_粉煤灰活性激发剂的试验研究
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2. Department of Civil Engineering，Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473004，China）
Ab s t ra ct : By the experiments of fly ash mortar，the activating effect of five activators of fly ash（Na2SO4，Ca（OH）2，Na2SiO3，CaSO4，the mixture of Na2SO4 and Ca（OH）2）was compared and the impact of low-calcium fly ash and high-calcium fly ash on the mechanical properties of fly ash mortar was also analyzed.For a high volume fly ash part，in order to improve its early strength，high-calcium fly ash should be chosen and CaSO4 or the mixture of Na2SO4 and Ca（OH）2 should be selected as the activator. Ke y w o rd s : fly ash；activator；mortar
0 引言
粉煤灰是煤燃烧后的烟气中的细灰，具有低的火山灰活性。 粉煤灰的活性主要取决于其内部玻璃体的化学活性，包括玻璃 体中可溶的 SiO2、Al2O3 的含量和玻璃体的解聚能力[1]。要提高 粉煤灰的早期化学活性，必须破坏表面致密玻璃质外壳，使内 部可溶性的活性 SiO2、Al2O3 释放出来，并将网络聚集体解聚、 瓦解[2]。
使用 YA-2000 型电液式压力试验机进行粉煤灰胶砂试件
的抗压强度测试。抗压强度试验在折断后的半截棱柱体上进
行，受压面是试件成型时的两个侧面，面积为 40 mm×40 mm。
半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在±0.5 mm 内，
棱柱体露在压板外的部分约有 10 mm。在整个加荷过程中以
（2 400±200）N/s 的速率均匀地加荷直至破坏。取同一组试件抗
（3）高钙粉煤灰胶砂的抗折强度和抗压强度均比同组的低 钙粉煤灰胶砂高很多，抗折强度分别提高了 872.35%、537.56%、 459.62%、568.26%、516.80%和 210.79%，抗压强度分别提高了 199.84%、171.44%、155.36%、211.09%、143.75%和 110.13%。所 以，粉煤灰的含钙量对抗折和抗压试验结果有决定性的影响，高 钙粉煤灰优于低钙粉煤灰。
总之，要配制高性能的再生混凝土，对选用的再生骨料必 须要进行强化，改善再生粗骨料的性能，化学浆液浸泡强化再 生骨料的效果不如物理强化明显，而且处理剂相对比较昂贵。 如何解决浸泡液的成本问题及尽量避免物理强化所造成的骨 料损伤积累等问题是一个需要关注的问题。试验采用粉煤灰矿粉-熟石灰-硫酸钠处理剂，相对经济合理，可以考虑作为处
·64·
和硅酸钠的激发效果较一般。 （2）与无掺加活性激发剂的 C-0 对比，C-1（2%硫酸钠）和
C-2（2%熟石灰）的抗折强度和抗压强度均有一定程度的降低，抗 折强度分别降低了 20.97%和 10.28%，抗压强度分别降低了 2.76% 和 2.29%；C-3（2%硅酸钠）的抗折强度降低了 7.06%，抗压强度 提高了 7.62%；C-4（2%石膏）和 C-5（1%硫酸钠 +1%熟石灰复合 剂）的抗折强度和抗压强度均有不同程度的提高，抗折强度分别提 高了 44.35%和 11.49%，抗压强度分别提高了 45.15%和 30.72%。 所以，对于高钙粉煤灰来说，在相同粉煤灰活性激发剂用量下， 石膏的效果最佳，其次是硫酸钠熟石灰复合剂、熟石灰、硫酸钠 和硅酸钠基本上无明显的激发效果。
时对低钙粉煤灰和高钙粉煤灰也进行了对比试验分析。对于大掺量粉煤灰构件来说，为了提高其早期强度，应选用高钙粉煤灰，活性激发
剂宜选石膏或硫酸钠熟石灰复合剂。
关键词： 粉煤灰；活性激发剂；胶砂
中图分类号： TU528.042
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2012）09-0063-02
Exp e rim e n ta l s tu d y o n th e a ctiva to rs o f fly a s h
28.57 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57
257.13 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13
0 11.42
0 0 0 5.71
激发剂 /g
熟石灰 硅酸钠
0
0
0
0
11.42
0
0
11.42
0
0
5.71
0
0 0 11.42 0 0 5.71
