筋混凝土，宜采用I、II级灰；（4）用于预应力混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如试验论证，可采用比上述三条规定低一级的粉煤灰。矿粉的检测指标：塑性指数视密度不小于（t/m3）2.50含水量不大于（%）1粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm1009010070100外观无团粒结块亲水系数1粉煤灰在水泥石中的增强作用对水泥石的强度、显微硬度的测定以及用SEM对水泥石显微结构的观察表明:当粉煤灰与水泥基质的界面具有良好的结合时,粉煤灰在水泥石中起着阻止裂缝发展的作用,因而可以提高水泥石的强度。关键词:粉煤灰;预处理;增强作用中图法分类号:TU528.2.作者简介:张惠玲(19562),女,实验师;武汉,武汉理工大学材料学院(430070).粉煤灰是具有一定火山灰活性的工业废渣,其主要化学成分质量分数是:SiO2,45%60%;Al2O3,15%30%。目前粉煤灰已被大量的用于水泥和混凝土中。研究表明在一定的条件下,粉煤灰对水泥石具有增强作用。通过对不同配比的水泥石的强度、显微硬度的测定和用SEM对水泥石显微结构的观察,探讨了粉煤灰产生增强作用的条件和机理。1原材料采用华新水泥厂生产的水泥熟料,武汉钢铁公司生产的矿渣,阳逻电厂生产的一级粉煤灰。石膏为工业生产用石膏。上述原材料的化学组成见表1。2试验方法将华新水泥厂熟料掺加质量分数为5%石膏,用球磨机混磨至一定细度后,再用气流磨磨细至粒径小于25m,得到水泥PCX,用BT21勃氏透气比表面积测定仪测得PCX比表面积为6100cm2g。矿渣为武汉钢铁公司生产的成品磨细矿渣,勃氏法测定的比表面积为9600cm2g。粉煤灰Fa是未经处理的阳逻发电厂产一级粉煤灰,45m筛余量为6%。将该粉煤灰按w(粉煤灰):w(水):w(Ca(OH)2)=1050.75的比例,先将水和Ca(OH)2搅拌均匀,静置24h,然后将粉煤灰与Ca(OH)2乳液搅拌均匀,在蒸汽养护箱中蒸养20h,105烘干,磨细到与未预处理粉煤灰Fa具有相同的筛余量的粉煤灰FA,备用。采用2cm2cm2cm尺寸的净浆试块做强度试验。按表24所要求的配比称量各组分,用混料机将各组试样表1原材料化学分析结果w%成分水泥熟料矿渣粉煤灰石膏SiO221.8731.6250.61Al2O35.6315.5131.12Fe2O33.181.746.87CaO64.9337.026.1631.03MgO2.278.910.96C3S48.56C2S26.12C3A9.54C4AF9.65SO30.170.8344.91烧失量0.031.55混合30min,制成均匀复合水泥样品。按文献1所述方法及相关的国家规范制备水泥净浆试样。制成的水泥净浆试块,置于标准养护箱内养护至预定龄期,进行强度试验。试件破型后,取核心新鲜样品,用无水乙醇终止水化,做SEM和显微硬度等测定。1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.3结果与分析3.1粉煤灰对水泥石强度的影响分别采用处理粉煤灰FA和未处理粉煤灰Fa与质量分数为40%的水泥PCX、43.3%的磨细矿渣SLC和1.7%的石膏配制成复合水泥。水泥配比和强度试验结果如表2所示。水灰比为0.36。表2复合水泥强度试验结果(一)试件编号PCX%SLC%粉煤灰%FaFA石膏%抗压强度MPa3d7d28dC074043.30151.747.462.992.3C114043.31501.725.249.075.1B014058.3001.747.954.388.2A01100000057.269.187.0上述强度试验结果表明:掺质量分数为15%未处理的粉煤灰的复合水泥的早期强度和28d强度均低于纯熟料水泥和熟料2磨细矿渣复合水泥的强度。而掺质量分数为15%处理粉煤灰的复合水泥的28d强度可达到纯熟料水泥的强度,并且其早期强度和后期强度均可达到或超过熟料2矿渣复合水泥石。