不同高鈣粉煤灰化學成分分析及對復合水泥的影響研究

摘 要：以陜北某地區(qū)高鈣粉煤灰和脫硫石膏作為添加劑制備復合水泥，分別研究了不同石膏摻量、不同種類激發(fā)劑、不同磨機、不同熟料對復合水泥強度的影響。結(jié)果表明，復合水泥中天然石膏的摻量為5%時，有利于強度的增長；在不同的天然石膏摻量下不同激發(fā)劑對復合水泥的強度影響規(guī)律不一致且與球磨機種類有關；熟料的種類對復合水泥的強度以及強度發(fā)展來說至關重要，在同樣的粉磨制度下，品質(zhì)好的熟料中活性的組分種類多且含量高，因此對強度的貢獻就越大，同時對高鈣粉煤灰的激發(fā)作用也就越明顯。

關鍵詞：高鈣粉煤灰；復合水泥；強度

中圖分類號：TQ172.71 + 5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0095-04

Analysis of chemical composition of different high-calciumfly ash and its effect on composite cement

XI Jiashuo 1 ，ZHANG Xuan 2

（1. Shanxi Youser Yulin New Material Limited liability Company Co.，Ltd.，Yulin 719300，Shaanxi China；2. Shenmu Vocational and Technical College Co.，Ltd.，Yulin 719301，Shaanxi China）

Abstract：Fly ash with high content calcium and desulfurized gypsum from a certain area of Northern Shaanxi wereused as additives to prepare composite cement. The influences of different gypsum content，different activator，differ?ent mill and different clinker on the strength of composite cement were investigated. The results showed that whenthe content of natural gypsum in composite cement was 5%，it was conducive to the growth of strength. Under differ?ent natural gypsum dosages，the influence of different activators on the strength of composite cement was inconsis?tent，and it was related to the type of ball mill. The type of clinker was very important to the strength and strength de?velopment of composite cement. Under the same grinding system，the active components in the good quality clinkerwere many types and the content was high，so the contribution to the strength was greater，and the excitation effecton the high-calcium fly ash was also more obvious.

Key words：high calcium fly ash；composite cement；strength

粉煤灰是燃煤火力發(fā)電廠產(chǎn)生的主要固體廢棄物，一般含有大量球形度較好的玻璃體顆粒，其主要的成分是硅鋁酸鹽，按照CaO含量的不同，可分為低鈣粉煤灰（CaO含量lt;10%）和高鈣粉煤灰（CaO含量gt;10%）2種 [1] 。目前使用高鈣粉煤灰主要集中在2個方面，水泥與高鈣粉煤灰作為添加劑對泥炭質(zhì)土改良的研究 [2-4] ，通過改變高鈣灰的摻量，研究其對水泥混凝土力學性能、抗?jié)B性能和抗凍性能的影響 [5] ；研究了粉煤灰品質(zhì)對混凝土多項性能的影響 [6] ；通過試驗研究了高鈣粉煤灰水泥的各項性能 [7] ；通過設計正交試驗和激發(fā)試驗，研究了加入高鈣粉煤灰及激發(fā)劑對水泥早期強度的影響 [8] ；基于正交試驗研究了粉煤灰和礦粉摻入比例對預拌混凝土本的影響 [9] 。本文進行了高鈣粉煤灰、脫硫石膏加入水泥制備復合水泥的試驗研究，研究了不同石膏摻量、不同種類激發(fā)劑、不同磨機、不同熟料對復合水泥強度的影響，以期為復合水泥制備提供參考依據(jù)。

1 材料與試驗

1. 1 粉煤灰的基本性質(zhì)

粉煤灰、脫硫石膏及水泥熟料取自于陜西榆林，本次試驗中用到的是細灰，為科學合理的利用粉煤灰，需要對該類粉煤灰進行較為完整的基礎物化性能研究，通過JSM—IT300掃描電鏡試驗，借助掃描電子顯微鏡，從微觀角度觀察粉煤灰的顆粒形貌，圖1為相應的粉煤灰微觀形貌。

1. 2 粉煤灰的化學成分

利用X射線熒光光譜分析原材料的化學組成情況如表1所示?；瘜W成分的結(jié)果表明，粉煤灰原料中的CaO含量高均在20%以上，其中包括了潛在活性的氧化鈣和游離氧化鈣2部分。