0 0 0 11.42 0 0
C-5
12.534
2 结果分析
根据粉煤灰胶砂试件的抗折和抗压试验结果，做出抗折强 度对比图和抗压强度对比图，见图 1、2，可看出：
（1）与无掺加活性激发剂的 F-0 对比，F-1（2%硫酸钠）、F-2 （2%熟石灰）、F-3（2%硅酸钠）、F-4（2%石膏）和 F-5（1%硫酸钠 +1% 熟石灰复合剂）的抗折强度和抗压强度均有不同程度的提高，抗折 强度分别提高了 20.59%、55.88%、35.29%、127.45%和 249.02%，抗 压强度分别提高了 7.41%、14.70%、3.70%、78.54%和 86.48%。 所以，对于低钙粉煤灰来说，在相同粉煤灰活性激发剂用量下， 硫酸钠熟石灰复合剂的效果最佳，其次是石膏、熟石灰、硫酸钠
ZHANG Yang 1，2，LI Si-ping 1，CHEN Bing 1，ZHAO She-xu 1 （1. College of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；
按照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行试验， 制得的粉煤灰胶砂试件的几何尺寸为 40 mm×40 mm×160 mm， 每组 3 个试件。粉煤灰胶砂试件制备时，先将称量好的粉煤灰、 水泥、砂、激发剂和减水剂装在袋子中，手工预混均匀。然后再 倒入称量好的水中，放置于行星搅拌机上进行机械搅拌，至搅 拌均匀为止。最后用振动台装模成型，将试模和下料漏斗卡紧在 振动台的中心，将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，开 动振动台，胶砂通过漏斗流入试模，振动（120±5）s 停车。振动 完毕，取下试模，用刮平尺刮去其高出试模的胶砂并抹平。试件 放置 7 d 后拆模，拆模后每天对试件洒水养护至 28 d 龄期。
张 扬 1，2，李四平 1，陈 兵 1，赵社戌 1 （1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2. 南阳理工学院 土木工程系，河南 南阳 473004）
摘 要： 通过粉煤灰胶砂试验，对硫酸钠、熟石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合剂 5 种粉煤灰活性激发剂进行了试验对比研究，同
压强度的平均值作为该组试件的抗压强度，试验结果见表 3。
表 3 抗压强度试验结果
编号
抗折强度 /MPa
编号
抗折强度 /MPa
F-0
3.198
C-0
9.589
F-1
3.435
C-1
9.324
F-2
3.669
C-2
9.369
F-3
3.317
C-3
10.319
F-4
5.710
C-4
13.918
F-5
5.965
编号 F-0 F-1 F-2 F-3 F-4 F-5
表 2 抗折强度试验结果
抗折强度 /MPa
编号
0.170
C-0
0.205
C-1
0.265
C-2
0.230
C-3
0.387
C-4
0.593
C-5
抗折强度 /MPa 1.653 1.307 1.483 1.537 2.387 1.843
1.2.2 抗压强度试验
2012 年 第 9 期（ 总 第 275 期 ） Number 9 in 2012（Total No.275）
doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2012.09.020
混
凝
土
Concrete
原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE
粉煤灰活性激发剂的试验研究
水
/g 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83
/g 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57
/g 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13
硫酸钠 0
11.42 0 0 0
5.71
542.83 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83
C-0 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5
砂 /g 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60
1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60
表 1 粉煤灰胶砂试验方案
粉煤灰 水泥
收稿日期：2012-03-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50978162）
级水泥；中砂，细度模数为 2.8；自来水；激发剂有 5 种：硫酸钠、熟 石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合剂；减水剂：聚羧酸。
