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[摘要]本文通过对单掺粉煤灰10％-50％，单掺矿粉20％-70％和复掺30％-60％两种外掺料的水泥胶砂性能进行试验研究，并总结出复掺时的最佳掺量及最佳比例。试验结果表明：单掺粉煤灰、矿粉及复掺均能提高胶砂流动度，但单掺时7d强度较低。复掺40％-50％，粉煤灰掺量10％-15％时，复合效应达到最佳效果。研究结果希望对优化混凝土的配合比设计，进一步研究复合胶凝材料的作用机理起到一定帮助作用。
[关键词]粉煤灰磨细矿粉 胶砂性能 影响规律 最佳比例
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着能源的日益紧张，和国家对环保、绿色可持续发展的新型建筑材料的支持，粉煤灰和矿渣两种工业废渣在经过进一步加工后已越来越受到广泛的应用。
粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤灰在锅炉中燃烧后从烟道排出，被收尘器收集的物质，有大部分直径以µm计的实心（或）中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成［1］。
矿渣是高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，矿渣的化学成分与硅酸盐水泥相近似，仅CaO含量稍低，热熔矿渣急剧冷却（水淬）而成的粒状矿渣，活性较高，冷却越迅速，活性越高。β-C2S使矿粉具有微弱的自凝性。
对于大多数矿物掺合料，掺入混凝土中的效应一般都有微集料效应、形态效应、火山灰效应、界面效应，但不同的矿物掺和料在不同的效应形式下表现可能是正效应也可能是负效应，而这主要取决于矿物掺和料的物理形态、化学组成等特征，如果参合料物理性能、掺量比例控制得当，多元复合矿物参合料掺入混凝土所表现出的综合正效应应大于单矿物参合料。所以掺合料对水泥胶砂性能的影响、最佳掺量，特别是在复掺时是怎样提高矿粉掺量，充分发挥矿粉的潜在活性，以及复配时体现出的优势互补作用都很值得我们作进一步研究。
原材料及试验方法
2.1 原材料
水泥：南京海螺水泥P.O42.5。
粉煤灰：华能南京电厂F类I级灰，细度：6.8%，烧失量：0.91%，需水量比：91%。
矿粉：南京六合高强矿粉厂S95矿粉，28d活性指数：101%。
砂：ISＯ标准砂
2.2 试验方法
搅拌及强度测试按GB/Ｔ17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试。
流动度按GB/Ｔ2419-2005进行测试，配比为胶凝材料450g，胶砂1350g，水225ml。
2.3 考核数据
作为商品混凝土考核较多的指标主要有流动度及28d强度，所以本文仅对胶砂的流动度及7d、28d活性指数进行测试分析。
试验结果分析
检测结果见表1、表2、表3（A表示粉煤灰，A后数字代表粉煤灰掺量，B表示矿粉，B后数字代表矿粉掺量）。
表1单掺粉煤灰、矿粉试验结果
表2复掺30％、40%外掺料试验结果
表3復掺50%、60%外掺料试验结果
图1 外掺料种类对水泥胶砂流动度的影响
图2 粉煤灰、矿粉对水泥胶砂7d、28d活性指数据的影响
图3 矿粉、粉煤灰复掺时对水泥胶砂28d活性指数的影响
3.1 粉煤灰对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图1看出随着粉煤灰掺量的增加，胶砂流动度增加值较大，分别增加8.8％、10.8％、32.4％、35.1％、50％，从粉煤灰微观颗粒分析结果可以得到验证，粉煤灰颗粒大多数呈圆球状，玻璃微珠表面很光滑，可以减少内摩擦力，粉煤灰微粒均匀分布可以改善水泥基材的孔结构，即粉煤灰的“形态效应”与“滚珠效应”发挥了作用。
粉煤灰胶砂的早期强度较低，且随着粉煤灰掺量的增加强度下降趋势较大，28d强度增加值也不高，掺量为50％时活性指数仅为45.7％。主要原因可能是由于粉煤灰的活性较低，早期只起到微集料填充效应，后期虽有二次水化反应，但粉煤灰玻璃体微珠外层有致密的玻璃质表层，阻碍了其发生二次水化，且粉煤灰碱含量较低，对粉煤灰的活性激发不强。所以在混凝土应用中粉煤灰掺量不宜太大以25％为上限。
3.2 矿粉对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图1看出随着矿粉掺量的增加，胶砂流动度虽略有增加但变化不大，从矿粉的微观结构分析，矿粉颗粒形状不规则，属于多角形，其“形态效应”与“滚珠效应”表现不明显。但矿粉的活性较粉煤灰高，从图2看出，在相同掺量条件下，7d、28d强度均高于粉煤灰。但7d强度低于空白胶砂强度，28d强度有较高增长，掺量在30％时强度已超过空白胶砂强度。随着水泥水化反应的进行，SiO2、Al2O3和Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，使水化产物量增加，增强了界面粘结强度，改善了孔结构，使后期强度增长较高。由于矿粉CaO含量较高，单掺40-50％时并不会导致水泥胶砂强度的急剧下降和碱度的大幅减小，所以大掺量矿粉并不会引起混凝土抗碳化能力的大幅降低。