3.2预处理粉煤灰FA的掺加量对水泥石强度的影响将复合水泥诸组分的比例(质量分数)固定为:磨细水泥40%,矿渣+粉煤灰为58.3%,石膏掺量1.7%。其中粉煤灰FA的比例分别为10%、15%、20%、25%,水灰比为0.36。强度试验的结果如表3所示。以上试验结果表明:当复合水泥中粉煤灰组分的比例(质量分数)为10%和15%时,复合水泥的强度均能达到纯熟料水泥的强度;不仅28d的强度,而且早期强度也可达到或超过熟料2矿渣复合水泥强度。粉煤灰的掺入量有最佳值,而并非掺入量越大,水泥石强度越低。这一结果说明一定比例的粉煤灰对水泥石的强度,特别是后期强度具有增强作用2。表3复合水泥强度试验结果(二)试件编号PCX%SLC%FA%石膏%抗压强度MPa3d7d28dC064048.3101.748.358.789.3C074043.0151.747.462.992.3C084038.3201.738.755.685.3C094033.3251.736.045.874.3B014058.301.747.954.388.2A0110000057.269.187.0表4复合水泥强度试验结果(三)试件编号PCX%SLC%FA%石膏%抗压强度MPa3d7d28dC024048.3101.760.585.0129.3C034043.0151.773.589.3144.5C044038.3201.777.489.2135.4C054033.3251.774.568.3124.6B024058.301.766.984.1122.3A0210000084.390.4126.251第23卷第9期张惠玲等:粉煤灰在水泥石中的增强作用1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.3.3水灰比对水泥石强度的影响实验中发现粉煤灰的增强作用在低水灰比的情况下更为突出。因此仍然采用表3的配比,将水灰比降低到0.26进行试验。其配比与强度见表4。3.4不同龄期的水泥石试件的试验结果结果表明在低水灰比的条件下,掺入粉煤灰可以大幅度的提高水泥石强度。掺加粉煤灰的试件C03、C07、C11不同龄期硬化体的扫描电镜照片如图1、图2所示。用扫描电镜SEM对掺有粉煤灰的试件C03、C07、C11不同龄期硬化体的观察表明:经处理的粉煤灰试件(CO)与未经处理的粉煤灰试件(CN)比较,前者中的粉煤灰在表面有较多的水化物,并且在早期就与水泥水化物基质有较好的结合;而且,水固比WB越小,界面结合的越好。特别是在低水固比的试件C03的断面上,几乎看不到FA颗粒,说明FA与水泥基质的界面结合强度较高,断面绕过FA从相对较弱的水泥基质中通过。S.Li和D.M.Roy3对90d的粉煤灰水泥的研究也观察的相同的现象,SEM在试样表面看不到粉煤灰颗粒,但是将试样经选择性腐蚀将表面水化物去除后,可以看到未完全水化的粉煤灰颗粒。而未经处理的粉煤灰试件中,即使在28d龄期,也只是在粉煤灰表面有极少量水化物出现(如图1d),表面光滑,与水泥水化物基体的结合较差。断面上很容易看到暴露出的Fa颗粒表面光滑以及Fa脱落或在水泥基质上留下的凹坑。这表明破坏是通过Fa与水泥基质的界面发展,也就是说未处理的粉煤灰与水泥基质的界面是最薄弱的部分。用SEM对掺有硫酸铝的水泥熟料2磨细矿渣2粉煤灰复合水泥的净浆试件的观察结果,可以进一步看到粉煤灰的作用。由于硫酸铝的掺入,在水泥石中产生钙矾石AFt。当硫酸铝掺入量过大时,AFt的膨胀在水泥石中产生裂缝。粉煤灰颗粒起到了对裂缝的阻断作用。裂缝受到粉煤灰颗粒的阻断,被迫转向发展,或因粉煤灰颗粒的阻挡,使粗大的裂缝在绕过粉煤灰颗粒后变为细小的裂缝,甚至终止在粉煤灰颗粒处;如图2a、图2b所示。4粉煤灰对水泥石的增强机制初探根据表3、4所示的强度试验结果表明:经预处理的粉煤灰与水泥基质的界面有良好的结合,掺粉煤灰的复合水泥的强度可以比纯熟料水泥的强度和熟料2矿渣复合水泥的强度高。特别是在低水灰比的条件下,用质量分数为15%的粉煤灰等量代换熟料,28d的强度比纯熟料水泥强度提高14.5%。