粉煤灰占胶凝材料的 95%；水泥占胶凝材料的 5%；水灰比 取 0.45；灰砂比取 1∶2.5；激发剂按胶凝材料的 2%来添加；为了 得到相同稠度的粉煤灰胶砂，在低钙粉煤灰胶砂中，减水剂按 胶凝材料的 0.5%来添加，在高钙粉煤灰胶砂中，按胶凝材料的 0.1%来添加。按灰砂总量 2 000 g 配料，具体配合比见表 1。
·下转第 68 页
理剂配制浸泡溶液的途径来强化再生骨料，提高其再生混凝土 的抗碳化性能。
细骨料之间的黏结性能和混凝土的微观结构，从而改善了混凝 土的宏观综合性能[13]，一定程度上弥补粉煤灰对抗碳化不利影 响的缺陷。
（3）采用水泥 + 粉煤灰体系配制的化学浆液处理粗骨料比 较理想。掺合料的微细颗粒可以密实内部孔隙，提高骨料的密实 性能；同水泥水化时释放一定 Ca（OH）2，超细矿粉二次水化亦 可以产生 Ca（OH）2，碱度下降不至于过多，对提高碳化有利，护 筋性能较好。
大掺量粉煤灰混凝土（high volume fly ash concrete，简称 HVFAC）[3]是指粉煤灰掺加量大于 40%的混凝土。混凝土中掺入 粉煤灰，等量取代水泥的用量，具有降低成本、保护环境的作 用，同时还能够降低混凝土的水化热，提高混凝土抗渗等性能[4]。 大掺量粉煤灰混凝土的早期强度较低，后期强度增长明显。如何 将粉煤灰的早期活性激发出来，一直是大掺量粉煤灰混凝土的 研究重点之一。
本试验选用两种粉煤灰（低钙灰和高钙灰），并通过前期的 调研工作，选出了对粉煤灰早期活性激发有一定效果的 5 种化 学激发剂（硫酸钠、熟石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合 剂），对它们的激发效果进行了粉煤灰胶砂的试验对比分析。
1 试验概况
1.1 试验设计
试验选用的材料：低钙粉煤灰（F）、高钙粉煤灰（C）；P·C 32.5
石膏 0 0 0 0
11.42 0
0 0 0 0 11.42 0
源自文库
减水剂 /g 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85
0.57 0.57 0.57 0.57 0.57 0.57
撑圆柱，通过加荷圆柱以（50±10）N/s 的速率均匀地将荷载垂 直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。取同一组试件抗折强度 的平均值作为该组试件的抗折强度，试验结果见表 2。
1.2 试验测试与结果
1.2.1 抗折强度试验 使用 DKZ-5000 型电动抗折试验机进行粉煤灰胶砂试件的
抗折强度测试。抗折强度试验以中心加荷法测定抗折强度。将 试件一个侧面放在抗折试验机支撑圆柱上，试件长轴垂直于支
·63·
低钙粉煤灰胶砂（F） 高钙粉煤灰胶砂（C）
编号
F-0 F-1 F-2 F-3 F-4 F-5
Ab s t ra ct : By the experiments of fly ash mortar，the activating effect of five activators of fly ash（Na2SO4，Ca（OH）2，Na2SiO3，CaSO4，the mixture of Na2SO4 and Ca（OH）2）was compared and the impact of low-calcium fly ash and high-calcium fly ash on the mechanical properties of fly ash mortar was also analyzed.For a high volume fly ash part，in order to improve its early strength，high-calcium fly ash should be chosen and CaSO4 or the mixture of Na2SO4 and Ca（OH）2 should be selected as the activator. Ke y w o rd s : fly ash；activator；mortar
0 引言
粉煤灰是煤燃烧后的烟气中的细灰，具有低的火山灰活性。 粉煤灰的活性主要取决于其内部玻璃体的化学活性，包括玻璃 体中可溶的 SiO2、Al2O3 的含量和玻璃体的解聚能力[1]。要提高 粉煤灰的早期化学活性，必须破坏表面致密玻璃质外壳，使内 部可溶性的活性 SiO2、Al2O3 释放出来，并将网络聚集体解聚、 瓦解[2]。
使用 YA-2000 型电液式压力试验机进行粉煤灰胶砂试件
的抗压强度测试。抗压强度试验在折断后的半截棱柱体上进
行，受压面是试件成型时的两个侧面，面积为 40 mm×40 mm。
半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在±0.5 mm 内，
棱柱体露在压板外的部分约有 10 mm。在整个加荷过程中以
（2 400±200）N/s 的速率均匀地加荷直至破坏。取同一组试件抗
（3）高钙粉煤灰胶砂的抗折强度和抗压强度均比同组的低 钙粉煤灰胶砂高很多，抗折强度分别提高了 872.35%、537.56%、 459.62%、568.26%、516.80%和 210.79%，抗压强度分别提高了 199.84%、171.44%、155.36%、211.09%、143.75%和 110.13%。所 以，粉煤灰的含钙量对抗折和抗压试验结果有决定性的影响，高 钙粉煤灰优于低钙粉煤灰。
