广东建材 2011 年第 8 期
检测与监理
浅谈粉煤灰活性激发
白轲
（广州市市政园林工程质量检测中心）
摘 要：通过对粉煤灰活性来源的分析，综述了近几年来激发粉煤灰活性的机理研究进展，认为粉
煤灰活性激发有 ３ 个基本思路：一是通过物理方法使粉煤灰表面玻璃体的颗粒表面缺陷增多，提高反 应能力；二是破坏玻璃体表面光滑致密、牢固的 Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ 和 Ｓｉ－Ｏ－Ａｌ 网络结构；三是激发生成具有增 强作用的水化产物或促进水化反应。粉煤灰活性物理激发即机械粉磨，只适用于粗灰；用于化学激发 的激发剂主要是硫酸盐和强碱，而强酸、氯盐则较少；激发剂的复合使用已成为粉煤灰活性激发的趋 势。
长期以来，在所利用的粉煤灰中大部分是用于建筑 材料和筑路材料，这主要是基于对粉煤灰中活性组分的 利用。然而由于粉煤灰特殊的结构及化学稳定性，其在 应用的过程中活性发挥非常缓慢，因此，粉煤灰活化技 术成为人们近年关注的热点［３，４］。
2 粉煤灰活性来源
粉煤灰的活性一般包括物理活性和化学活性。
2.1 物理活性
［３］沈晓冬，马素花等．含硫铝酸钙硅酸盐水泥中粉煤灰活化机理 ［Ｊ］．硅酸盐学报，２００６ ３４（２）：１７５－１８２． ［４］程麟，李东旭，潘志华． 粉煤灰活化机制的研究［Ｊ］．水泥技 术．２００５（６）：２２－２５． ［５］李国栋．粉煤灰的结构、形态与活性特征［Ｊ］．粉煤灰综合利 用，１９９８（３）：３５－３８． ［６］阮燕，吴定燕，高琼英．粉煤灰的颗粒组成与磨细灰的火山灰 活性［Ｊ］．粉煤灰综合利用 ２００１（２）：２８－３０． ［７］方荣利，张太文．提高粉煤灰活性方法的研究［Ｊ］．水泥．１９９６ （６）：８－１０． ［８］王晓均，杨南如，钟白茜．粉煤灰—石灰—水系统反应机理探 讨［Ｊ］．硅酸盐学报．１９９６ ２４（２）：１３７－１４１． ［９］王爱勤，杨南如等．粉煤灰水泥的水化动力学［Ｊ］．硅酸盐学 报．１９９７ ２５（２）：１２３－１２９． ［１０］李平江，史美伦，陈志源．粉煤灰细度与其火山灰活性的关系 ［Ｊ］．建筑材料学报．２００４ ７（２）：２０７－２０９． ［１１］姚丕强，王仲春．粉煤灰的超细粉磨及其性能的研究［Ｊ］．水 泥．２００７（６）：１－７． ［１２］黄少文，俞平胜．粉煤灰活化技术及其在水泥材料中的应用 研究［Ｊ］．南昌大学学报（工科版）．２００１ ２３（２）：９１－９６． ［１３］芦令超，常钧等．粉煤灰的物理活化［Ｊ］．硅酸盐通报．２００３ （３）：２５－２８． ［１４］钱觉时．粉煤灰特性与粉煤灰混凝土［Ｍ］．北京：科学出版社， ２００２．３１－３２． ［１５］ 于 继 寿 ， 李 仁 福 ， 隋 成 飞 ， 赵 传 文 ． 酸 碱 激 活 粉 煤 灰 的 研 究 ［Ｊ］．粉煤灰综合利用．２０００（２）：２６－２７． ［１６］梁郁，钱觉时，王智．磷酸激发粉煤灰的试验研究［Ｊ］．粉煤灰 综合利用．２００４（３）：４４－４５． ［１７］赵海君，严云等．低钙粉煤灰活性激发技术的研究［Ｊ］．水泥． ２００８（３）：８－１１． ［１８］王智，钱觉时，卢浩．石灰对粉煤灰活性激发作用的研究进展 ［Ｊ］．粉煤灰综合利用．１９９９（１）：２７－３０． ［１９］Ｓｈｉ Ｃａｉｊｕｎ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｌ Ｄａｙ．Ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｋａｌｉ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ／ｆｌｙ ａｓｈ ｂｌｅｎｄｓ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｅｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ．１９９９ １１（４）：１８９－１９６． ［２０］Ｄｏｕｇｌａｓ Ｅ， Ｂｒａｎｄｓｅｔｅｒ Ｊ． Ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ ｂｌａｓｔ－ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ．１９９０ ２０ （５）： ７４６－７５６． ［２１］ 李东旭， 陈益民等． 碱对粉煤灰的活化和微观结构的影响 ［Ｊ］．材料科学与工程．２０００ １８（１）：５０－５２． ［２２］龙世宗，邬燕蓉等．粉煤灰表面活化处理新技术［Ｊ］．粉煤灰 综合利用．１９９７（２）：８１－８３． ［２３］～［３１］略
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广东建材 2011 年第 8 期
检测与监理
常用的硫酸盐激发剂有石膏和 Ｎａ２ＳＯ４ 等。王智 等［２９］认为粉煤灰 － 水泥体系中，Ｎａ２ＳＯ４ 产生的激发效果 优于 Ｃａ２ＳＯ４，除其溶解度大于 Ｃａ２ＳＯ４ 外，主要是 Ｎａ２ＳＯ４ 与 Ｃａ２ＳＯ４ 反应，提高介质碱度和硫酸盐的反应活性，改 善包裹层水化产生的结构，促进了粉煤灰活性激发。
2.2 化学活性
粉煤灰的化学活性是指粉煤灰的火山灰性质，它来 源于熔融后被迅速冷却而形成的玻璃态的颗粒中可溶 性的 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 等活性组分。活性的 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 在有水 存在时，可以与 Ｃａ（ＯＨ）２ 反应，生成水化硅酸钙（Ｃ－Ｓ－Ｈ） 和水化铝酸钙（Ｃ－Ａ－Ｈ）。粉煤灰中的玻璃体越多，火山灰 化学反应性能越强，然而粉煤灰中的玻璃相结构致密， 聚合度高，可溶性 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 少，其早期化学活性低，因 此，要提高粉煤灰的利用率，提高粉煤灰的早期活性将 是一个突破口。
粉煤灰的物理活性产生的效应包括颗粒 （形态）效 应、微集料效应和密实（火山灰）效应［５］。粉煤灰的颗粒 效应泛指由其颗粒的外观形貌、内部结构、颗粒级配等 物理性状所产生的效应。粉煤灰中含有大量的玻璃微 珠，粒形完整，表面光滑，球形玻璃微珠在掺粉煤灰体系 中起到润滑、滚动作用，系统流动性、和易性改善的同 时，增加了保水性和均匀性，降低了需水量［６］；微集料效 应是粉煤灰颗粒充当微小集料，使集料的匹配更加合 理，填充率提高；密实效应是微集料效应和火山灰效应 共同作用的宏观表现，使粉煤灰形成类似托勃莫来石次 生晶相，填充系统的孔隙，提高密实度。
度Байду номын сангаас低，并可能引起起霜和碳化等问题［２２］。
粉煤灰 － 石灰体系是粉煤灰最基本的活性激发体
系［２３］，石灰不但为粉煤灰活性激发提供了碱性环境，而
且还提供了能够水化生成胶凝产物所需的 Ｃａ２＋，因而能
激发粉煤灰的活性，但研究表明［８］，单纯的石灰在常温
常压下激发粉煤灰，激发效果并不理想。王智等［２４］研究
