机械活化粉煤灰微粉对水泥性能的影响.pdf

广东建材2 0 0 5 年第5 期 水泥与混凝土 机械活化粉煤灰微粉对水泥性能的影响 曾昌伍 合肥水泥研究设计院 摘 要 水泥粉磨时 中间介质的加入有助于水泥的细化和水泥性能的提高 有利于水泥潜力的挖掘 本文讨论超细粉煤灰的中间介质作用 超细粉煤灰 的掺入形式有两种 一是超细粉煤灰按一定 比例掺入水 泥中共 同粉磨一定时间 试验样 二是超细粉煤灰和 水泥分别粉磨相同的一定时间 然后按一定比例混合 基准样 比较同掺量同粉磨时间的试验样和标准样 的性能 可知超细粉煤灰的中间介质作用 试验结果表明 在水泥粉磨过程中掺入的粉煤灰起 了中间介质的作用 细化水泥 破坏其表面 使裂纹缺增 加 提高了水泥活性和强度 掺量为 2 5 时 其破坏水 泥熟料表面效果最佳 掺量为 5 时 其细化水泥效果最 好 1 综述 1 1 机械活化概述 1 1 1 机械活化概念及效应 机械活化即固体物质在机械力作用下被粉碎 颗粒 尺寸减小同时引起物质的晶格缺陷 畸变 结晶度降低 甚至变为无定型物质的过程 它导致固体物质的性质变 化 化学活性提高 降低它和其它物质反应的条件 甚至 诱发新的化学反应 机械力对固体物质的作用可 以归纳为 1 物理效应 颗粒和晶粒细化 产生裂纹 表观和真 密度变化 比表面积增大 2 晶态物质 产生晶格缺 陷 晶格畸变 结晶度 降 低 甚至无定形化 晶型转变 3 化学变化 含结晶水或 o H羟基的脱水 降低体系 反应活化能 形成新化合物的晶核或结晶 形成合金或 固溶体 化学键的断裂 体系发生化学变化 可以看出 机械活化反应相 当复杂 在强大机械力 作用下 固体受到剧烈的冲击 结构发生破坏 局部可能 产生等离子体过程并伴随有受激 电子发射 诱发物质间 的化学反应 减低反应温度和活化能 1 1 2 应用机械活化的优缺点 1 经粉磨设备处理过的原材料 不仅颗粒度减少 比表面积增大 而且由于反应活性的提高 在以后的热 处理过程中可以大幅度地降低烧成温度 2 由于机械处理 使多组分的原料在细化的同时得 到均化 特别是微均化的程度提高 使制备的产品性能 更好 3 缺点是常需要长时间的机械处理 能量消耗大 研磨介质的磨损还会造成对物料造成污染 相比之下 其技术也较为复杂 克服的办法 可以采取短时间较缓 慢 的处理 同时以制备前驱体为 目标 这种方法 S e n n a 把它称为软机械活化过程 1 2 机械活化在水泥领域的应用 研究 机械活化在水泥科学领域的研究大体可归纳为 粉 磨提高物料颗粒的细度 同时提高反应活性 提高水泥的 水化速率改变水泥的性能 总的来说研究并不很充分 提高水泥粉磨细度可以加速水泥水化的速率 这是 共知的 它的作用主要从影响颗粒尺寸分布来认识 很 少涉及对颗粒的其它作用 对于改善材料性能 机械活化是一个有发展前景的 方法 目前机械活化在水泥方面的应用研究主要集中在 粉磨水泥熟料或混合材 提高水泥的性能和加大混合材 的掺量 以少量粉煤灰作为助磨剂用于水泥熟料粉磨过 程的研究还未深入 2 机械活化对水泥的性能影响的研究思 路 2 1 选题的目的 意义和应用前景 迄今为止 在机械活化对水泥性能影响的研究中 大家把矿渣和粉煤灰主要作为混合材用 我的研究思路 是把粉煤灰作为中间介质 少量掺入水泥熟料中 使水 泥在粉磨过程中被粉煤灰撞击细化 同时由于粉煤灰的 撞击在微粒表面产生裂纹和缺 陷 借此增强水泥的活 性 挖掘水泥性能的潜力 如果实验效果好 就可利用粉煤灰代替成本高 来 源少的硅灰作为中间介质 克服硅灰来源不足成本高的 一 2 5 维普资讯 水泥与混凝土 广东建材2 0 0 5 年第5 期 缺点 降低成本 扩大水泥粉磨能力 提高水泥的性能 开发水泥的潜力 2 2 