3.3 复掺粉煤灰、矿粉对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图3看出复掺矿粉、粉煤灰（30％-60％）的平均活性指数对比规律基本与矿粉相同，在粉煤灰掺量10％、15％时，复掺28d活性指数均高于单掺矿粉时的活性指数，且流动度值也都较单掺矿粉、粉煤灰时大。 这不仅是火山灰效应复合叠加的效果，不同粒径的掺合料互相紧密填充的物理效应也起到很重要作用。可以将水泥胶砂理解为连续级配颗粒堆积体系，胶砂间隙有水泥颗粒填充，水泥颗粒之间的间隙利用粉煤灰及矿粉更细的颗粒来填充，使水泥胶砂形成细观层次的紧密体系。
利用粉煤灰的正效应补偿矿粉的负效应，粉煤灰的球形度很好，可以发挥I级粉煤灰的“形态效应”，增大胶砂的流动度，改善矿粉对胶砂带来的粘聚性及泌水增加现象。利用矿粉的正效应补偿粉煤灰的负效应，发挥矿粉早期的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后，使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的胶凝数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢引起的早期强度损失。后期发挥I级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用 [2] ，使复掺条件下的胶凝体系优点更加突出，复合效应更加明显。
4 结论
单独掺加粉煤灰，随着掺量的增加，胶砂流动度增加，强度下降，而且28d强度增加值也较小，在混凝土应用中，如对早期强度要求较高时，掺量不宜过大，应不超过25％。
单掺矿粉，随着掺量的增加，胶砂流动度较基准胶砂略有增大，但不如粉煤灰改善流动度效果明显，胶砂强度较单掺粉煤灰7d、28d有较大增长，从理论上及降低生产成本的角度考虑，S95矿粉掺量可以加大40-50％。
复掺矿粉、粉煤灰使胶凝流动度、活性指数均较高，在外掺料40-50％、粉煤灰掺量10-15％左右时，矿粉及粉煤灰的优势互补效应达到最佳效果。
参考文献
吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土.北京：中国铁道出版社，1999
黄士元.近代混凝土技术.陕西：科学技术出版社，1998
[关键词]粉煤灰磨细矿粉 胶砂性能 影响规律 最佳比例
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着能源的日益紧张，和国家对环保、绿色可持续发展的新型建筑材料的支持，粉煤灰和矿渣两种工业废渣在经过进一步加工后已越来越受到广泛的应用。
粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤灰在锅炉中燃烧后从烟道排出，被收尘器收集的物质，有大部分直径以µm计的实心（或）中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成［1］。
矿渣是高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，矿渣的化学成分与硅酸盐水泥相近似，仅CaO含量稍低，热熔矿渣急剧冷却（水淬）而成的粒状矿渣，活性较高，冷却越迅速，活性越高。β-C2S使矿粉具有微弱的自凝性。
对于大多数矿物掺合料，掺入混凝土中的效应一般都有微集料效应、形态效应、火山灰效应、界面效应，但不同的矿物掺和料在不同的效应形式下表现可能是正效应也可能是负效应，而这主要取决于矿物掺和料的物理形态、化学组成等特征，如果参合料物理性能、掺量比例控制得当，多元复合矿物参合料掺入混凝土所表现出的综合正效应应大于单矿物参合料。所以掺合料对水泥胶砂性能的影响、最佳掺量，特别是在复掺时是怎样提高矿粉掺量，充分发挥矿粉的潜在活性，以及复配时体现出的优势互补作用都很值得我们作进一步研究。
原材料及试验方法
2.1 原材料
水泥：南京海螺水泥P.O42.5。
粉煤灰：华能南京电厂F类I级灰，细度：6.8%，烧失量：0.91%，需水量比：91%。
矿粉：南京六合高强矿粉厂S95矿粉，28d活性指数：101%。
砂：ISＯ标准砂
2.2 试验方法
搅拌及强度测试按GB/Ｔ17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试。