总之，要配制高性能的再生混凝土，对选用的再生骨料必 须要进行强化，改善再生粗骨料的性能，化学浆液浸泡强化再 生骨料的效果不如物理强化明显，而且处理剂相对比较昂贵。 如何解决浸泡液的成本问题及尽量避免物理强化所造成的骨 料损伤积累等问题是一个需要关注的问题。试验采用粉煤灰矿粉-熟石灰-硫酸钠处理剂，相对经济合理，可以考虑作为处
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和硅酸钠的激发效果较一般。 （2）与无掺加活性激发剂的 C-0 对比，C-1（2%硫酸钠）和
C-2（2%熟石灰）的抗折强度和抗压强度均有一定程度的降低，抗 折强度分别降低了 20.97%和 10.28%，抗压强度分别降低了 2.76% 和 2.29%；C-3（2%硅酸钠）的抗折强度降低了 7.06%，抗压强度 提高了 7.62%；C-4（2%石膏）和 C-5（1%硫酸钠 +1%熟石灰复合 剂）的抗折强度和抗压强度均有不同程度的提高，抗折强度分别提 高了 44.35%和 11.49%，抗压强度分别提高了 45.15%和 30.72%。 所以，对于高钙粉煤灰来说，在相同粉煤灰活性激发剂用量下， 石膏的效果最佳，其次是硫酸钠熟石灰复合剂、熟石灰、硫酸钠 和硅酸钠基本上无明显的激发效果。
时对低钙粉煤灰和高钙粉煤灰也进行了对比试验分析。对于大掺量粉煤灰构件来说，为了提高其早期强度，应选用高钙粉煤灰，活性激发
剂宜选石膏或硫酸钠熟石灰复合剂。
关键词： 粉煤灰；活性激发剂；胶砂
中图分类号： TU528.042
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2012）09-0063-02
Exp e rim e n ta l s tu d y o n th e a ctiva to rs o f fly a s h
28.57 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57
257.13 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13
0 11.42
0 0 0 5.71
激发剂 /g
熟石灰 硅酸钠
0
0
0
0
11.42
0
0
11.42
0
0
5.71
0
0 0 11.42 0 0 5.71
0 0 0 11.42 0 0
C-5
12.534
2 结果分析
根据粉煤灰胶砂试件的抗折和抗压试验结果，做出抗折强 度对比图和抗压强度对比图，见图 1、2，可看出：
（1）与无掺加活性激发剂的 F-0 对比，F-1（2%硫酸钠）、F-2 （2%熟石灰）、F-3（2%硅酸钠）、F-4（2%石膏）和 F-5（1%硫酸钠 +1% 熟石灰复合剂）的抗折强度和抗压强度均有不同程度的提高，抗折 强度分别提高了 20.59%、55.88%、35.29%、127.45%和 249.02%，抗 压强度分别提高了 7.41%、14.70%、3.70%、78.54%和 86.48%。 所以，对于低钙粉煤灰来说，在相同粉煤灰活性激发剂用量下， 硫酸钠熟石灰复合剂的效果最佳，其次是石膏、熟石灰、硫酸钠
ZHANG Yang 1，2，LI Si-ping 1，CHEN Bing 1，ZHAO She-xu 1 （1. College of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；
按照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行试验， 制得的粉煤灰胶砂试件的几何尺寸为 40 mm×40 mm×160 mm， 每组 3 个试件。粉煤灰胶砂试件制备时，先将称量好的粉煤灰、 水泥、砂、激发剂和减水剂装在袋子中，手工预混均匀。然后再 倒入称量好的水中，放置于行星搅拌机上进行机械搅拌，至搅 拌均匀为止。最后用振动台装模成型，将试模和下料漏斗卡紧在 振动台的中心，将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，开 动振动台，胶砂通过漏斗流入试模，振动（120±5）s 停车。振动 完毕，取下试模，用刮平尺刮去其高出试模的胶砂并抹平。试件 放置 7 d 后拆模，拆模后每天对试件洒水养护至 28 d 龄期。
张 扬 1，2，李四平 1，陈 兵 1，赵社戌 1 （1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2. 南阳理工学院 土木工程系，河南 南阳 473004）
摘 要： 通过粉煤灰胶砂试验，对硫酸钠、熟石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合剂 5 种粉煤灰活性激发剂进行了试验对比研究，同
压强度的平均值作为该组试件的抗压强度，试验结果见表 3。
表 3 抗压强度试验结果
编号
抗折强度 /MPa
编号
抗折强度 /MPa
F-0
3.198
C-0
9.589
F-1
3.435
C-1
9.324
F-2
3.669
C-2
9.369
F-3
3.317
C-3
10.319
F-4
5.710