研究的内容和目 标 测定粉煤灰不同掺量 不同细度对水泥净浆各项性 能的影响 2 3 研究方案 粉煤灰一化学分析一不同比例掺入水泥中 超细加 工至不同细度一按水泥标准检验 凝结时间 净浆强度 3 d 7 d 2 8 d 通过上述实验 研究掺入量 粉磨细度对水泥净浆 强度的影响 3 原料及实验方法 3 1 实验原料 1 水泥 4 2 5 普通硅酸盐水泥 大连 山水泥厂生产 熟料化学成分见表 l 2 粉煤灰取 自南京华能热电厂 化学成分见表 l 表 1原料化学成分 材料 原料化学成份 名称 C a O M g F e 2 0 3 S i O 2 A 1 2 0 3 碱度 I烧失量I f C a 水泥 6 5 5 8 1 4 3 4 7 l 2 1 3 O 4 9 6 0 4 O J 2 8 4 粉 煤灰 5 8 3 0 5 6 0 5 6 5 2 7 4 2 5 4 2 0 8 0 2 3 0 l 3 2实验原料配比及加工 粉煤灰在振动磨 中振动 8 0分钟后作为初始粉煤 灰 此粉煤灰的比表面积测得为 9 3 l m z k g 为了对 比 选两种掺入方式 一种是初始粉煤灰按 一 定 比例掺入水泥中然后粉磨一定时间 称为实验 样 一种是初始粉煤灰和水泥都分别振动相同的时间 然后按一定 比例混合 称为基准样 这样实验样与基 准样比例相同 粉磨时间相同 只是混合方式不同 就可 以进行对比了 初始粉煤灰的掺量选为 2 5 5 1 0 粉磨时间选 为 0 5 l 0 2 0分钟 这样形成 1 2 3 4 实验样 对应 形成 l 2种基准样 3 3实验方法 3 3 1 水泥比表面积的测定 依 G B T 8 0 7 4 1 9 8 7 水泥 比表面积 的测定法 测 定 3 3 2水泥凝结时间的测定 依 G B 1 3 4 6 1 9 8 9 水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性检验方法 测定 在温度 2 0 3 相对湿度大于 2 6 9 0 的标准条件下养护 3 3 3 水泥净浆抗压强度的测定 采用小试样 2 2 2 c m 水灰 比 0 2 7 在标准条件 下养护 脱模 测其 3天 7天 2 8 天抗压强度 4实验结果与分析 4 1 试样比 表面积及分析 表2 掺粉煤灰对水泥比表面积的影响 掺量 振动时间 m i n O 5 l O 2 0 样品类别 比表面积 m Z k g 0 2 9 0 3 4 0 3 6 5 3 9 0 基准样 2 9 l 3 4 l 3 6 8 3 9 5 2 5 试验样 2 9 l 3 7 3 4 0 l 4 5 9 基准样 2 9 3 3 4 3 3 7 O 4 0 l 5 试验样 2 9 3 3 8 6 4 2 3 4 6 7 基准样 2 9 6 3 4 7 3 7 9 4 l 3 l 0 试验样 2 9 6 3 5 2 3 9 6 4 3 4 l 0 0 4 5 5 5 l 8 5 3 2 5 6 8 结果分析 4 1 1 粉煤灰掺量对水泥比表面积的影响 由表 2数据可以看出 水泥比表面积随粉煤灰的掺 量增加而增大 掺量为 5 时比表面积最大 然后随掺量 的增加而减小 这可能是因为少量粉煤灰在水泥中起到 了助磨剂作用 有助于水泥的粉磨 但当粉煤灰的含量 超过 5 粉煤灰在水泥中起混合材的作用 所以比表面 积又会下降 4 1 2 粉磨时间对水泥比表面积的影响 由表 2数据可以看 出 随粉磨时间的增加 比表面 积增加 这是机械力的物理效应 使颗粒细化 比表面积 增加 4 1 3 不同 粉磨方式对水泥比表面积的影响 从表 2数据可以看 出 试验样比基准样 比表面积 大 说明少量掺入的粉煤灰确实起到了助磨剂的作用 4 