说明一定比例的粉煤灰具有增强作用。文献4的研究表明,粉煤灰的水化率非常低,即使在28d也只有5%左右的水化率。因此用粉煤灰等量取代水泥熟料就意味着水泥硬化体中的CSH凝胶量降低。这说明粉煤灰的增表5粉煤灰与水化物基质显微硬度Hv测点位置测定值平均值粉煤灰111111116115115113.4水化物基质51.754.253.551.552.752.7强作用不是由于它对凝胶相数量的贡献。将强度试验破型后的试样取芯用无水乙醇终止水化,磨平,抛光。采用德国莱茨偏光显微镜(型号:ORTHOPLAN)对比测定了C11#试样上粉煤灰颗粒与水化物基质的显微硬度。(加压载荷:0.1kg,加压时间:30s,加压速度:0.3mms,放大倍数:500,锥头形状:正方形,顶角度数:136)。随机抽取粉煤灰和水化物基质各5点。测试结果见表5。由表5的测试结果可见,粉煤灰的硬度比水化物基质的硬度高一倍以上。SEM对水泥石微观结构的观察表明:断面绕过FA从相对较弱的水泥基质中通过(如图1所示);在水泥石中,粉煤灰颗粒起到了对裂缝的阻断作用,如图2所示,裂缝受到粉煤灰颗粒的阻断,被迫转向发展,或因粉煤灰颗粒的阻挡,使粗大的裂缝在绕过粉煤灰颗粒后变为细小的裂缝,甚至终止在粉煤灰颗粒处。这些试验结果意味着:由于粉煤灰颗粒的存在使水泥石发生破坏所需要的能量大大增加。众所周知,水泥石的破坏起源于自水泥石中原始缺陷处逐步发展的微裂隙,微裂隙在外加载荷的作用下逐步扩展,只有在微裂隙最终连通后,才能导致水泥石的破坏。可以想象,由于粉煤灰颗粒的强度比CSH等水泥水化物高,在外加载荷一定时,随着粉煤灰微集料的增加,微裂隙的发展受到越来越多的阻碍,当粉煤灰微集料的数量足够时,由于粉煤灰的阻挡抑制,微裂隙将不能扩展连通,从而增加了水泥石的承载能力。61武汉理工大学学报2001年9月1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.(c)试件C03,WB=0.26FA7d4000(d)试件C11,WB=0.36Fa28d4000图1水泥熟料+矿渣+粉煤灰复合水泥净浆SEM照片(b)试件C07,WB=0.36FA28d4000(a)试件C07,WB=0.36FA7d4000(a)28d3000FAWB=0.36(b)28d3000FAWB=0.36图2水泥熟料+矿渣+粉煤灰复合水泥净浆SEM图上述研究结果说明:粉煤灰对水泥石强度的增强机制是:强度相对较高的粉煤灰在强度相对较低的水泥基质中起着微集料效应,粉煤灰可以阻止水泥石中微裂隙的发展。有研究表明5:材料强度取决于颗粒的固有强度和它们的结合特性这两个因素。密度低的粒子(L粒子)所占的空间大,所以粒子间接触的机遇多,颗粒间的结合特性起最主要的作用;密度高的粒子(H粒子)本身强度起主要作用,结合作用是次要的。对于任意一孔隙率,在致密而结晶度好的H粒子和致密度差、结晶度也差的L粒子之间,有一最佳的混合比使得强度最大。在水泥石中,以结合作用为主的CSH凝胶与自身强度较高的粉煤灰应有适当的比例,才能获得最高71第23卷第9期张惠玲等:粉煤灰在水泥石中的增强作用1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.的强度。根据表1所示的强度试验结果和SEM对相应试件的观察结果(如图1所示),可以看出:当粉煤灰与水泥基质的界面有良好的结合时,粉煤灰才具有增强作用,可以提高水泥石强度。这些事实说明:粉煤灰发挥的增强作用的前提是粉煤灰与水泥基质必须有结合良好的界面。5结论a.掺入适量的粉煤灰,可以提高水泥石的强度。b.粉煤灰具有增强作用的原因是由于强度相对较高的粉煤灰在强度相对较低的水泥水化物基质中起着微集料作用。在水泥石中,粉煤灰可以阻止微裂隙在水泥石中的发展。c.粉煤灰发挥增强作用的前提是粉煤灰与水泥基质必须有结合良好的界面。中国粉煤灰发展史 我国是世界人均耕地最少的国家之一。由于世界环境的恶化，每年沙漠化要吞噬掉一些耕地；随着经济的快速发展，城市不断扩大。