预拌砂浆生产原料及选用(4)

形颗粒。由于煤的品种、煤粉细度以及燃烧条件不同，粉煤灰的化学成分的波动范围较大。粉煤灰的活性取决于活性Al203和活性Si02的含量。CaO对粉煤灰的活性是有利的。少量Fe203能起熔剂作用，促使玻璃体形成，提高粉煤灰的活性。

粉煤灰中玻璃体的形态、大小及表面状况与其性能有密切的关系。致密的玻璃球其成分主要为硅、铝和铁的氧化物。多孔颗粒则比较复杂。有的是煤粉在燃烧时产生挥发物和某些矿物分解，所产生的气体使熔融玻璃相形成了空心球体，有的球壁还形成蜂窝状结构。也有的是由许多小的玻璃球粘连在一起形成的组合粒子。由于颗粒形貌差异，对其性能的影响也不同。细小的致密玻璃球含量越多，粉煤灰活性也越髙。不规则的多孔玻璃体表面粗糙，蓄水孔腔多，需水量增多，使粉煤灰活性减小。

粉煤灰中所未燃尽炭对其质量是有害的。炭粒粗大多孔，当含炭量高的粉煤灰掺入水泥后，往往使需水量增多，而大大降低强度。并且未燃炭遇水后，能在颗粒表面形成一层憎水薄膜，阻碍了水分向粉煤灰颗粒内部渗透，从而影响Ca(OH)2与活性氧化物的相互作用， 降低粉煤灰的活性。通常用粉煤灰的烧失量表示未燃炭的含量。

粉煤灰的颗粒组成也是影响其质量的主要因素。有资料认为，5~45μm的细颗粒愈多，粉煤灰活性愈高；含80μm以上颗粒愈多，则活性愈低。因此，对粉煤灰重新助磨，将有效地改善其质量。

根据国家标准GB 1596-91《用于水泥和混凝土中粉煤灰》的规定，不同品粉煤灰的技术要求见表2-7。

表2-7 混凝土和砂浆掺合料的粉煤灰的质量要求

序 号 1 2 3 4 5 指 标 细度（0.045mm方孔筛筛余）/% 需水量比/（%) 烧失量/（%) 含水量/（%) 三氧化硫/（%) 级 别 I ≤12 ≤95 ≤5 II ≤20 ≤105 ≤8 ≤1 ≤3 III ≤45 ≤115 ≤15 (1) 粉煤灰的活性评定

对于粉煤灰活性的评定，应当考虑它的化学成分中CaO与SiO2的比例，当然更确切的是应当考虑(CaO+MgO+R2O)与(SiO2+Al2O3)的比例。由于CaO与SiO2的比不同，所形成的玻璃体中[SiO4]4-四面体的聚合度也就存在差别，CaO与Si02的比小，[SiO4]4-四面体将形成二维、三维的结构，这时Si—O—Si键较难破裂，玻璃体的活性也难被激发，矿渣中低聚合度(1~4)的[SiO4]4-四面体中SiO2的量占其中50%~73%，而粉煤灰却不足10%，这是因为粉

煤灰玻璃体中SiO 2的含量高，它们的[SiO4]4-四面体的聚合度高，而且基本已是成链状甚至网状结构。对于粉煤灰活性评定也可以用直接分析法，用稀HCL测定其中活性Si02和活性A12O3的含量。评定粉煤灰活性的物理方法是在硅酸盐水泥中掺30%粉煤灰，比较两者之间28d的抗压强度。也有用粉煤灰的活性指数h来表示，h按照正式计算：

h?Al2O3含量 （2-3）

烧失量h值越大，粉煤灰的活性就越高。即，A1203含量越高，活性越高；烧失量越高(反应碳含量)，活性越低。粉煤灰的水化反应速度较慢，因而其早期强度较低，而后期强度高，能够达到甚至超过水泥的强度。

(2) 粉煤灰水泥的性质

粉煤灰在水泥基材料中能够与水泥的水化产物Ca(OH)2反应。这种反应首先是粉煤灰颗粒表面形成一层C-S-H外壳，这层C-S-H凝胶是硅酸盐水泥的水化产物。然后，粉煤灰表面的玻璃体溶解，溶解的快慢通常受水泥基本系统孔隙中含有高浓度碱性水化产物溶液的影响。接着，粉煤灰再与Ca(OH)2反应形成水化产物。

粉煤灰与水泥的反应将显著影响硬化水泥浆体的性能。粉煤灰的CaO含量不同，与水泥反应的差别会很大。在低钙粉煤灰中，能够与水泥反应的组分主要是玻璃体。粉煤灰颗粒中的石英、赤铁矿、磁铁矿等晶体相在水泥中是没有反应性的，而玻璃体通常温度下与水泥的反应也很慢。在高钙粉煤灰中，不仅玻璃体，还有一些晶体组分也有化学反应性。一些粉煤灰中含有游离氧化钙、硫酸钙、C3A，这些活性晶体加水后可直接生成钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙，甚至C-S-H凝胶等。

