摘要： 通过在球磨机中加入助磨剂，将未受干扰的粉煤灰磨碎，以增加粉煤灰的细度、比表面积和活性。将水泥、细磨粉煤灰和S95矿渣粉按不同比例混合制备复合外加剂。通过实验详细研究了粉煤灰细度和用量对复合外加剂混凝性能、流动性和力学性能的影响，为粉煤灰复合外加剂的应用提供了依据。
粉煤灰作为燃煤工业的副产品，目前正处于大量积累和迫切应用阶段[1]。综合利用粉煤灰，通过研磨中、低品位粉煤灰提高其活性，将水泥、细磨粉煤灰和S95渣粉按一定比例混合，制备复合外加剂，替代部分矿渣粉，是综合利用粉煤灰的有效途径之一[2]。本文以未受干扰的粉煤灰为原料，研究了S95矿渣粉磨后等置换制备复合外加剂的方法，得到了粉煤灰细度和用量对复合外加剂混结性能、流动性和力学性能的影响。
01
实验
1. 1 实验材料
本文选用的粉煤灰为潍坊某企业提供的二级粉煤灰，主要成分见表1。
通过激光粒度分析，原灰平均粒径为39.85 μm，中位粒径为19.98 μm。
实验所用S95渣粉由济南钢铁集团提供，主要成分见表2。
所用水泥为山东水泥股份生产的PO42.5普通硅酸盐水泥，主要成分及性能见表3、表4。
用于测试的细骨料是中国ISO标准沙子。
1. 2 实验步骤
每次称取5kg干燥的粉煤灰，放入小型球磨机进行球磨。球磨机分为60min、90min和，助磨剂质量比为3/10000，分别用F60、F90和F120表示。
02
复合外加剂性能研究
2. 1 外加剂比例
这
比例设计采用“等替代法”，复合外加剂中水泥的重量不变，水泥占胶凝材料总量的50%，粉煤灰和矿渣粉混合，分别以3∶7、43∶6、53∶5和63∶4的比例替代50%的水泥。其中水225g、复合外加剂450g、标准砂1350g。
复合外加剂的比例和数量见表5。
2. 2 复合外加剂的混凝性能
复合外加剂的初凝时间如表6所示。
从表6可以看出，随着粉煤灰含量的增加，初凝时间的规律性不是很强，这主要是由于添加了助磨剂，使粉煤灰颗粒周围附着了一层油膜，阻止了它们的水化，使混凝时间更长。另一方面，助磨剂的加入导致粉煤灰细度降低，比表面能增加，导致水泥水化速率加快，凝结时间缩短[3]。根据上述实验结果，外加剂与纯水泥的初凝时间之比小于200%，符合相关标准的要求。
2. 3 复合外加剂的流动性能
复合外加剂的流动性如表7所示。
从表7可以看出，在用水量恒定的条件下，砂浆的流动性比会随着粉煤灰的用量逐渐增加，通过这种现象可以清楚地看出粉煤灰用量对砂浆流动性的影响，即流动性与粉煤灰的用量成正比[4]。造成上述现象的原因主要有两个，在用水量不变的前提下，一是粉煤灰和水泥的颗粒形状不同，前者是球形颗粒，而后者大多是不规则的多面体，粉煤灰被添加到水泥中，粉煤灰颗粒在轴承中起着与球相似的作用， 这大大减少了由水泥颗粒流动引起的摩擦[5]。其次，处理过的粉煤灰的粒径比水泥小得多，水泥与水泥之间的颗粒间隙被粉煤灰填充，从而改善了材料颗粒之间的级配[6]。根据上述研究结果可以看出，复合外加剂各组分的流动性均高于纯水泥砂浆对比样品，满足相关标准对流动性比高于95%的要求。
2. 4 复合外加剂的力学性能
达到预设年龄的砂浆试样的机械强度由试验机测定。表 8 给出了 3D 的机械性能。
根据表8，在3D年龄时增加粉煤灰掺入量将对砂浆的机械强度产生负面影响。而当粉煤灰含量相同时，粉煤灰细度的下降也会对砂浆的机械强度产生较差的影响。
表 9 给出了 7d 的机械性能。
根据表9的数据结果，在7d龄期时，砂浆的抗压和抗折强度规律与3d几乎相同———煤灰含量的增加将对砂浆的机械强度产生负向提高。而且，当粉煤灰用量相同时，粉煤灰细度的降低也会对砂浆的机械强度产生相对较差的影响。掺入粉煤灰的砂浆强度与纯水泥砂浆的强度仍有一定的差距，但与3D时代相比，7D时代的机械强度有一定程度的提高，缩小了与纯水泥砂浆的差距。
根据上述试验结果，F60S7、F60S6、F60S5、F90S7、与外加剂与纯水泥的抗压强度比大于70%，符合相关标准要求。其中，F60的地面粉煤灰活性最好。
表10给出了28d的机械性能。
根据表10的数据结果，当达到28 d时，与粉煤灰混合的砂浆大多与纯水泥的普通砂浆的机械强度接近，粉煤灰细度小的试样尤为明显。虽然由于研磨时间和研磨条件不足，砂浆试件的强度与纯水泥之间仍然存在差距，但差距很小，这主要是由于火山灰效应，粉煤灰中的玻璃体是硅酸铝，这种成分会在水分子的参与下与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应。促进砂浆强度的增长。
当粉煤灰与矿渣粉的比例为5：5和6：4时，试件的机械强度明显高于其他比例，但当混合粉煤灰超过一定比例时，砂浆的力学性能会下降。当粉煤灰含量相同时，试件的抗压强度和抗弯强度随粉煤灰细度的降低而增加。砂浆机械强度的下降可能是由于掺入粉煤灰的细度低，导致砂浆强度增长缓慢所致。
根据上述实验结果，除F60 S7、F90 S5、F120 S6和F120 S4在由三组粉煤灰组成的外加剂中，抗压强度比均大于95%，符合相关标准的要求。其中，F90S7的复合外加剂活性最好。
03
结论
本文选取粉煤灰原灰为研究对象，采用球磨机进行粉磨，研究了不同比例的细灰替代S95矿粉对其混凝性能、流动性性能和力学性能的影响，通过实验得出以下结论
（1）随着粉煤灰含量的增加，初凝时间逐渐增大，而加磨助剂的粉煤灰含量初凝时间增加，规律性不是很强。
（2）在耗水量一定的条件下，砂浆的流动性比将随着粉煤灰的用量逐渐增大，得到粉煤灰用量对砂浆流动性的影响，即流动性与粉煤灰的用量成正比。
（3）在砂浆活性试验中，F60 S7、F60S6、F60 S6、F60 S6、F60 S5、F90 S7、F120 S7在7d龄期与纯水泥的抗压强度比大于70%，符合相关标准要求。其中，F60的地面粉煤灰活性最好。在28d时，由F60、F90和F120组粉煤灰组成的外加剂与纯水泥的抗压强度比仅为F120 S5和F120 S4大于95%，符合相关标准的要求，而添加助磨剂时由三组粉煤灰组成的外加剂的抗压强度比均在95%以上，但F60 S7除外， F90 S5、F120 S6和F120 S4四组砂浆，抗压强度比大于95%，符合相关标准要求。其中，F90 S7的复合外加剂活性最好。