大片良田用于经济建设，我国烧制粘土砖每年要挖掉2530万亩耕地。土地资源危机亮起了红灯。“秦砖汉瓦”的历史，应该结束了。发展绿色环保建材已到了刻不容缓的地步。我国是世界燃煤发电的第一大国，排出的粉煤灰是世界之冠，97年粉煤灰的总排放量已达1.6亿吨，目前利用率约在30%，主要用于筑路基和回填，建材业所用不多，每年有一亿多吨未能利用的粉煤灰，储存于灰库中。每年需征地五万亩土地储灰，目前贮存一吨灰的建库费和运行费约需10100元，粉煤灰用于筑路，受地区、时间的限制，使用不均衡，一旦干线基本建成，粉煤灰的出路马上又成问题。因此必须大力研究开发利用粉煤灰，生产适合建筑业需要的墙体材料，特别是粉煤灰小型空心砌块、地砖、面砖等新型建材，实现产业化，使粉煤灰综合利用走上康庄之道。国家对粉煤灰开发利用非常重视，一批科技专家致力于这一事业，对推动我国粉煤灰综合利用作出了重要贡献，如上海粉煤灰砌块在6070年代曾占全市墙材的60%。但到了70年代后期，由于发现粉煤灰砌块建筑存在诸如裂缝、粉刷脱落、装修困难，施工不方便等缺点，当时没有认真的总结、研究、提高和改进，包括建筑结构体系的改进，而是一下子给否定了。“坏名声”一直影响到现在，给今天的粉煤灰建材的发展带来了深重的不良影响。其实那时的粉煤灰砌块以生石灰为激发剂，通过高温压固化成材，材料安定性欠佳、砌块内部存在不利的温度应力，干缩率较大，表面光滑等缺点，再加上沿用砖混结构建筑体系，不可避免的造成了上述毛病。但是，近10年来科技成果有了新的发展。中国建材研究院有关专家经多年研究和生产实践推出的粉煤灰小型空心砌块生产技术，生产出的粉煤灰砌块性能有了很大的提高，许多方面都超过了粘土砖，用这种新型建材盖出了多幢六层住宅楼，经有关部门鉴定受到专家的肯定。同时也受到用户和房地产发展商的欢迎。根据北京、江苏、安徽、上海等地的实践证明，粉煤灰小型空心砌块做为新型墙体材料大有发展前景。它大量利用粉煤灰，防止了对环境的污染和破坏，同时还提高了建筑使用功能和降低了建筑造价。真正做到了集经济效益、社会效益和环境效益于一身，是利在当代，功在千秋，造福子孙后代的绿色环保好建材。大掺量粉煤灰高性能砼的应用时间：2006-4-6 17:26:42 编辑：煤炭网1前言粉煤灰砼是随着现代砼技术的进步而发展起来的一种经济的改性砼，已经历了半个多世纪的发展历史。早在1932年，美国电力部门就开始对粉煤灰在砼中的应用进行了研究，并于40年代中期通过不少水坝工程砼中掺加粉煤灰的成功试点，首先在蒙大拿州的饿马坝这一大型工程中大规模应用粉煤灰，成为粉煤灰砼技术发展史上的第一块里程碑。50年代和60年代，因发展能源工业的需要，世界范围内火力发电工程增多，粉煤灰产量也随之剧增，对粉煤灰性质的认识逐渐深化，粉煤灰砼经历了广泛的实用阶段。事实证明，实用结果令人惊喜，粉煤灰砼在经济性、工作性以及耐久性等方面大大超过了普通砼。此后，粉煤灰砼的应用越来越受重视，直到80年代已发展成为现代砼的基本材料。同时，其它国家也发展了许多先进技术，比如说英国最先开发了优质粉煤灰，最早发展了胶凝效率系数的原理和应用;日本则长期研究粉煤灰砼的耐久性等。我国的粉煤灰砼技术发展起步于50年代中期，1954年，国家财经委在编制并颁布的“关于在基本建设工程中使用水泥暂行规定”中，就确定了粉煤灰作为“水硬性混合材料”掺入水泥熟料中生产水泥，其掺量为15%20%。随着科研单位对粉煤灰掺入砼中的系统研究和在工程中的应用实践，特别是在水工工程中的应用后，在建筑工程中也得到推广应用，并取得了十分显著的效果。近10多年来，国家为了更系统广泛地在建筑工程中使用粉煤灰，先后制定并颁布了一些国家标准和规程，如用于水泥和混凝土的粉煤灰GB1596-95;硅酸盐建筑制品用粉煤灰JC409-1;粉煤灰混凝土应用技术规程GBJ146-90以及粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程JOJ28-86等。我国粉煤灰砼研究应用的特点是研究较早，开发较迟，发展势头迅猛，发展前景广阔。