众所周知，我国粉煤灰市场呈现较大的区域差异性，东南、西南、华中、京津冀鲁等大部分地区粉煤灰已基本得到利用，甚至出现供不应求的局面。而山西、陕西、内蒙、宁夏、新疆等煤电基地受区域市场不均衡、长途运输成本高等问题影响，无法大规模利用粉煤灰，目前大部分处于堆存填埋状态，占地、环保问题突出，西北煤电基地亟待提高粉煤灰综合利用率。
超细磨削是实现粉煤灰优质、高效、高附加值利用的重要手段之一，可显著提高粉煤灰在水泥混凝土中的使用量，同时扩大粉煤灰的对外运输半径，从而提高粉煤灰的综合利用率。超细粉煤灰一般指平均粒径小于10μm、比表面积大于600m2/kg的粉煤灰[1-4]。获取超细粉煤灰的途径通常主要有两种：①分选；②机械磨削。目前，国内也有不少专家学者对超细粉煤灰进行了研究，如姚丕强、王忠春等采用半工业化球磨机系统对多种粉煤灰进行了超细磨削，并对超细粉煤灰的性质进行了测定分析，结果表明，得到的超细粉煤灰比表面积可达约100m2/kg。超细粉煤灰不仅具有较高的活性，而且对砂浆和混凝土的工作性有明显的促进作用，可减水10%左右[5]。西安建筑科技大学的李晖等[6]也对不同细度超细粉煤灰的基本性质进行了研究，结果表明，超细粉煤灰越细，其需水量越小，活性越大。超细粉煤灰的掺入能有效改善混凝土拌合物的工作性能、砂浆试件和混凝土试件的力学性能，且超细粉煤灰越细，改善效果越明显。本文以托克托电厂超细磨细粉煤灰为主要研究对象，分析不同细度超细粉煤灰基本物理性质的变化规律及其在水泥中的应用试验，为指导托克托电厂粉煤灰的应用提供数据支持。
原料
1.1 粉煤灰
本次试验采用大唐国际托克托发电公司原有粉煤灰及分选后得到的Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰化学组成如表1所示。
1.2 水泥
试验选用抚顺水泥有限公司生产的P·I 42.5强度等级硅酸盐水泥，其化学组成和基本物理性能分别如表1和表2所示。
测试结果
2.1 粉煤灰超细粉碎
采用配备专用级配研磨体的超细球磨机对托克托原粉煤灰进行超细研磨，经过初步的研磨探索试验，初步得到了不同研磨时间与粉煤灰比表面积的关系。选取在超细球磨机中研磨4 min、20 min、38 min、80 min的超细粉煤灰作为试验研究对象，分别编号为TKT1、TKT2、TKT3、TKT4。
2.2 超细粉煤灰的颗粒形貌
粉煤灰的颗粒形貌是决定粉煤灰性能的重要因素，会影响粉煤灰在水泥混凝土中的成球效果，因此利用电子显微镜对原始粉煤灰和不同细度超细粉煤灰的颗粒形貌进行了观察和对比。
如图1（a）所示，原灰中存在许多大小不一、表面比较光滑的球形玻璃体，小球形颗粒粘附在大球形颗粒上，还有一些子母珠，包裹在壳壁中的小球体也清晰可见，大小不一，同时，还存在一些不规则的多孔玻璃颗粒。
从图1(b)至图1(e)可以看出，原始粉煤灰经过超细研磨后，薄壁空心颗粒受到挤压破碎，内部的子母珠破碎，球形微珠含量明显减少，粒径较大的不规则海绵状颗粒也被破碎成细小的碎片。微珠的粘结体也断裂，露出新的表面。由于研磨时间不同，不同细度的超细粉煤灰的多孔体和微珠破坏的程度也不同。研磨时间越长，微珠破坏越多，形成许多边缘清晰或边缘粗糙的多面体形状。此外，仍然存在较小的球形微珠。
2.3 不同细度超细粉煤灰的基本物理性质
