２０１３年第５期（总第２８３期）Number 5in 2013（Total No.283）
混
凝
Concrete
土
原材料及辅助物料
MATERIAL AND ADMINICLE
doi ：10.3969/j.issn.1002-3550.2013.05.024
矿粉-粉煤灰水泥基材料的试验研制
彭
杰，董健苗，吴辉琴，陈晓黎，毕洁夫，刘
鹏，陈超宇
（广西工学院土木建筑学院，广西柳州545006）
摘
要：采用试验方法，通过调整各种材料的用量，将工业废渣磨细矿粉和粉煤灰混合取代部分水泥，并加入激发剂进行活化
后，研制强度等级在32.5~42.5级新型矿粉-粉煤灰水泥基材料。关键词：矿粉；粉煤灰；水泥基材料；强度中图分类号：TU528.041
文献标志码：A
文章编号：1002-3550（2013）05-0087-02
Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｅｍｅｎｔ－ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｓｌａｇａｎｄｆｌｙａｓｈ
PENG Jie ，DONG Jian-miao ，WU Hui-qing ，CHEN Xiao-li ，BI Jie-fu ，LIU Peng ，CHEN Chao-yu （College of Civil Engineering ，Guangxi University of Technology ，Liuzhou 545006，China ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
It studied the industrial waste residue finely ground slag and fly ash to replace part of cement ，and add the activator activa-
through testing to determine the amount of various materials ，the final preparation of the strength level in 32.5~42.5of new slag and tion ，
fly ash cement-based materials.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：slag ；fly ash ；cement-based material ；strength
0引言
目前我国经济正处于一个快速发展的黄金时期，在此阶段建筑业也得到了迅速的发展。水泥作为建筑结构常备材料，社会的需求也越来越大。而水泥工业是一个高污染、高能耗、高资源消耗的行业，在可持续发展已成为全球共识的今天，这些特性严重制约了水泥行业的可持续发展。新世纪水泥行业发展趋势是以节能、降耗、环保、改善质量和提高劳动效率为中心，以实现清洁生产和高效节约化生产为目标，走可持续发展的道路。另一方面，随着工业化进程的加快，每年都有大量的工业废渣排放，包括粉煤灰、高钢渣、电石渣等[1]。以粉煤灰为例，因为电力工业的炉矿渣、
迅猛发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，有关资料刊登的我国燃煤热电厂每年排放的粉煤灰总量数据显示：1995年我国粉煤灰排放量是1.25亿t ，2000年约为1.5亿t ，到2010年就达到3亿t 。工业废渣的排放给我国的国民经粉煤灰一般采用露天济建设及生态环境造成巨大的压力。
堆放，不仅占用土地资源，污染地下水及周围大气环境，而且其中存在的放射性物质还可能会造成辐射污染。因此，本试验主要利用具有潜在活性的工业废料-粉煤灰和磨细矿粉，替代大量水泥，加入激发剂Na 2SO 4，配制出水泥含量为20%~30%左右，强度等级为32.5~42.5级的矿粉-粉煤灰水泥基复合材料，具有很好的经济效益和应用前景。
收稿日期：2012-11-16
1原材料及试验方法
1.1
原材料
水泥：广西柳州鱼峰水泥厂生产的P ·O 42.5级水泥。砂：柳江河砂，中砂。
粉煤灰：柳州电厂III 级粉煤灰，密度为2.23g/cm3，比表面积294m 2/kg。
矿粉：柳州台泥新型建材有限公司生产的磨细矿粉，密度为2.88g/cm3，比表面积为435m 2/kg。
水：普通自来水。
