摘要 采用選擇溶解法研究了粉煤灰細(xì)度對(duì)石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰反應(yīng)程度的影響。結(jié)果表明，隨著粉煤灰比表面積的增加以及水化齡期的延長(zhǎng)，石景山粉煤灰水泥以及寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度不斷增大。 在相同比表面積，相同粉煤灰摻量情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰。
關(guān)鍵詞 粉煤灰 細(xì)度 比表面積 反應(yīng)程度
中圖分類(lèi)號(hào)TQ172
0前言
確定水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰參與體系水化的反應(yīng)程度,對(duì)評(píng)價(jià)它們的反應(yīng)活性及其對(duì)該體系結(jié)構(gòu)形成的貢獻(xiàn)、研究復(fù)合體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、評(píng)估水化漿體體系的穩(wěn)定性等具有重要意義。目前，測(cè)定水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰反應(yīng)程度的化學(xué)方法主要是選擇性溶劑溶解法。
S.Ohsawa等人[1]分別采用了鹽酸選擇溶解法、苦味酸選擇溶解法、水楊酸選擇溶解法測(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度，S. Li等人[2]采用了苦味酸選擇溶解法測(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度。鹽酸是測(cè)定水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰等火山灰質(zhì)材料反應(yīng)程度的選擇性溶劑之一，國(guó)內(nèi)許多研究者采用鹽酸溶解法測(cè)定了粉煤灰的反應(yīng)程度[3-9]，我國(guó)國(guó)標(biāo)也采用鹽酸溶解法來(lái)測(cè)定水泥中火山灰質(zhì)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[10]。上述文獻(xiàn)中采用選擇性溶解法對(duì)于粉煤灰反應(yīng)程度的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：粉煤灰摻量的影響[3，6，9]，粉煤灰種類(lèi)的影響[4，5]，養(yǎng)護(hù)制度的影響[8]，養(yǎng)護(hù)溫度的影響[3]，水膠比的影響[6]。關(guān)于粉煤灰細(xì)度對(duì)于粉煤灰反應(yīng)程度的影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，本文選取兩種粉煤灰，對(duì)不同粉煤灰種類(lèi)、不同粉煤灰細(xì)度、不同養(yǎng)護(hù)齡期下水泥-粉煤灰復(fù)合體系中粉煤灰的反應(yīng)程度進(jìn)行系統(tǒng)研究。
1原材料及試驗(yàn)方法
1．1試驗(yàn)原材料
硅酸鹽I型水泥：將北京琉璃河水泥廠生產(chǎn)的水泥熟料與石膏按95：5的質(zhì)量比混合，采用試驗(yàn)室球磨機(jī)粉磨30分鐘，配制成水泥。
石景山粉煤灰：北京石熱粉煤灰公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。
寶鋼粉煤灰：上海寶鋼電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。
拌合用水：去離子水。
水泥熟料和粉煤灰的化學(xué)組成及粉煤灰特性指標(biāo)如表1所示。從表1可以看出，石景山粉煤灰的氧化鈣含量較低，屬于低鈣粉煤灰；寶鋼粉煤灰氧化鈣含量大于 10%，屬于高鈣粉煤灰。
1．2試驗(yàn)方法
將石景山粉煤灰以及寶鋼粉煤灰分別用球磨機(jī)粉磨至比表面積為400±10m2/kg、500±10m2/kg、600±10m2/kg、700±10m2/kg。然后按設(shè)定配比成型水泥漿體，水膠比為0.5，密閉于塑料自封袋，置于20±1℃水中養(yǎng)護(hù)至預(yù)定齡期。將養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間的水化漿體從塑料自封袋中取出，采取以下步驟處理：（1）硬化漿體小碎片先浸泡于異丙醇中24h，然后再在無(wú)水乙醇中浸泡24h；（2）在三頭磨中加無(wú)水乙醇磨細(xì)；（3）抽濾，用無(wú)水乙醇沖洗；（4）在真空干燥器中干燥24h。
將試樣從真空干燥器中取出，分為兩份，一份置于馬弗爐中于950℃下灼燒至恒重，另一份參照GB12960-2007《水泥組分的定量測(cè)定》，經(jīng)適當(dāng)修改后，用鹽酸選擇溶解法測(cè)定試樣中未反應(yīng)的粉煤灰數(shù)量，進(jìn)而求出粉煤灰的反應(yīng)程度。鹽酸選擇性溶解法的基本原理是：水泥及其水化產(chǎn)物溶于鹽酸，粉煤灰不溶于鹽酸，因此，可以通過(guò)鹽酸選擇溶解法，將水泥及其水化產(chǎn)物和未水化的粉煤灰分離開(kāi)來(lái)。鹽酸選擇溶解法的分解液按1份鹽酸加2份去離子水的比例混合而成，用此溶液在40±2℃溶解水化樣品，過(guò)濾后的殘?jiān)娓芍梁阒??？鄢勖夯抑腥芙庥邴}酸的部分和水泥中不溶于鹽酸的部分，就可求出未反應(yīng)的粉煤灰的百分率，進(jìn)而得到粉煤灰的反應(yīng)程度。
粉煤灰反應(yīng)程度計(jì)算方法如下：
αF=1-[WH/(1-Wn)-WC，0WC，H]/WF，0WF，H
Wn=(WL-LC)/(1-LC) WL=(m0-m950)/m0 LC=(1-β)Lp+βLf
式中，αF—粉煤灰反應(yīng)程度；WH—水化樣鹽酸不溶物含量；WC，0-水化樣中水泥的原始質(zhì)量分?jǐn)?shù)；WC，H-水泥的鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)；WF，0-水化樣中粉煤灰的原始質(zhì)量分?jǐn)?shù)；WF，H-粉煤灰的鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Wn—水化樣中非蒸發(fā)水的量；WL—水化樣的燒失量；m0—灼燒前水化樣的質(zhì)量；m950—經(jīng)950℃灼燒后水化樣的質(zhì)量；LC—未水化的粉煤灰水泥混合物的燒失量；Lp—水泥的燒失量；Lf—粉煤灰的燒失量；β—水泥粉煤灰混合物中粉煤灰的原始質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰反應(yīng)程度測(cè)定