1. 3 脫硫石膏化學成分

脫硫石膏主要成分與天然石膏相同為CaSO 4 ·2H 2 O，呈粉末狀。當石灰石純度較高時，脫硫石膏純度一般為90%～95%，含水率一般為10%～15%。

2 結(jié)果與討論

2. 1 不同天然石膏摻量對復合水泥抗壓強度的影響

當原灰取代量為50%時，使用XQM-4L行星式球磨機在確定的制度下，不同天然石膏摻量對復合水泥抗壓強度的影響，如圖2所示。

由圖2可知，不同天然石膏摻量對復合水泥的抗壓強度有一定的影響，在天然石膏摻量為3%時，早期強度的增長率為14.79%；在天然石膏摻量4%時，早期強度的增長率為19.58%；在天然石膏摻量5%時，早期強度的增長率為19.78%。同時考慮經(jīng)濟成本問題，天然石膏的摻量也影響水泥熟料的用量，因此確定復合水泥中天然石膏的摻量為5%時，有利于強度的增長。

2. 2 不同種類激發(fā)劑對復合水泥強度的影響

表2～表4為不同天然石膏摻量下不同種類激發(fā)劑對早期膠砂強度的影響。

由表2～表4可知，在不同的天然石膏摻量下不同激發(fā)劑對復合水泥的強度影響規(guī)律不一致。將3 d強度作為早期性能的評價標準時，上述激發(fā)劑的存在均有一定的強度提升作用。但是可以看到在有氫氧化鈣和氫氧化鋁存在的情況下強度的提升很小，這是因為在水泥水化過程中氫氧化鈣作為水化產(chǎn)物存在于硬化體中，因此氫氧根的存在會在離子層面上抑制水泥熟料的水化進程故強度發(fā)展緩慢。

2. 3 不同磨機對復合水泥抗壓強度的影響

在使用相同熟料和原灰的情況下對比2種球磨機XQM-4L行星式球磨機和φ305×305球磨機對復合水泥強度的影響，不同磨機下復合水泥的強度變化規(guī)律如圖3和圖4所示。

由圖3、圖4可知，在使用φ305×305球磨機時，復合水泥強度的發(fā)展符合GB175—2007通用硅酸鹽水泥標準要求，并且強度發(fā)展規(guī)律符合之前的要求。使用舊熟料時結(jié)果表明，當原灰的取代量為40%時，可達到復合硅酸鹽水泥32.5等級的強度要求；當原灰的取代量為30%時，在可達到復合硅酸鹽水泥32.5等級強度要求的同時早期強度更高；當原灰的取代量為20%時，可達到復合硅酸鹽水泥42.5等級的強度要求，同時達到普通硅酸鹽水泥42.5等級的強度要求。

2. 4 不同熟料對復合水泥抗壓強度及安定性的影響

考慮到水泥熟料種類對復合水泥強度的影響，因此采用 2 種不同的水泥熟料制備不同的復合水泥（天然石膏5%），探究該高鈣粉煤灰對不同熟料種類強度貢獻的差別，以下試驗均采用φ305×305球磨機進行球磨，試驗結(jié)果如圖5和圖6所示。

通過改變熟料種類制備復合水泥時，我們可以看到使用其他熟料時，當原灰取代量為50%時即可達到復合硅酸鹽水泥32.5等級的強度要求，當取代量低于50%時，其制備的復合水泥效果更優(yōu)，尤其在原灰取代量為 40%時，就可獲得普通硅酸鹽 42.5 等級水泥或復合硅酸鹽水泥 42.5 等級水泥。

不同熟料對復合水泥安定性的影響如圖7所示。

由圖7可知，在同樣的粉磨制度下，品質(zhì)好的熟料中活性的組分種類多含量高，因此對強度的貢獻就越大，同時對高鈣粉煤灰的激發(fā)作用也就越明顯。

而且根據(jù)GB/T 175—2007中對復合硅酸鹽水泥安定性要求：沸煮法合格，即雷氏夾法測定值小于5 mm，所以2種水泥熟料的安定性都合格。所以使用該高鈣粉煤灰的情況下，使用更優(yōu)質(zhì)的水泥熟料能很快滿足使用性能的要求。

3 結(jié)語

（1）復合水泥中天然石膏的摻量為5%時，有利于強度的增長；

（2）不同激發(fā)劑的存在對復合水泥強度的提升有一定的影響，但是有氫氧化鈣和氫氧化鋁存在的情況下強度的提升很小；

（3）使用φ305×305球磨機時，當原灰的取代量為40%時，可達到復合硅酸鹽水泥32.5等級的強度要求。當原灰的取代量為30%時，在可達到復合硅酸鹽水泥32.5等級強度要求的同時早期強度更高。當原灰的取代量為20%時，可達到復合硅酸鹽水泥42.5等級的強度要求同時達到普通硅酸鹽水泥42.5等級的強度要求；

（4）在同樣的粉磨制度下，品質(zhì)好的熟料中活性的組分種類多含量高，對強度的貢獻就越大。

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