超细粉煤灰复合掺合料研究

混凝土有良好的增塑保水性能，远远优于普通的粉煤灰，
所以 Ｃ２ 会比 Ｃ１ 具有更好的新拌性能。对于 Ｃ３ 而言，虽
然也含有超细粉煤灰，但是由于硅粉表面积大，需水量多，
同时矿粉表面粗糙吸水，都会对塌落度造成一定得损失。
２．３．２ 混凝土力学性能
按照表 ２ 的配合比制作混凝土试块，养护至固定龄期
有必要。在本项研究中额外掺加的熟石灰粉、氢氧化钾
（ＫＯＨ）等碱激发剂均可不同程度地提高浆液 ＯＨ－ 浓度，
加剧了对粉煤灰粒子硅铝玻璃体结构的腐蚀破坏，并产生
更多的水硬性凝胶，使硬化后浆体的强度有了较大幅度的
提高。必须指出，作为碱激发剂的熟石灰粉存在一个合理
掺量（如本研究中 Ｍ２），胶凝材料中掺入的总碱量也应加 以限定，过量的碱会降低浆液的 Ｃａ２＋ 浓度（如本研究中
编号 水泥 水 超细粉煤灰 粉煤灰 矿粉 硅灰 中砂 石子 外加剂
C0 13 4.13
0
0
0 0 16.5 26.25 0.156
C1 9.1 4.13
0
1.95 1.95 0 16.5 26.25 0.156
C2 9.1 4.13 1.95
0 1.95 0 16.5 26.25 0.156
C3 9.1 4.13 1.95
图 1 超细粉煤灰 SEM 照片
２．１．２ 超细粉煤灰的粒径分析 试验结果见图 ２。试验结果表明，超细粉煤灰平均粒 径为 ２．８３２ μｍ，中位径为 １．８３５ μｍ，５ μｍ 以下的颗粒 占体积分布的 ９０％。超细粉煤灰内的微珠粒径非常小，介 于硅灰和粉煤灰之间，与矿粉、水泥颗粒等搭配，可形成 良好的微级配。
文章编号：１００７－０４６Ｘ（２０１０）０６－００１２－０３
实验研究
超细粉煤灰复合掺合料研究
Research on Superfine Fly Ash Compound Admixture
施惠生1，韩 曦1，王 琼2， 於林锋2
(1.同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 200092; 2.上海市建筑科学研究院（集团）有限公司, 上海 200032)
法》，对水泥胶砂进行强度测试；参照 ＧＢ／Ｔ ５００８１－２００２
《混凝土强度检验评定标准》，对混凝土试件进行强度测
定。超细粉煤灰胶砂配合比见表 １。超细粉煤灰混凝土配
合比见表 ２。
表1
超细粉煤灰胶砂配合比 g
编号 水泥 水 标准砂 超细粉煤灰 粉煤灰 矿粉 硅灰
表6
混凝土试块的电通量测试值
编号
C0
C1
C2
C3
电通量
1291
1126
790
432
由表 ６ 可知，Ｃ０ 电通量最大，Ｃ１、Ｃ２ 次之，Ｃ３ 最小。 可以看出，掺加了掺合料的混凝土的电通量均要比基准的 低。这说明复合掺合料的微集料效应得以复合，提高了混 凝土的密实度，降低了孔隙率。 微集料效应是指，向均一球形颗粒产生的空隙中连续 不断地填充适当大小的小球，将可获得非常紧密的填充体。 在混凝土粉料中，水泥颗粒粒径最大，磨细矿渣、粉煤灰， 超细粉煤灰次之，硅灰最小。矿渣微粉和粉煤灰可以作为 水泥粉体颗粒的二次球，超细粉煤灰可以作为水泥粉体的 三次球甚至四次球对水泥粗颗粒之间的空隙进行填充。而 硅灰则作为体积更小的球对剩余空隙进行再一次填充，空 隙率进一步被降低。如果胶凝材料中的粉料经过适当比例 的混合，就有可能形成混凝土中粉料良好的连续微级配。 复合胶凝材料在水化过程中不同粒径的胶凝材料颗粒互相
表5
混凝土试块的新拌性能
编号
C0
C1
C2
C3
塌落度/mm 235
210
230
220
经时损失 /% 2.1
6.5
2.1
6.4
从表 ５ 中可以看出，与基准组相比，Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 的
塌落度均有所降低。其中，Ｃ２ 的塌落度最大，经时损失最
小，Ｃ１ 与 Ｃ３ 持平。由于超细粉煤灰其独特的形态效应使
中图分类号：ＴＵ５２８．２ Ｘ７３３ 文献标识码：Ａ
０ 前 言
粉煤灰常作为掺合料用于水泥和混凝土行业，但由于
粉煤灰的水化速度较慢，用于混凝土后使早期强度降低。
为了
提高粉煤灰
活性，研究者
做了大量工
作 。本 ［１￣４］
文对超