2 水泥凝结时间的测定 见表3 结果分析 4 2 1 粉煤灰掺量对水泥凝结时间的影响 由表 3数据可以看出 掺量 2 5 的水泥凝结时间 比掺量 1 0 的水泥凝结时间短 这是因为掺量 2 5 水泥 比表面积 比掺量 1 0 水泥的比表面积大 熟料中的铝酸 三钙水化速度加快 因此 用作助磨剂粉煤灰掺量应根 据表 2 控制在 5 以下为好 4 2 2 粉磨时间对水泥凝结时间的影响 维普资讯 广东建材2 0 0 5 年第5 期 水泥与混凝土 表3 水泥凝结时间 掺量 振动时间 样品类别 初凝 h m 终凝 h m 1 0 0 2 5 0 3 2 0 4 4 5 2 5 5 基准样 2 5 5 4 1 7 2 5 2 0 2 4 7 4 0 9 2 5 5 试验样 2 4 6 4 0 5 2 5 2 0 2 3 8 3 2 8 1 0 0 3 4 1 5 0 7 1 0 5 基准样 3 2 8 4 4 7 1 0 2 0 3 2 1 4 3 4 1 0 5 试验样 3 1 6 4 1 9 1 0 2 0 3 0 3 3 51 表4 水泥净浆抗压强度 强度 M P a 掺量 振动时间 m i n 样品类别 3 d 7 d 2 8 d 5 O 3 9 5 1 5 6 7 8 6 9 6 2 2 5 0 4 2 5 5 5 8 9 8 7 4 3 5 2 5 5 5 7 1 3 7 0 2 0 7 8 0 3 2 5 1 0 试验样 6 4 1 9 7 2 8 3 7 8 7 7 2 5 2 0 6 7 8 0 7 5 2 4 8 0 0 0 2 5 0 4 2 5 5 5 8 9 8 7 0 3 5 2 5 5 4 6 0 1 6 1 5 0 7 2 7 3 2 5 1 0 基准样 4 8 3 5 6 2 1 1 7 3 5 4 2 5 2 0 4 9 4 3 6 4 1 3 7 5 1 0 5 0 3 7 3 0 5 6 8 4 6 5 2 3 5 5 4 8 5 5 6 2 7 8 7 1 0 7 5 1 0 试验样 5 5 4 8 6 6 8 0 7 3 3 8 5 2 0 5 9 5 4 6 7 8 2 7 7 8 3 5 0 3 7 3 0 5 6 8 4 6 5 2 3 5 5 基准样 4 4 2 0 5 8 5 8 6 8 3 8 5 1 0 4 9 1 0 6 1 8 6 7 0 8 5 5 2 0 5 1 8 4 6 2 8 9 7 3 8 7 1 0 0 3 6 1 0 5 1 8 2 6 2 6 4 1 O 5 4 4 5 8 5 7 9 8 6 6 7 2 1 0 1 2 试验样 4 7 1 7 6 1 1 3 6 8 1 7 1 0 2 0 5 1 1 0 6 2 2 5 7 1 1 1 1 0 0 3 6 1 0 5 1 8 2 6 0 6 4 1 0 5 4 2 0 0 5 5 3 0 6 4 0 5 1 0 1 0 基准样 4 4 4 9 5 9 7 8 6 7 0 3 1 0 2 0 4 8 1 5 6 1 0 3 7 0 5 5 由表 3数据可以看出 随粉磨时间的增加 凝结时 间变短 这与表 3随粉磨时间变长 水泥 比表面积增大 相对应 水泥越细 铝酸三钙水化速度越快 所以凝结时 间变短 4 2 3 不同粉磨方式对水泥凝结时间的影响 由表 3数据可以看出 试验样 比基准样凝结时间 短 这是因为试验样比基准样细度大同时也因为作为助 磨剂的粉煤灰撞击水泥表面时产生缺陷 这些因素都有 利于铝酸三钙的水化 所以凝结时间变短 4 3 水泥净浆抗压强度的测定 见 表4 结果分析 4 3 1 粉煤灰掺量对水泥净浆抗压强度的影响 由表 4数据可以看出 随试验样中粉煤灰掺量的增 加 