Ｃａ２＋＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｃｌ－＋ＯＨ－→３ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ·３ ＣａＣｌ２·１０Ｈ２Ｏ 研究表明［３１］，ＣａＣｌ２ 对低钙粉煤灰（ＬＦＡ）的激发效果 要比高钙粉煤灰（ＨＦＡ）的明显，这可能与 ＣａＣｌ２ 能为前 者提供生成水化物所需的 Ｃａ２＋ 有关，ＣａＣｌ２ 能提高粉煤 灰体系的早期和中期强度，尤其对 ＬＦＡ 的后期强度提高 作用显著。但是，由于会引入 Ｃｌ－，氯盐的掺入可能会引 起钢筋的锈蚀，这使氯盐作为激发剂受到了很大的限 制。
了石灰形态对粉煤灰活性激发的效果影响，结果表明等
ＣａＯ 当量的熟石灰对粉煤灰活性激发的效果比生石灰
的好，且具技术经济优势，并且采用熟石灰无体积安定
性不良的破坏因素。
3.2.3 硫酸盐激发
２－
硫酸盐对粉煤灰活性的激发主要是 Ｓ０４ 在 Ｃａ２＋ 的
作用下，与溶解于液相的活性 Ａ１２０３ 反应生成水化硫铝 酸钙 ＡＦｔ，即钙矾石［２５］。钙矾石最终在粉煤灰颗粒表面
作用，掺粗灰（粒径大于 ４５μｍ）的水泥浆体样品养护 ２８ Ｓｉ－Ｏ 和 Ａｌ－Ｏ 键断裂。早期研究表明［１９，２０］，在 ＯＨ－ 的作用
天后有显著的二次水化过程，而掺磨细灰（粉磨至粒径 下，粉煤灰颗粒表面的 Ｓｉ－Ｏ 和 Ａｌ－Ｏ 键断裂，Ｓｉ－Ｏ－Ａｌ
小于 ４５μｍ）的样品养护 ７ 天后的二次水化过程已较粗 网络聚合体的聚合度降低，表面形成游离的不饱和活性
硫酸盐激发剂的掺量也不能超过一定的范围，掺量 太高时，会引起泛霜现象。另外如果单独采用硫酸盐和 粉煤灰混合加水， 经多次试验发现 ２８ 天乃至更长时间 均不能凝结， 因此硫酸盐不能单独激发低钙粉煤灰活 性，必须在石灰补充钙的条件下，才能充分激发粉煤灰 活性［３０］。
3.2.4 氯盐激发
常用氯盐（ＣａＣｌ２ 和 ＮａＣｌ）对粉煤灰火山灰的反应 影响较小［Ｅ］，其激发作用主要通过 Ｃａ２＋ 和 Ｃｌ－ 能够穿 过粉煤灰颗粒表面的水化层，与内部的 Ａｌ２Ｏ３ 反应生成 水化氯铝酸钙［Ｆ］。
灰 － 水泥体系水化早期，以 Ｃａ２ＳＯ４ 作激发剂时将产生大
２－
量的 Ａｆｔ，且孔结构尺寸小，孔隙率低。体系中的 Ｓ０４ 生 成 Ｃａ２ＳＯ４ 和 Ａｆｔ 有一定的膨胀作用，可以填补水化空间 的空隙，使硬化体的密实度提高［２７］。王智等［２８］认为硫酸 盐主要通过有效激发粉煤灰中的活性 Ａｌ２Ｏ３，改善粉煤 灰颗粒包裹层的结构和增加粉煤灰活性成分的溶解度 等途径来加快粉煤灰活性的激发速度和提高粉煤灰活 性激发的程度。
形成纤维状或网状结构的包裹层，其紧密度小，有利于
Ｃａ２＋ 扩散到粉煤灰内部，与内部活性 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 反应，另
２－
４－
一方面，Ｓ０４ 能置换 ＣＳＨ 凝胶中的部分 ＳｉＯ４ ，被置换出
４－
的 ＳｉＯ４ 与包裹层外的 Ｃａ２＋ 反应生成 ＣＳＨ 凝胶，使粉煤
灰活性激发得以继续进行。Ｃ．Ｓ．Ｐｏｏｎ 等［２６］发现在粉煤
⑷氯盐虽对粉煤灰活性有一定的激发效果，但由于 其会引入 Ｃｌ－，从而很少使用。●
【参考文献】
［１］罗道成，易平贵，刘俊峰．我国粉煤灰综合利用的发展现状与 建议［Ｊ］．煤化工，２００２ （６）：８－１０． ［２］沈旦中．我国粉煤灰利用科学技术的可持续发展［Ｊ］．建筑材 料学报，１９９８ １（２）：１７０－１７４．
灰样品显著。姚丕强等［１１］的研究结果表明，比表面积达 键，而且 ＯＨ－ 浓度越大，对 Ｓｉ－Ｏ 和 Ａｌ－Ｏ 键的破坏作用
到 １１０００ｃｍ２／ｇ， 中位粒径小于 ４．０μｍ 的磨细粉煤灰， 越强。后来又发现［１２］，Ｎａ＋、Ｋ＋ 等阳离子是硅酸盐玻璃网