细粉煤灰进行 ＳＥＭ 观察，粒径分析等微观测试，并将超
细灰与矿粉、硅灰等其他掺合料复合，研究砂浆及混凝
土的性能。
１ 试 验
１．１ 试验原材料
水泥：采用某厂的 ４２．５ 普通硅酸盐水泥；超细粉煤
灰 ＳＰＦＡ：Ⅱ 级低钙粉煤灰分选得到；粉煤灰：选用某厂
的 Ⅱ 级低钙灰；矿粉：选用某厂的 Ｓ９５ 级；超细矿粉：
硅灰，符合 ＪＴＪ ２７５－２０００ 《海港工程混凝土结构防腐蚀
摘 要：研究了超细粉煤灰的颗粒形貌、粒径分布、化学组成等微观性能，并将超细粉煤灰与其他掺合料复掺，研究混凝土试 块的性能。试验发现：超细粉煤灰具有良好的形态效应和活性，而且当其与矿粉、硅灰以一定比例复掺时，能使掺合 料的形态效应、火山灰效应、微集料效应得到充分叠加，使混凝土体现出良好的性能，可用于配置高性能混凝土。 关键词：超细粉煤；复合掺合料；叠加效应
粒径体积分布率/% 强度/MPa
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
0.1
1
10
100
1 000
粒径/μm
图 2 超细粉煤灰粒径分布图
２．１．３ 超细粉煤灰的化学组成 对超细粉煤灰进行化学分析，分析结果见表 ３。
表3 品种 SiO2 Al 2O3 SPFA 53.5 34.3
超细粉煤灰化学成分分析表
X0 450 225 1 350
0
0
0
0
X1 315 225 1 350
135
0
0
0
X2 315 225 1 350
0
67.5 67.5
0
X3 315 225 1 350
67.5
0
67.5
0
X4 315 225 1 350
67.5
0
45 22.5
１２
COAL ASH 6/2010
表2
超细粉煤灰混凝土配合比 kg
最低。
对于复合的掺合料，其火山灰效应也可以叠加。Ｃ３ 与
６／２０１０ 粉煤灰
１３
Ｃ２ 相比，由于硅灰具有极强的火山灰效应，因此 Ｃ３ 的强 度要比 Ｃ２ 高。Ｃ２ 与 Ｃ１ 相比，由于超细粉煤灰的活性要 远远优于普通粉煤灰，因此 Ｃ２ 的强度 ＞ Ｃ１ 的强度。 ２．３．３ 混凝土耐久性 按照表 ２ 的配合比制作混凝土试块，养护至固定龄期 测试其电通量，结果见表 ６。
收稿日期： 2010 年 7 月 22 日
（上接１１页）
常温下，即使石灰饱和溶液的 ｐＨ 值亦低于 １２．３，难
以获得使粉煤灰硅铝玻璃体结构解体所需的碱度，活性激
发效果并不理想。粉煤灰须在强碱（浆液的 ｐＨ 值＞１３．２）
作
用
下
其
硅
铝
玻
璃体
结
构
才
能
充
分
解
聚
［７］
。
因
此
，
胶
凝
材
料中加入适量的强碱对提高浆液中 ＯＨ－ 浓度和 ｐＨ 值很
0 1.3 0.65 16.5 26.25 0.156
２ 结果与讨论
２．１ 超细粉煤灰的微观特征 ２．１．１ 超细粉煤灰的扫描照片 图 １ 为超细粉煤灰 ＳＥＭ 照片。ＳＥＭ 结果表明：超细 粉煤灰内部多为形状规则、表面光滑的玻璃球状微珠。 这些圆球状玻璃体颗粒具有良好的形态效应，使超细粉煤 灰在混凝土拌合时起到“滚珠”作用，提高混凝土的流 动性。
Leabharlann Baidu
山灰效应显现，活性提高。其中 Ｘ４ 的强度最高，Ｘ３、Ｘ２ 次之。由此得出掺合料的活性依次是硅灰、超细粉煤灰、
粉煤灰、矿粉。
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10
0
X0 X1 X2 X3 X4
5 10 15 20 25 30 期龄/d
图 3 胶砂试件强度
２．３ 混凝土试验 ２．３．１ 混凝土新拌性能 按照表 ２ 的配合比制作混凝土试块，测试其新拌性能 见表 ５。
Fe 2O3 CaO K2O Na 2O MgO
3.6 4.4 0.8 —
1
烧失量 0.4
由表 ３ 可见，超细粉煤灰的主要化学成分为氧化硅
（ＳｉＯ２ ）和氧化铝 （Ａｌ２Ｏ３）。拌和混凝土时，超细粉煤 灰中氧化硅（ＳｉＯ２ ）小颗粒与水泥水化产生的对强度不 利的氢氧化钙（Ｃａ（ＯＨ）２ ）反应生成新的物质 Ｃ－Ｓ－Ｈ 凝 胶，即所谓火山灰效应。
参考文献
[1] 周新良.超细粉煤灰在高性能混凝土中的应用[J].粉煤灰综合利用, 2003,(4):25－26.