水泥净浆抗压强度下降 由前面细度测定知掺量为 5 时水泥细度最大 按常理应该是掺量为 5 时水泥强 度最大 但实验结果却是掺量为 2 5 时水泥强度最大 这可能是因为掺量为 2 5 时 作为助磨剂的粉煤灰撞 击水泥熟料表面 造成水泥熟料表面的裂纹多 缺陷多 以致水泥活性大大增加 在 3天 7天 2 8天强度形成中 裂纹和缺陷引起的反应活性作用大于细度引起的活性 作用和致密作用 4 3 2 不同粉磨方式对水泥净浆抗压强度的影响 由表 4数据可以看出 随粉磨时间的增加 水泥净 浆抗压强度增大 这是因为粉磨时间长 水泥熟料细度 增大 表面的裂纹多和缺陷增多 水泥活性增大 同时浆 体致密化程度也较高一些 4 3 3 不同 粉磨方式对水泥净浆抗压强度的影响 由表 4数据可 以看出 试验样比基准样强度大 这 是因为粉煤灰在试验样中起到了助磨剂作用 使试验样 中水泥熟料更细化 同时使其表面产生裂纹多和缺陷 提高了水泥浆体致密程度 因而提高了水泥浆体强度 5 通过试验得出如下结论 1 在水泥熟料粉磨过程中 掺入的少量粉煤灰确实 起到了助磨剂作用 能使水泥细度更大 凝结时间变短 水泥强度提高幅度大 早期强度提高尤为明显 2 在水泥熟料粉磨过程中 掺入的少量粉煤灰与水 泥粉混合均匀 粉煤灰均匀填充在水泥空隙间 3 作为助磨剂 粉煤灰掺量为 2 5 时 其破坏水泥 熟料表面使之产生裂纹和缺陷的效果最佳 掺量为 5 时 粉煤灰使水泥熟料细化的效果最佳 掺量达到 1 0 时 掺入的粉煤灰其细化及破坏效果皆受到影响 此时 粉煤灰已部分起到了混合材作用 因此 掺量以 2 5 5 为宜 6展 望 机械活化作为一个新领域 涉及知识较多 应用范 围也很广 就水泥领域来说 才刚刚起步 停留在粉磨的 一 2 7 维普资讯 水泥与混凝土 广东建材2 0 0 5 年第5 期 石屑混凝土的研究与应用 胡海琳 广州市番禺区建设工程质量监督检测中心5 1 1 4 0 0 梁 松杨医博 华南理工大学建筑学院5 1 0 6 4 0 范庆新 广东工业大学建设学院5 1 0 6 4 0 摘 要 本文就石屑的特征 石屑混凝土的性能以及应用石屑混凝土时需注意的问题进行了评述 指出石屑混凝土具有 良好的经济效益和社会效益 应大力推广 关键词 石屑 混凝土 1 前言 砂是混凝土的基本材料之一 在我国建筑用砂 以河 砂为主 由于近年来基础工程建设的增加以及城市化的 加速 我国的混凝土产量年年攀升 对建筑用砂的需求 也逐年增加 但 由于河砂限制开采等方面的原因 市场 上河砂的供应 日趋紧张 砂的质量也有下降的趋势 以北京为例 目前北京市每年需要建筑用砂 1 0 0 0 多万吨 而国营建材企业每年只能提供 9 0 万吨砂 其余 大多数来 自乡镇 个体企业的 自行开采 由于砂形成的 自然原因限制和一些企业质量意识较差 砂的质量按国 家标准检测多数不合格 据北京建工学院建材试验所对 近两年工程施工单位送检的砂样检测结果进行统计 级 配不合格的砂为 7 5 1 9 9 5 年为 6 8 1 9 9 6年为 8 3 因含泥量或泥块含量超标不能配制 c 3 0以上混凝土的 砂为 5 1 细度模数低于 2 3的细砂为 5 9 1 9 9 5年为 5 4 1 9 9 6 年为 6 5 由此造成配制混凝土多用水泥或 工程质量下降 天然河砂是不可再生资料 今后砂资源只能越来越 少 质量越来越差 而工程建设对砂 的需求量却在逐年 增加 对其质量要求也是日益提高 因此 必须考虑采用 其它材料代替河砂 在取代河砂的材料方面 一个是采 用海砂或山砂 但海砂必须进行冲洗以降低氯离子含 细度和比表面积的变化对水泥性能的影响 没有深入真 正的机械力化学领域 以粉煤灰的超细粉磨为例 粉磨 过程 它的表面是否起变化