流动度按GB/Ｔ2419-2005进行测试，配比为胶凝材料450g，胶砂1350g，水225ml。
2.3 考核数据
作为商品混凝土考核较多的指标主要有流动度及28d强度，所以本文仅对胶砂的流动度及7d、28d活性指数进行测试分析。
试验结果分析
检测结果见表1、表2、表3（A表示粉煤灰，A后数字代表粉煤灰掺量，B表示矿粉，B后数字代表矿粉掺量）。
表1单掺粉煤灰、矿粉试验结果
表2复掺30％、40%外掺料试验结果
表3復掺50%、60%外掺料试验结果
图1 外掺料种类对水泥胶砂流动度的影响
图2 粉煤灰、矿粉对水泥胶砂7d、28d活性指数据的影响
图3 矿粉、粉煤灰复掺时对水泥胶砂28d活性指数的影响
3.1 粉煤灰对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图1看出随着粉煤灰掺量的增加，胶砂流动度增加值较大，分别增加8.8％、10.8％、32.4％、35.1％、50％，从粉煤灰微观颗粒分析结果可以得到验证，粉煤灰颗粒大多数呈圆球状，玻璃微珠表面很光滑，可以减少内摩擦力，粉煤灰微粒均匀分布可以改善水泥基材的孔结构，即粉煤灰的“形态效应”与“滚珠效应”发挥了作用。
粉煤灰胶砂的早期强度较低，且随着粉煤灰掺量的增加强度下降趋势较大，28d强度增加值也不高，掺量为50％时活性指数仅为45.7％。主要原因可能是由于粉煤灰的活性较低，早期只起到微集料填充效应，后期虽有二次水化反应，但粉煤灰玻璃体微珠外层有致密的玻璃质表层，阻碍了其发生二次水化，且粉煤灰碱含量较低，对粉煤灰的活性激发不强。所以在混凝土应用中粉煤灰掺量不宜太大以25％为上限。
3.2 矿粉对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图1看出随着矿粉掺量的增加，胶砂流动度虽略有增加但变化不大，从矿粉的微观结构分析，矿粉颗粒形状不规则，属于多角形，其“形态效应”与“滚珠效应”表现不明显。但矿粉的活性较粉煤灰高，从图2看出，在相同掺量条件下，7d、28d强度均高于粉煤灰。但7d强度低于空白胶砂强度，28d强度有较高增长，掺量在30％时强度已超过空白胶砂强度。随着水泥水化反应的进行，SiO2、Al2O3和Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，使水化产物量增加，增强了界面粘结强度，改善了孔结构，使后期强度增长较高。由于矿粉CaO含量较高，单掺40-50％时并不会导致水泥胶砂强度的急剧下降和碱度的大幅减小，所以大掺量矿粉并不会引起混凝土抗碳化能力的大幅降低。
3.3 复掺粉煤灰、矿粉对水泥胶砂流动度、强度的影响
从图3看出复掺矿粉、粉煤灰（30％-60％）的平均活性指数对比规律基本与矿粉相同，在粉煤灰掺量10％、15％时，复掺28d活性指数均高于单掺矿粉时的活性指数，且流动度值也都较单掺矿粉、粉煤灰时大。 这不仅是火山灰效应复合叠加的效果，不同粒径的掺合料互相紧密填充的物理效应也起到很重要作用。可以将水泥胶砂理解为连续级配颗粒堆积体系，胶砂间隙有水泥颗粒填充，水泥颗粒之间的间隙利用粉煤灰及矿粉更细的颗粒来填充，使水泥胶砂形成细观层次的紧密体系。
利用粉煤灰的正效应补偿矿粉的负效应，粉煤灰的球形度很好，可以发挥I级粉煤灰的“形态效应”，增大胶砂的流动度，改善矿粉对胶砂带来的粘聚性及泌水增加现象。利用矿粉的正效应补偿粉煤灰的负效应，发挥矿粉早期的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后，使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的胶凝数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢引起的早期强度损失。后期发挥I级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用 [2] ，使复掺条件下的胶凝体系优点更加突出，复合效应更加明显。
4 结论
单独掺加粉煤灰，随着掺量的增加，胶砂流动度增加，强度下降，而且28d强度增加值也较小，在混凝土应用中，如对早期强度要求较高时，掺量不宜过大，应不超过25％。
单掺矿粉，随着掺量的增加，胶砂流动度较基准胶砂略有增大，但不如粉煤灰改善流动度效果明显，胶砂强度较单掺粉煤灰7d、28d有较大增长，从理论上及降低生产成本的角度考虑，S95矿粉掺量可以加大40-50％。
复掺矿粉、粉煤灰使胶凝流动度、活性指数均较高，在外掺料40-50％、粉煤灰掺量10-15％左右时，矿粉及粉煤灰的优势互补效应达到最佳效果。
参考文献
吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土.北京：中国铁道出版社，1999
黄士元.近代混凝土技术.陕西：科学技术出版社，1998