[2] 冯绍航,李辉,王建礼,李县军.超细粉煤灰及其在水泥净浆中的水化特 征研究[J].混凝土,2009,(3):38－40. [3] 龙湘敏,谢友均,刘宝举.超细粉煤灰在低水胶此浆体中的密实填充作 用[J].混凝土,2002,(3):38－39. [4] 谢友均,刘宝举,龙广成.掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研究[J].建筑 材料学报,2001,4(3):280－283.
填充，减少了颗粒间的空隙从而进一步减少了复合胶凝材 料体系凝结硬化后的总孔隙率，这就有可能降低混凝土的 渗透性。
３ 结 论
（１）超细粉煤灰内多为表面光滑的球形玻璃微珠，具 有良好的形态效应。当与矿粉，硅灰等掺合料复合时，能 使形态效应得以复合，具有显著的减水增塑作用。 （２）超细粉煤灰含有大量的氧化硅（ＳｉＯ２）和氧化铝 （Ａｌ２Ｏ３）， 其活性优于普通粉煤灰。当与矿粉，硅灰复合 时，其火山灰效应得以复合，使混凝土强度提高。 （３）超细粉煤灰颗粒粒径小，与矿渣，硅灰等不同粒 径颗粒复合时，可以相互填充水泥颗粒之间的空隙，使微 集料效应复合叠加，降低了混凝土的渗透性，提高耐久性。
Ｍ３），抑制凝胶类物质的生成，并可能影响水泥石的早期
强度以及发生潜在的碱集料反应。
４ 结 语
（１）本试验研究所掺加的各种碱激发剂均能有效地激 发粉煤灰的火山灰活性，尤其对粉煤灰早期活性的激发作
用显著。 （２）掺加熟石灰粉与氢氧化钾（ＫＯＨ）复合碱激发 剂对粉煤灰的活性激发效果明显优于熟石灰粉单掺的情况。 （３）作为碱激发剂的熟石灰粉存在一个合理掺量，掺 量过多则激发效果反而有下降趋势。
测试其强度，结果见图 ４。
强度/MPa
95
B
90
C D
85
E
80
75
70
65
60
5
10
15
20
25
30
期龄/d
图 4 混凝土试块强度
从图 ４ 中可以看出，Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 早期强度均低于基
准Ｃ０。在中后期，Ｃ２、Ｃ３ 均超过基准 ＣＯ 的强度。对于
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３，在各个龄期，Ｃ３ 强度最高，Ｃ２ 次之，Ｃ１
２．２ 胶砂试验
２．２．１ 流动度试验
按照表 １ 的配合比配置胶砂试件，其流动性测试结果
见表 ４。
表4 编号 流动度
胶砂试件流动性结果 mm
X0
X1
X2
X3
X4
199
242
205
234
237
由表 ４ 可知，Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４ 中 Ｘ１ 的流动度最大， Ｘ４ 、Ｘ３ 次之，Ｘ２ 最小。Ｘ１ 中超细粉煤灰具有良好的形 态效应，因此极大地提高了混凝土的流动性。Ｘ２、Ｘ３、 Ｘ４ 是复合掺合料，其形态效应的得以叠加复合。Ｘ２、Ｘ３ 中虽然掺入矿粉颗粒可能会降低新拌混凝土的流动性，但 与粉煤灰的复合却可补偿这一损失。Ｘ４ 中硅灰的需水量 大，会造成混凝土流动性降低，但是与超细粉煤灰组合具 有明显的增塑作用。 ２．２．２ 强度试验 按照表 １ 的配合比配制胶砂试件，其强度测试结果 见图 ３。 由图 ３ 看出，Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４ 的早期强度均低于 Ｘ０。 但是后期强度均有所提高，甚至 Ｘ４ 超过了 Ｘ０，这说明， 掺合料的火山灰效应一般发生在中后期。Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４ 在 各个龄期的强度均比 Ｘ１ 高。这说明掺合料复掺后，其火
技术术规范》附录 Ａ 规定的某品牌微硅粉。
１．２ 试验方法
参照 ＧＢ／Ｔ １５９６－２００５《用于水泥和混凝土中的粉煤
灰》，对超细粉煤灰进行化学成分分析；采用扫描电镜
（ＳＥＭ）、激光粒度分析等测试手段，分析超细粉煤灰的微
观特征；参照 ＧＢ／Ｔ １７６７１－１９９９《水泥胶砂强度检验方