粉煤灰在水泥基材料中的后期水化，既能够提高水泥基材料的强度，又能够改善水泥基材料中的矿物结构，提高抗冻融耐久性。粉煤灰在水泥水化的后龄期，在氢氧化钙的激发作用下开始水化，由于这时水泥已经进行了充分的水化，在结构中存在着大量毛细孔隙，粉煤灰的水化产物能够堵塞结构中的这些毛细孔隙，提高混凝土的密实性和抗渗性。粉煤灰还有许多其他优异性能，如干缩性小、抗裂震性能好、耐腐蚀性好，特别是它还能对氧化镁含量高的水泥的安定性起稳定作用，对活性集料有抑制碱集料反应的作用，因为粉煤灰水泥浆体液相中OH浓度低，粉煤灰又起到了稀释作用。但是，粉煤灰应是低碱、低钙的，否则也难抑制碱集料反应，至于对碳酸反应，粉煤灰的抑制效果很差。然而粉煤灰水泥最大的缺点就是早期强度低，有时耐大气稳定性略差。因此，如何提高粉煤灰水泥的早期强度就十分必要。

(3)预拌砂浆中粉煤类的选用

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传统的建筑砂浆分为水泥砂浆和混合砂浆，混合砂浆是以水泥和石灰膏微胶凝材料，其优点是砂浆柔软，保水性好，易施工，缺点是耐水性差，收缩打，粘结强度低，耐久性差，目前建筑工程中基本使用的是水泥砂浆。目前外墙粉刷大多采用水泥砂浆。但水泥砂浆也有本身的不足，因水泥砂浆中缺乏保水增稠组分，砂浆保水性差、分层度大，即砂浆和易性差、泌水率大，且水泥用量偏高、砂浆硬化快、易开裂等。在建筑砂浆中合理使用粉煤灰，既改善了建筑砂浆的工作性，又不会对建筑砂浆的其他使用性能产生不良影响。试验表明，在建筑砂浆中适量掺入粉煤灰，对改善砂浆的和易性起着很大的作用。

粉煤灰是由各种颗粒机械混合而成的群体，其中多为球形玻璃体，比表面积较大，其矿物组成主要是玻璃相，莫来石相，石英，赤铁矿，磁铁矿及少量未燃烧碳的颗粒。粉煤灰通过其形态效应，火山灰效应和微集料效应，可以提高砂浆的保水性，塑性，后期强度，同时还可以节约水泥和石灰，降低材料成本。砂浆中掺入粉煤灰不但可以降低成本，还可以改善砂浆的和易性。掺入粉煤灰代替部分水泥，可以起到填充致密的作用，而且粉煤灰具有一定的活性，可以和水泥的水化产物发生二次反应，使砂浆强度提高。

粉煤灰具有潜在的化学活性，颗粒微细，且含有大量的玻璃微珠，参入砂浆中可以发挥三种效应，即形态效应，活性效应和微集料效应。

预拌砂浆中可掺入粉煤灰或其他矿物掺合料。粉煤灰一般采用干排灰，粉煤灰品质要求等同于混凝土用粉煤灰技术要求。使用高钙粉煤灰时要密切注意高钙灰中游离氧化钙含量的波动，要加强检测，防止游离氧化钙含量高而破坏砂浆中水泥石的体积安定性。

2.3.3 粒化高炉矿渣粉

粒化高炉矿渣粉(简称矿渣粉)是用符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。矿渣粉磨时允许加入助磨剂，加入量不得大于矿渣粉质量的1%助磨剂。

髙炉矿渣的主要化学成分为SiO、CaO和Al2O3。一般情况下，这三种氧化物含量达约90% ，另外还含有少量MgO、Na2O、K2O等。

矿渣粉的活性与其化学成分有很大关系。各钢铁企业的高炉矿渣，其化学成分虽大致相同，但各氧化物的含量并不一致，因此，矿渣有碱性、酸性和中性之分，以矿渣中碱性氧化物和酸性氧化物含量的比值M来区分M大于1为碱性矿渣；M小于1为酸性矿渣；M等于1为中性矿渣。酸性矿渣的胶凝性差，而碱性矿渣的胶凝性好，因此，矿渣粉应选用碱性矿渣，其M值越大反映其活性愈好。

在国家标准中规定，粒化矿渣的品质可用品质系数K的大小来评定。

K?式中，mCaO、

mMgOmCaO?mMgO?mAl2O3mSiO2?mMnO?mTiO2mSiO22?1.2 （2-4）

、

mAl2O3、

m、 mMnO、 TiO、为相应氧化物的质量分数。品质系数

反映了矿渣中活性组分与低活性组分和非活性组分之间的比值。品质系越大，则矿渣的活性越高。

与使用矿渣水泥相比，直接将矿渣粉加人干拌砂浆中具有以下优点：粒化高炉矿渣比较坚硬，与水泥熟料混在一起，不容易同步磨细。所以矿渣水泥往往保水性差，容易泌水，而且较粗颗粒的粒化矿渣活性不能得到充分发挥。而将粒化高炉矿渣单独粉磨或加入少量石膏、或助磨剂一起粉磨，可以根据需要控制粉磨工艺，得到所需细度的矿渣粉，有利于其中活性组分更快、更充分水化。可根据干拌砂浆品种灵活选用矿渣粉的细度和掺量。

