粉煤灰与石粉对硅酸盐水泥强度的影响

　　引言
　　随着经济的发展，建筑行业占领主流地位，对水泥的需求也日益增多，如何降低水泥生产成本和提高其性能成了炙手可热的课题。与此同时，生产水泥时所产生的污染对环境造成的影响也不容小觑，不仅与我国可持续发展的战略路线不相符合，也阻碍了经济发展的脚步。矿物掺和料是水泥的重要组成部分，在水泥净浆、砂浆或混凝土拌制前或拌制后过程中加入，可以减少水泥用量，节约能源，减少环境污染;并且可以改善新拌和硬化混凝土性能的矿物类物质。另一方面,随着社会工业化的进程,城市中产生了许多工业废弃物，因其无法被自然消化故占用了大量土地来堆放，既影响城市美观又污染周遭环境。所以应该变废为宝，合理利用这些固体废弃物，将其转化为水泥性能调节材料，即作为矿物掺和料来实现其隐藏价值。而在研究矿物掺和料时，除却单掺外，更应考虑多组分复合外掺料对水泥性能方面的影响。水泥的强度是指其抵抗破坏与断裂的能力，在评定水泥质量的过程中，强度是重要的指标之一。因此，本次实验研究单掺粉煤灰和粉煤灰与石粉互掺对水泥强度的影响，更好地发挥掺和料对水泥结构性能的改善作用。
　　1 原材料及试验方法
　　1.1 原材料
　　本次试验选用具有强度高、耐磨性较好的海螺牌P.O42.5 普通硅酸盐水泥，Ⅱ级磨细粉煤灰、石粉、普通自来水。
　　1.2 试验主要仪器
　　水泥胶砂搅拌机、水泥试模(由三个可拆装的三联槽模组成，内腔尺寸40 mm40 mm160mm)、振实台、水泥抗折试验机、压力试验机、天平、量筒、标准养护箱等。
　　1.3 试验方法
　　本试验参照GB/T17671- 1999《水泥胶砂强度检验方法》标准，按照上述配合比制备水泥净浆，倒入搅拌锅干拌30s后加入水慢搅60s 后再快搅60s。将搅拌好的水泥净浆倒入模具，固定在振实台上，振实60 次后卸下试模，标记后放入温度为(201) 的标准养护箱内。养护24h 后脱模，标记好后放入水温为(201) 的水槽中养护。
　　在养护至3d、7d、28d 时测试试件的强度。先进行抗折试验，将试件的一个侧面放在抗折试验机的支撑圆柱上，受压面为试件成型时的两个侧面，夹紧固定好试件后接通开关，抗折机以60N/s 均匀施加荷载，直到试件折断，记录抗折破坏荷载。抗折试验后进行抗压试验，先将试件擦拭干净，以成型时侧面为上下受压面，试件中心与压力机几何对中，加荷速度为2.4kN/s 加载，直至试件破坏，记录数据。
　　2 试验结果及分析
　　随着龄期的增长，试件的抗折强度也随之增大。A1、A2、A3 组试件的强度相近，当龄期为28d 时，A3 组粉煤灰掺量为20%的试件抗折强度达到最高;而由A3、A4 组可看出，当粉煤灰掺量大于20%时，水泥试件抗折强度成明显下降趋势。从图2 来看，试件的抗折强度随着矿粉比例的增加总体呈下降趋势从B1 组实验可得，粉煤灰与石粉比例为7 3 时水泥抗折强度最高。可发现当龄期达到28d 时，粉煤灰复掺石粉的水泥试件抗折强度普遍比单掺粉煤灰的试件强度来得要高。针对A4 与B4 组别分析单掺粉煤灰与单掺石粉对水泥试件抗折强度的影响可发现，两组试件的抗折强度都是先增大，再减小，后又增大但上升趋势明显比之早期要来的逊色。
　　前期试件的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加主要呈增大趋势，由A3 组数据看出当粉煤灰掺量为20%时试件的早期抗压强度增长的最快。但随着养护时间越来越长，粉煤灰掺量的增多反而抑制了水泥抗压强度的发展。A1 组不掺粉煤灰的试件抗压强度增长趋势显著提高，超越了其他三组不同掺量粉煤灰的试件，在28d 时强度达到最高。随着石粉比例的增大，水泥试件的抗压强度逐渐降低且普遍比单掺粉煤灰时低，由B1 组数据可得，当粉煤灰与石粉比例为7 3 时，试件的抗压强度最高。分析A4 与B4 组试验可得，单掺粉煤灰时水泥试件的抗压强度总体呈增长状态，而单掺矿粉时试件的抗压强度先增大后降低复又增大，其28d 时试件的抗压强度小于单掺粉煤灰时的强度。
　　由以上图表可得，单掺粉煤灰的水泥抗折强度比加入石粉的水泥来的低，且过多加入掺和料会导致试件的强度不增反减。而水泥试件的早期抗压强度随着矿物掺和料的增加而增大，但随着龄期增长，试件的强度发展趋势将与掺入粉煤灰的含量成反比;而复掺入不同比例石粉的水泥抗压强度发展趋势差别不大，但总体强度比之单掺粉煤灰时的水泥试件要来的低。
　　因为粉煤灰与石粉的机理不同，复掺时或有相互限制，故不同比例掺量在不同龄期时对水泥强度的影响也不尽相同[2]。而粉煤灰在龄期达到90d 以后，其活性成分才逐渐溶解释放出来，此时发生的火山灰效应才能有效提高水泥后期的强度和弹性模量。在水泥中加入石粉，因其均化不易受控制兼流动性较强，可能导致掺和料在水泥中分布不均匀，造成水泥强度波动。由试验可得，掺入石粉对水泥早期强度更为有利，且随龄期增加及石粉比例增大对水泥的强度影响逐渐削弱甚至起到抑制作用。所以试验时控制好给料对制成水泥的性能也有帮助。
　　3 结论
　　(1)单掺粉煤灰对水泥的早期强度影响不大，控制好用量对提高水泥的抗压强度有很大帮助。
　　(2)粉煤灰与石粉互掺可以增大水泥的强度，但相同矿物掺和比例下随着石粉含量的增加，对水泥试件的强度影响逐渐削弱。
　　(3) 多掺矿物掺和料需注意不同掺和料之间的比例，否则效果比之单掺掺和料要来得逊色。