不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣的試驗(yàn)漿體組成如表2所示，選擇性溶解法測(cè)得的水化樣中非蒸發(fā)水量、水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度分別如表3及表4所示。
表2 不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣試驗(yàn)漿體組成(w%)
注：P代表硅酸鹽I型水泥；F石400、F石500、F石600、F石700分別代表比表面積為400±10m2/kg、500±10m2/kg、600±10m2/kg、700±10m2/kg的石景山二級(jí)粉煤灰。
表3 不同細(xì)度石景山粉煤灰水泥水化樣中 非蒸發(fā)水量(w%)
從表3可以看出，隨著粉煤灰比表面積的增加，石景山粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量在增加；隨著齡期的延長(zhǎng)，石景山粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量也在增加。粉煤灰水泥的水化樣在各齡期的非蒸發(fā)水含量均明顯比硅酸鹽I型水泥水化樣的要小。
從表4可以看出，石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度在14d以前較小，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在14d的反應(yīng)程度僅為2.5%左右；28d以后石景山粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在60d的反應(yīng)程度為9.11%，而比表面積為700±10m2/kg的石景山粉煤灰在60d的反應(yīng)程度可達(dá)15.70%。細(xì)度對(duì)石景山粉煤灰的反應(yīng)程度有較大影響，比表面積為400±10m2/kg的石景山粉煤灰在28d的反應(yīng)程度為4.69%，而比表面積為700±10m2/kg的石景山粉煤灰在28d的反應(yīng)程度可達(dá)8.47%，二者相差近一倍；其它齡期不同細(xì)度石景山粉煤灰的反應(yīng)程度也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。
2．2不同細(xì)度寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰反應(yīng)程度測(cè)定
不同細(xì)度寶鋼粉煤灰水泥水化樣的試驗(yàn)漿體組成如表5所示，選擇性溶解法測(cè)得的水化樣中非蒸發(fā)水量、水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度分別如表6及表7所示。
表5 不同細(xì)度寶鋼粉煤灰水泥水化樣試驗(yàn)漿體組成(w%)
注：配比中P代表硅酸鹽I型水泥；F寶400、F寶500、F寶600、F寶700分別代表比表面積為400±10m2/kg、500±10m2/kg、600±10m2/kg、700±10m2/kg的寶鋼二級(jí)粉煤灰。
表6 不同細(xì)度寶鋼粉煤灰水泥水化樣中
從表6可以看出，隨著粉煤灰比表面積的增加，寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量基本上在增加；隨著齡期的延長(zhǎng)，寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量也在增加。粉煤灰水泥的水化樣在各齡期的非蒸發(fā)水含量均明顯比硅酸鹽I型水泥水化樣的要小。
表7 不同細(xì)度寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度(%)
從表7可以看出，寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度在14d以前較小，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在14d的反應(yīng)程度僅為3.5%左右；28d以后寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在60d的反應(yīng)程度為11.42%，而比表面積為700±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在60d的反應(yīng)程度可達(dá)17.53%。細(xì)度對(duì)寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度有較大影響，比表面積為400±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在28d的反應(yīng)程度為4.77%，而比表面積為700±10m2/kg的寶鋼粉煤灰在28d的反應(yīng)程度可達(dá)13.35%，二者相差近兩倍；其它齡期不同細(xì)度寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。
對(duì)比表7與表4可以看出，在相同比表面積情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的觀點(diǎn)，粉煤灰中水化活性最高的組份是CaO和MgO，原始含量中的四分之三都將參與水化反應(yīng)，寶鋼粉煤灰中CaO含量比石景山粉煤灰要高，由此就不難解釋為什么寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度高于石景山粉煤灰了。
3結(jié)論
?。?） 隨著粉煤灰比表面積的增加以及水化齡期的延長(zhǎng)，石景山粉煤灰水泥以及寶鋼粉煤灰水泥水化樣的非蒸發(fā)水含量在增加， 水化樣中粉煤灰反應(yīng)程度不斷增大。
?。?） 石景山粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度在14d以前較小， 28d以后石景山粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大。
?。?） 寶鋼粉煤灰水泥水化樣中粉煤灰的反應(yīng)程度在14d以前較小， 28d以后寶鋼粉煤灰的反應(yīng)程度逐漸增大。
?。?） 在早齡期時(shí)，粉煤灰細(xì)度對(duì)粉煤灰的反應(yīng)程度影響較大，隨著水化齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰細(xì)度對(duì)粉煤灰反應(yīng)程度的影響逐漸減小。
?。?） 在相同比表面積、相同粉煤灰摻量情況下，寶鋼粉煤灰在各齡期的反應(yīng)程度均要高于石景山粉煤灰，這是因?yàn)閷氫摲勖夯抑蠧aO含量較高的緣故。
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