目前矿渣粉的生产有几种不同的工艺，不同工艺制备的矿渣粉的性能存在较大差异。国内大中型生产厂家一般使用大型立式磨，立磨产量高，产品比表面积在400~300m2/kg时，粉磨能耗比较经济；但当比表面积大于430 m2/kg时，则能耗陡然上升。而国内小型生产厂家一般采用球磨机进行生产，产品单位能耗较高。另外有些厂家也采用振动磨进行生产，但产量较低。

根据砂浆的要求灵活选用粒化高炉矿渣的细度和掺量。国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 （GB/T 18046—2000），可以将矿渣粉分为S105、 S95和S75三个等级。矿渣粉的技术要求见表2-8。

表2-8 矿渣粉的技术要求

项 目 密度/(g/cm3) ≥ 比表面积/(m2/kg) ≥ 活性指数/（%) ≥ 7d 28d 95 105 85 级 别 S105 S95 2.8 350 75 95 90 1. 0 4.0 0.02 3.0 55 75 95 ①S75 流动度比/% ≥ 含水量/% ≤ 三氧化硫/% ≤ 氯离子/% ≤ 烧失量/% ≤ ①可根据用要求协商提高。

②②②选择性指标。当用户有要求时，供货方应提供矿渣粉的氯离子和烧失量数据。

矿渣粉的细度用比表面积表示，用勃氏法测定。矿渣粉的细度越高，则颗粒越细，其活性效应发挥的越充分，但过细需要消耗较多的生产能耗，因此，细度的选择应根据自流平砂浆要求来确定。

矿渣粉的活性大小用活性指数来衡量。掺矿渣粉的受检胶砂为水泥225g、矿渣粉225g、 IS0标准砂1350g、水225mL。受检胶砂相应龄期的强度与基准胶砂相应龄期的强度比为矿渣粉相应龄期的活性指数。受检胶砂的跳桌流动度与基准胶砂的跳桌流动度之比为矿渣粉的流动度比。

由于矿渣粉的化学组成和颗粒形态与粉煤灰和硅灰有较大的差别，因此，在砂浆中表现出不同的行为，起到不同的作用。

(1)需水量 一般认为，矿渣粉对需水量影响不大。从化学组成和矿物组成看，矿渣粉与水泥较接近，因而表现出与水泥熟料相似的表面性质。从颗粒形态上看，由于矿渣粉是经过粉磨而成的，它不具有一些优质粉煤灰和硅灰那样的球形颗粒形态，而是与水泥颗粒相似，因而也不具有好的润滑作用。从颗粒尺度上看，矿渣粉不具有一些优质粉煤灰和硅灰那样较细的颗粒尺度，因而也不表现出好的填充行为。而且相对密度也比粉煤灰和硅灰大，更接近于水泥熟料。因此，矿渣粉对需水量影响不大。

(2)保水性 大量研究表明，矿渣粉的保水性能远不及一些优质的粉煤灰和硅灰，掺入一些级配不好的矿渣粉会出现泌水现象。因此，使用矿渣粉时，要选择保水性能较好的水泥，并适当掺入一些具有保水功能的材料。

(3)流动性 在掺用同一种减水剂和砂浆配合比相同的情况下，矿渣粉砂浆的流动度得到明显的提高，且流动度经时损失也得到明显缓解。流动度的改善是由于矿渣粉的存在，延缓了水泥水化初期水化产物的相互搭接，还由于C3A矿物含量的降低而与减水剂有更好的相容性，而且达到一定细度的矿渣粉也具有一定的减水作用。

(4)凝结时间 矿渣粉砂浆的初凝、终凝时间比普通砂浆有所延缓，但幅度不大。 (5)强度 在相同配合比、强度等级与自然养护的条件下，矿渣粉砂浆的早期强度比普通砂浆略低，但28d及以后的强度增长显著高于普通砂浆。

(6）耐久性 由于矿渣粉砂浆的浆体结构比较致密，且矿渣粉能吸收水泥水化生成的氢氧化钙晶体而改善了砂浆的界面结构。因此，矿渣粉砂浆的抗渗性、抗冻性明显优于普通砂浆。由于矿渣粉具有较强的吸附氯离子的作用，因此能有效阻止氯离子扩散进入，提高了砂浆的抗氯离子能力。砂浆的耐硫酸盐侵蚀性主要取决于砂浆的抗渗性和水泥中铝酸盐含量和碱度，矿渣粉砂浆中铝酸盐和碱度均较低，且又具有高抗渗性，因此，矿渣粉砂浆抗硫酸

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