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随着对电力需求量的不断增加,中国火电厂产出的固体废物——粉煤灰已对生态环境和人体健康产生了严重的负面影响。将粉煤灰作为辅助胶凝材料掺入混凝土中,已成为粉煤灰资源化处理的主要途径。相比原粉煤灰,将粉煤灰细化更有利于其在水泥浆体中发挥活性,提高浆体的抗压强度。然而,不同粉磨工艺所制备的粉煤灰其粒度分布、表观形貌等物理特性存在差异,导致粉煤灰-水泥复合浆体性能表现不同;同时,粒级配比对复合浆体的填充效应有着显著影响。本文利用蒸汽动能磨和球磨制备超细粉煤灰,结合压汞法、扫描电镜、X射线衍射、热重、X射线光电子能谱等微观分析手段研究粉煤灰的掺量、粒度以及级配对水泥复合胶凝材料浆体抗压强度的影响,并结合粉煤灰和复合浆体的物理特征分析,揭示其影响机制。其目的在于为改善粉煤灰的产品性能作理论指导与实验参考,提高粉煤灰的经济价值和利用率。主要结论如下:
(1)相同D50粒度下,相比球磨粉碎产物,蒸汽动能磨粉碎产物粒度D90较小,具有较多的细颗粒,有利于提高粉煤灰的水化程度,生成更多的水化产物;球形颗粒的存在,在早期以填充为主,增加浆体的致密性,减少了与外界CO2接触的机会,保留了较多的Ca(OH)2与粉煤灰反应,生成的水化产物在后期进一步细化浆体孔隙,从而提高浆体的抗压强度。
(2)相同工艺下,随着粉煤灰粒度减小,水化程度提高,浆体孔隙减少,结构密实程度提高,抗压强度增大;当蒸汽动能磨制备的粉煤灰粒度为3.3μm时,在掺量为30%、40%的情况下,胶砂浆体28d抗压强度分别为45.8MPa和44.3MPa,均可达425水泥的抗压强度标准(42.5MPa)。
(3)相比水泥中相对应元素的化合物,粉煤灰中含Ca、Al、Si元素的化合物具有较高的结合能,表明粉煤灰的化合物较稳定,水化反应速率缓慢。因此,随着掺量的增加,较高掺量的粉煤灰-水复合胶凝材料水化程度下降,导致粉煤灰-水泥净浆浆体抗压强度减小。
(4)基于Fuller、Dinger-Funk模型和粉煤灰水化特性原理对粉煤灰掺量进行配比设计,发现不同粒度粉煤灰混合掺入水泥,可以改善复合粉体的颗粒级配,提高浆体的堆积密度;对复合粉体粒度分布分析发现,<10μm的颗粒在浆体中主要起水化作用;10~60μm的颗粒在浆体中具有水化和填充作用,10~30μm的占比最为重要;而>60μm颗粒活性低,在浆体中仅有填充作用。可得出,在粉煤灰总掺量为30%的情况下,粒度为9.57μm和4.67μm的粉煤灰当掺量均为15%时,粉煤灰-水泥复合胶凝材料净浆浆体抗压强度最好,其值分别为81.29MPa,87.07MPa。
(1)相同D50粒度下,相比球磨粉碎产物,蒸汽动能磨粉碎产物粒度D90较小,具有较多的细颗粒,有利于提高粉煤灰的水化程度,生成更多的水化产物;球形颗粒的存在,在早期以填充为主,增加浆体的致密性,减少了与外界CO2接触的机会,保留了较多的Ca(OH)2与粉煤灰反应,生成的水化产物在后期进一步细化浆体孔隙,从而提高浆体的抗压强度。
(2)相同工艺下,随着粉煤灰粒度减小,水化程度提高,浆体孔隙减少,结构密实程度提高,抗压强度增大;当蒸汽动能磨制备的粉煤灰粒度为3.3μm时,在掺量为30%、40%的情况下,胶砂浆体28d抗压强度分别为45.8MPa和44.3MPa,均可达425水泥的抗压强度标准(42.5MPa)。
(3)相比水泥中相对应元素的化合物,粉煤灰中含Ca、Al、Si元素的化合物具有较高的结合能,表明粉煤灰的化合物较稳定,水化反应速率缓慢。因此,随着掺量的增加,较高掺量的粉煤灰-水复合胶凝材料水化程度下降,导致粉煤灰-水泥净浆浆体抗压强度减小。
(4)基于Fuller、Dinger-Funk模型和粉煤灰水化特性原理对粉煤灰掺量进行配比设计,发现不同粒度粉煤灰混合掺入水泥,可以改善复合粉体的颗粒级配,提高浆体的堆积密度;对复合粉体粒度分布分析发现,<10μm的颗粒在浆体中主要起水化作用;10~60μm的颗粒在浆体中具有水化和填充作用,10~30μm的占比最为重要;而>60μm颗粒活性低,在浆体中仅有填充作用。可得出,在粉煤灰总掺量为30%的情况下,粒度为9.57μm和4.67μm的粉煤灰当掺量均为15%时,粉煤灰-水泥复合胶凝材料净浆浆体抗压强度最好,其值分别为81.29MPa,87.07MPa。