减水剂：MN-II 型高效减水剂，柳州市威安混凝土助剂厂，减水率20%左右。
粉煤灰和磨细矿粉的化学组成见表1。
表1
材料粉煤灰矿粉
SiO 253.8031.18
粉煤灰、矿粉的化学组成Al 2O 330.7513.80
Fe 2O 35.1215.32
CaO 3.2526.60
MgO 0.998.14
%SO 30.330.29
1.2试验方法
（1）试验材料用量：水泥450g ；中砂1350g ；MN-II 型
高效减水剂2.25g ；水胶比0.4；激发剂13.5g ；粉煤灰、矿粉按1∶1的比例掺加，掺量为水泥质量的40%~80%。
（2）试验方法：采用尺寸为40mm ×40mm ×160mm 的标准试件，按GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》
基金项目：广西科技厅科技攻关项目（桂科攻1114016-6）；广西教育厅研究生科研创新项目；广西教育厅第二批大学生创新创业计划项目
·87·
规定成型、养护，并测其在7、28d 抗折、抗压强度。着粉煤灰、矿粉用量的增加，水泥基材料的抗折强度和抗压强度逐渐降低，粉煤灰、矿粉总用量在60%（试件8#），70%（试件6#），80%（试件4#）时28d 抗折强度分别为6.12、5.64、4.3MPa ；28d 抗压强度分别为40.3、36.3、31.6MPa 。2#试件（胶凝材料全部为粉煤灰和磨细矿粉，水泥掺量为0）其28d 抗折强度为1.64MPa ，28d 抗压强度为8.0MPa ，可见未掺激发剂的粉煤灰和矿渣强度极低，活性基本没有发挥。
矿粉/g0225.0225.0180.0180.0157.5157.5135.0135.0
激发剂/g0013.5013.5013.5013.5
抗折强度/MPa7d 6.150.924.113.737.215.487.225.627.30
28d 7.441.645.264.307.605.648.436.128.95
抗压强度/MPa7d 41.82.7621.630.834.634.838.436.139.3
28d 52.68.024.331.635.236.342.840.345.8
2试验结果及分析
试验配合比及试验数据见表2。
2.1工业废渣掺量对水泥基材料强度的影响
图1为在不加激发剂情况下，用不同比例工业废渣做
成水泥基材料的28d 抗折强度和抗压强度。由此看出：随
表2
编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#
水泥/g[***********]180
砂/g[***********][***********]
水/mL[***********]180180180
减水剂/g02.252.252.252.252.252.252.252.25
粉煤灰/g0225.0225.0180.0180.0157.5157.5135.0135.0
矿粉-粉煤灰水泥基材料试验方案及试验结果
图1粉煤灰、
矿粉掺量对水泥基材料强度的影响图3
激发剂对水泥基材料抗折强度的影响
粉煤灰和矿粉的主要化学成分有SiO 2、Al 2O 3、CaO 等，它们本身的结构和颗粒形状等特征使它们可以产生火山灰效应，微骨料效应。由于粉煤灰和矿粉都有无定型玻璃体形态的活性SiO 2、Al 2O 3，这些成分能和水泥水化过程中析“二次反应”，在表面形成有胶凝性能的出的氢氧化钙进行
水化硅酸钙等胶凝物质，从而产生强度。但当水化铝酸钙、
水泥取代量较大时，水泥的水化产物氢氧化钙也较少，粉煤灰，矿粉“二次反应”产生的对强度有贡献的水化铝酸钙、水化硅酸钙等胶凝物质也相应减少[2]。
由图2、3可以看出加入激发后水泥基材料的28d 抗折、抗压强度明显提高。当粉煤灰、矿粉用量为60%，不加激发剂时（试件8#）其抗折强度为6.12MPa 、抗压强度为40.3MPa ，加入激发剂后（试件9#）抗折强度为8.95MPa 、抗压强度为45.8MPa ，抗折强度提高46.2%、抗压强度提同时试件9#抗折强度比水泥用量100%（试件1#）高13.6%，
抗折强度提高20.3%；粉煤灰、矿粉用量为70%时，不加激发
#
剂时（试件6）抗折强度为5.64MPa 、抗压强度为36.3MPa ，