研究了不同细度超细粉煤灰需水比和强度活性指数的变化情况，结果见表3。由表3数据可以看出，原灰经超细磨粉后，与分选后的二级灰相比，不同细度超细粉煤灰的需水比和强度活性指数均有所提高。当超细粉煤灰的比表面积由533m2/kg增加到750m2/kg时，需水比先减小后增大。不同细度超细粉煤灰在各龄期的活性都有比较明显的提高，比表面积为714m2/kg时7d和28d的活性指数达到最高，分别达到了87%和90%，分别比二级灰提高了14%和11%。这说明当粉煤灰磨细到一定细度时，水泥砂浆强度的提高应有一个临界值[7]。
2.4 不同细度、不同掺量的超细粉煤灰硅酸盐水泥应用试验
以P·I 42.5硅酸盐水泥为基准水泥，分别添加5%~20%不同细度的超细粉煤灰，充分搅拌制成粉煤灰硅酸盐水泥。按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间及安定性试验方法》（GB/T 1346-2011）对粉煤灰硅酸盐水泥的标准稠度用水量和凝结时间进行检测，并分别对不同配合比下的水泥砂浆试块强度进行检测。结果见表4。
从表4可以看出，随着不同细度超细粉煤灰掺量由5%增加到20%，粉煤灰硅酸盐水泥标准稠度用水量逐渐增大。当超细粉煤灰掺量为5%时，不同细度超细粉煤灰对粉煤灰硅酸盐水泥标准稠度用水量影响较小。当超细粉煤灰掺量为20%时，随着比表面积由533 m2/kg增加到1 019 m2/kg，粉煤灰硅酸盐水泥标准稠度用水量呈现先增大后减小的趋势。一方面，当水泥中加入超细粉煤灰后，由于比表面积的增加，颗粒间或与水泥颗粒间可能发生吸附，有形成絮凝结构的趋势，可能降低水泥净浆的流动性[8]。另一方面，超细粉煤灰填充于水泥颗粒之间，降低了复合胶凝材料的孔隙率，取代了水泥净浆中颗粒间的填充水，从而提高了水泥净浆的流动性。随着超细粉煤灰细度的逐渐减小，其比表面积增加的负作用逐渐被密实填充的正作用所抵消，因此标准稠度下粉煤灰硅酸盐水泥的用水量由增加转为减少。尤其值得注意的是，当比表面积超过/kg时，超细粉煤灰表现出良好的减水效果。
在20%粉煤灰掺量下对粉煤灰硅酸盐水泥的凝结时间进行了测定，结果表明，其初凝时间和终凝时间均有一定程度的延缓，超细粉煤灰的细度越小，初凝时间和终凝时间延缓的程度越小，初凝时间延缓约0.5~1 h，终凝时间延缓0.1~0.5 h，均仍满足国家标准要求。
粉煤灰硅酸盐水泥3d、28d抗压强度与粉煤灰掺量基本呈线性负相关，粉煤灰掺量越高，抗压强度越低。超细粉煤灰掺量为5%时，比表面积为714m2/kg时抗压强度达最高。特别指出，比表面积为/kg时，粉煤灰掺量对3d、28d抗压强度影响较小。当粉煤灰掺量达到15%时，粉煤灰硅酸盐水泥仍能达到基准水泥强度水平，此时超细粉煤灰的密实填充效应发挥较大作用，弥补了水泥用量减少带来的强度损失。
综上所述
（1）原始粉煤灰经过超细研磨后，部分球形微珠结构遭到破坏，形成大量边缘粗糙的碎屑，其键合结构断裂，形成尺寸更小的球形微珠。
(2)与分选后的Ⅱ级粉煤灰相比，不同细度超细粉煤灰的需水率、强度活性指数均有所增大。
(3)在P·I 42.5水泥中添加不同细度的超细粉煤灰时，当超细粉煤灰添加量为20%时，随着超细粉煤灰比表面积的增加，标准稠度粉煤灰硅酸盐水泥的用水量先增加后减少，凝结时间逐渐缩短。
(4)超细粉煤灰掺量为5%时,在比表面积为714m2/kg时,3d和28d抗压强度均达到最高,当超细粉煤灰比表面积为/kg时,粉煤灰掺量对粉煤灰硅酸盐水泥抗压强度影响较小,超细粉煤灰起到了优良的致密填充作用。