近年来，国内外许多专家学者纷纷致力于研究和开发掺入粉煤灰和高效减水剂制备的高性能砼。美国P.K.Mehta教授证明在低水泥用量(约150kg/m3）、高粉煤灰掺量(190210kg/m3）的条件下，掺高效减水剂和引气剂，可以制备出各种性能都相当优异的高性能砼。与其它品种的火山灰相比，粉煤灰具有材源、性能等方面明显的优势，毫无疑问，它已成为砼的“第六组分”，必将得到越来越广泛的应用。2大掺量粉煤灰高性能砼的社会经济意义随着工业化的发展，能源危机、环境污染、矿物资源枯竭等问题越来越突出。以电力工业为例，我国发电以火电为主，目前，电厂粉煤灰年排放量达9000多万吨，占地30多万亩，而且排放量增长率剧增，已成为社会一大公害。另一方面，建筑工业每生产1吨水泥熟料，排放1吨CO2气体，耗煤0.2吨。按可持续发展战略，硅酸盐水泥和常规砼的生产必将受到越来越严格的限制。众所周知，在砼中掺入一定量的粉煤灰，会对砼的许多性能有显著改善，然而目前我国砼中掺入的粉煤灰量，一般都在取代水泥的20%左右，很少达到30%。如此小规模地利用粉煤灰制备砼无法抑制日益大量排放、堆积如山的粉煤灰。据国家有关部门预测，我国粉煤灰年排放量2000年将达到1.6亿吨，而2000年的计划综合利用量为6000万吨，即是说2000年将有1亿吨粉煤灰贮存起来，如果把10多年前尚在贮存的粉煤灰加起来，2000年将有56亿吨粉煤灰贮存量，再这样下去，后果将不堪设想。因此建材工业的发展必须依靠调整结构，节能利废，减少污染。砼能否长期作为最主要的建筑材料，关键在于能否成为绿色材料，能否节约能源，处理工业废渣，减少环境污染。然而多年来，由于存在着观念以及技术上的障碍，人们在粉煤灰的掺量问题上一直持比较保守的态度。大掺量粉煤灰高性能砼着眼于更充分地利用粉煤灰的潜在活性，减少水泥用量，降低砼生产成本;变废为宝，化害为利，节约堆放粉煤灰的大量宝贵土地;更大发挥高性能优势，改善砼工作性、耐久性;从我国的实际国情出发，由于砼强度等级普遍偏低，若将高性能砼强度限制在C50C60以上，则势必窒息其发展。我国著名建材专家吴中伟院士认为，应将高性能砼的强度下限降至C30左右，增加对粉煤灰等掺合材的利用率，扩大绿色高性能砼的应用范围，可取得更大的环境与技术经济效益。大掺量粉煤灰高性能砼与普通砼经济性的比较参见下表。不同粉煤灰掺量高性能砼与普通砼经济比较编号 胶凝材料总量(kg/m3) 粉煤灰等量取代率(%) 水泥造价(元/m3) 粉煤灰造价(元/m3) 总造价(元/m3) 造价比率(%) 节省费用(元/m3)1 540 0 205.2 0 205.2 100 30 143.6 32.4 176.0 85.8 29.240 123.1 43.2 166.3 81.0 38.950 102.6 54.0 156.6 76.3 48.62 500 0 190 0 190 100 30 133 30 163 85.8 2740 114 40 154 81.1 3650 95 50 145 76.3 453 480 0 182.4 0 182.4 100 30 127.7 28.8 156.5 85.8 25.940 109.4 38.4 147.8 81.0 34.650 91.2 48.0 139.2 76.3 43.2注:(1)其它材料用量均相同;(2)普通硅酸盐水泥单价:380元吨;(3)粉煤灰复合超细粉单价:200元吨。3粉煤灰高性能砼的性能粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒，比水泥粒子小得多，比表面积极大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝。掺入砼中的粉煤灰主要产生以下几方面影响:(1)活性效应:在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以砼早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中