C-4
13.918
F-5
5.965
编号 F-0 F-1 F-2 F-3 F-4 F-5
表 2 抗折强度试验结果
抗折强度 /MPa
编号
0.170
C-0
0.205
C-1
0.265
C-2
0.230
C-3
0.387
C-4
0.593
C-5
抗折强度 /MPa 1.653 1.307 1.483 1.537 2.387 1.843
1.2.2 抗压强度试验
2012 年 第 9 期（ 总 第 275 期 ） Number 9 in 2012（Total No.275）
doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2012.09.020
混
凝
土
Concrete
原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE
粉煤灰活性激发剂的试验研究
水
/g 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83
/g 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57 28.57
/g 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13 257.13
硫酸钠 0
11.42 0 0 0
5.71
542.83 542.83 542.83 542.83 542.83 542.83
C-0 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5
砂 /g 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60
1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60 1 428.60
表 1 粉煤灰胶砂试验方案
粉煤灰 水泥
收稿日期：2012-03-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50978162）
级水泥；中砂，细度模数为 2.8；自来水；激发剂有 5 种：硫酸钠、熟 石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合剂；减水剂：聚羧酸。
粉煤灰占胶凝材料的 95%；水泥占胶凝材料的 5%；水灰比 取 0.45；灰砂比取 1∶2.5；激发剂按胶凝材料的 2%来添加；为了 得到相同稠度的粉煤灰胶砂，在低钙粉煤灰胶砂中，减水剂按 胶凝材料的 0.5%来添加，在高钙粉煤灰胶砂中，按胶凝材料的 0.1%来添加。按灰砂总量 2 000 g 配料，具体配合比见表 1。
·下转第 68 页
理剂配制浸泡溶液的途径来强化再生骨料，提高其再生混凝土 的抗碳化性能。
细骨料之间的黏结性能和混凝土的微观结构，从而改善了混凝 土的宏观综合性能[13]，一定程度上弥补粉煤灰对抗碳化不利影 响的缺陷。
（3）采用水泥 + 粉煤灰体系配制的化学浆液处理粗骨料比 较理想。掺合料的微细颗粒可以密实内部孔隙，提高骨料的密实 性能；同水泥水化时释放一定 Ca（OH）2，超细矿粉二次水化亦 可以产生 Ca（OH）2，碱度下降不至于过多，对提高碳化有利，护 筋性能较好。
大掺量粉煤灰混凝土（high volume fly ash concrete，简称 HVFAC）[3]是指粉煤灰掺加量大于 40%的混凝土。混凝土中掺入 粉煤灰，等量取代水泥的用量，具有降低成本、保护环境的作 用，同时还能够降低混凝土的水化热，提高混凝土抗渗等性能[4]。 大掺量粉煤灰混凝土的早期强度较低，后期强度增长明显。如何 将粉煤灰的早期活性激发出来，一直是大掺量粉煤灰混凝土的 研究重点之一。
本试验选用两种粉煤灰（低钙灰和高钙灰），并通过前期的 调研工作，选出了对粉煤灰早期活性激发有一定效果的 5 种化 学激发剂（硫酸钠、熟石灰、硅酸钠、石膏、硫酸钠熟石灰复合 剂），对它们的激发效果进行了粉煤灰胶砂的试验对比分析。
1 试验概况
1.1 试验设计
试验选用的材料：低钙粉煤灰（F）、高钙粉煤灰（C）；P·C 32.5
石膏 0 0 0 0
11.42 0
0 0 0 0 11.42 0
源自文库
减水剂 /g 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85
0.57 0.57 0.57 0.57 0.57 0.57
撑圆柱，通过加荷圆柱以（50±10）N/s 的速率均匀地将荷载垂 直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。取同一组试件抗折强度 的平均值作为该组试件的抗折强度，试验结果见表 2。
1.2 试验测试与结果
1.2.1 抗折强度试验 使用 DKZ-5000 型电动抗折试验机进行粉煤灰胶砂试件的
抗折强度测试。抗折强度试验以中心加荷法测定抗折强度。将 试件一个侧面放在抗折试验机支撑圆柱上，试件长轴垂直于支
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低钙粉煤灰胶砂（F） 高钙粉煤灰胶砂（C）
编号
F-0 F-1 F-2 F-3 F-4 F-5