加入激发剂后（试件7#）抗折强度为8.43MPa 、抗压强度为42.8MPa ，抗折强提高49.5%、抗压强度提高17.8%，同时试件7#抗折强度比水泥用量100%（试件1#）抗折强度提高13.3%；粉煤灰、矿粉用量为80%时，不加激发剂时（试件4#）抗折强度为4.3MPa 、抗压强度为31.6MPa ，加入激发剂后（试件5#）抗折强度为7.6MPa 、抗压强度为35.2MPa ，抗折强度提高了76.7%、抗压强度提高了11.4%，同时试件5#抗折强度比水泥用量100%（试件1#）抗折强度提高了2.2%。
#粉煤灰、矿粉用量为100%时，不加激发剂（试件2）其抗折强
2.2激发剂Na 2SO 4对水泥基材料强度的影响
图2、3为不同配合比试件分别在掺加激发剂Na 2SO 4
和不加激发剂情况下的28d 抗折强度和抗压强度。
度为1.64MPa 、抗压强度为8MPa ，加入激发剂后（试件3#）抗折强度为5.26MPa 、压强度为24.3MPa ，抗折强度提高220.7%，抗压强度提高203.8%。
图2
激发剂对水泥基材料抗压强度的影响
·下转第９２页
·88·
未掺膨胀剂的自密实混凝土有明显提高。
（3）不管是否掺入膨胀剂，随着龄期增加，自密实混凝土抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量等力学性能变化的总体规律基本是一致，只是在不同时间段内，其增长幅度有差异。
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2008（2）：5. ·上接第８６页
增加而逐渐减小。③在相同掺量水平下，掺粗橡胶粒混凝土拌合物的流动性优于掺细橡胶粉。
4结论
（1）在单一试验变量下，掺粗橡胶粒的混凝土工作性能优于掺细橡胶粉。
（2）对废旧橡胶颗粒进行改性处理，均提高了混凝土拌合物的流动性。当掺粗橡胶粒时，改性效果由好到差依次为：NaOH 溶液、CCl 4溶液、清水；当掺细橡胶粉时，改性效果由好到差依次为：CCl 4溶液、NaOH 溶液、清水，且橡胶颗粒越大、掺量越多，改性效果更明显。
（3）橡胶粒径和橡胶掺量对混凝土拌合物的工作性能影响并不是固定的，随着橡胶掺量增多，不同粒径的橡胶混凝土的工作性能存在不同的变化拐点。
（4）当废旧橡胶等体积代砂掺加到混凝土中，混凝土拌合物的工作性能随着粗橡胶粒掺量的增加而增加，掺细橡胶粉则相反。
（5）当橡胶颗粒直接外掺到混凝土中，无论是橡胶粒·上接第８８页
激发剂对水泥基材料的抗折强度、抗压强度提高十分明显，因此在水泥基材料中加入适量激发剂可以提高它的力学性能。其主要原因是激发剂Na 2SO 4能够提供和保持激发作用过程所需的碱度，使得液相碱度能够维持在一定范围内，保持对矿物掺合料激发的连续与稳定性，在水泥水化过程中提高碱度，促进Ca （OH ）2的结晶成核和晶体发育，也提高了硅酸盐矿物的早期水化速度，在水泥水化产生的Ca （OH ）2等水化产物的协同作用下，可获得较高的抗压、抗折强度。同时，Na 2SO 4激发剂的掺入加速了水化体系对Ca （OH ）2的吸收能力，碱的存在加速了粉煤灰，矿粉中玻璃体的解聚和溶解，促进了粉煤灰，矿渣参与水化反应，生成更多的C-S-H 凝胶，使得水泥基材料的强度得到提高[3-4]。
3结论
（1）粉煤灰、矿粉用量直接影响水泥基材料的强度，随着粉煤灰、矿粉用量的增加抗折强度和抗压强度逐渐降低，从经济，环境等各个方面考虑，选择粉煤灰、矿粉掺量为70%较为合适。
·92·
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还是橡胶粉，混凝土拌合物的工作性能随着橡胶颗粒掺量的增加均呈现先增加后减小的规律。
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联系地址：沈阳市大东区望花南街21号沈阳大学建工学院
（110044）
联系电话：[1**********]
（2）激发剂大大的提高了水泥基材料的抗折强度、抗压强度，粉煤灰、矿粉用量为60%、70%、80%、100%时，抗折强度分别提高46.2%、49.5%、76.7%、220.7%；抗压强度分别提高13.6%、17.8%、11.4%、203.8%。
（3）当粉煤灰、磨细矿渣掺量为70%，激发剂掺量为胶凝材料的3%时，可配制出强度等级为32.5~42.5级的新型矿粉-粉煤灰水泥基材料。
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联系地址：广西柳州市东环路268号广西工学院土建学院（545006）联系电话：0772-2687636