粉煤灰是燃煤电厂的副产品,因其具有良好微集料应、火山灰效应和形态效应,广泛应用于土木工程中。然而,由于粉煤灰在混凝土中的作用复杂,其作用时效、作用效应和作用机理不明晰,导致人们对粉煤灰的认识和使用存在较大偏颇,所得试验结果的分析也存在较大争议,在一定程度上限制了粉煤灰的大掺量应用。因此研究粉煤灰在混凝土中作用时效和作用机理,即何时起物理作用、何时起化学作用对粉煤灰的合理使用有重大指导意义;另外,由于粉煤灰的活性低导致大掺量粉煤灰混凝土早期强度过低,诱使混凝土早期开裂严重,后期强度和耐久性降低,这也在很大程度上限制其大掺量应用。因此,如何对粉煤灰进行有效激发并探明其激发机理,成为当前粉煤灰利用研究的技术关键和难点,也为大掺量粉煤灰混凝土配置和使用奠定了理论依据。本文通过与细度基本相近的石英粉进行对比研究,对高、钙粉煤灰-水泥净浆、胶砂、混凝土电通量进行强度和混凝土氯离子抗渗透性测试,探讨粉煤灰何时起物理作用,何时起化学作用,并在此基础上采用X-射线衍射(XRD)、综合热分析(TG-DTG)、扫描电镜和微区能谱分析(SEM-EDS)、氮气吸附法(BET)以及红外光谱(FIR)等微观测试手段,测试粉煤灰水泥基复合胶凝材料和石英粉水泥基复合胶凝材料在不同龄期下的氢氧化钙(Ca(OH)2)相对含量的相对变化规律、水化历程、水化产物微观形貌的演变规律、化学结合水、粉煤灰水化程度以及孔结构等,进一步揭示粉煤灰在水泥基复合胶凝材料中的作用时效、作用效应以及水化作用机理,并在以上实验的基础上选用氢氧化钙、硅酸钠、硫酸钠、三乙醇胺等市售的化学试剂进行单掺、复掺和三掺试验,通过正交试验选出最佳掺量、最佳配合比以及最佳激发剂种类,并采用XRD、SEM-EDS、BET等微观测试手段揭示激发剂的激发机理。通过以上研究,得到的主要结论如下:(1)在28 d时,掺加低钙粉煤灰的样品抗折、抗压强度分别为对比组试样的89.9%和72.2%;掺石英粉的样品抗折、抗压强度为对比组试样的76.9%。56d时,掺低钙粉煤灰的样品的强度开始超过掺石英粉的样品的强度。结合低钙粉煤灰在56 d的水化程度仅为1.36,说明粉煤灰在56 d之前起到了物理填充作用;56 d时开始发生火山灰活性。由SEM-EDS可知在56 d时,少量低钙粉煤灰颗粒表面稍微有些粗糙,此时水化产物之间粘结紧密,结构也较早期密实。由BET证实,180 d时掺加低钙粉煤灰的样品的孔径由大孔(60nm)向凝胶孔(10nm)方向偏移。掺高钙粉煤灰的样品与掺低钙粉煤灰的样品基本相似,唯一不同的是高钙粉煤灰在28 d时开始发生火山灰效应。(2)通过对低钙粉煤灰进行单掺、复掺、三掺激发剂试验得到以下结论。单掺激发剂激发效果最好的是CH和TEA,最佳掺量分别为胶凝材料的3%和0.02%;复掺激发剂激发效果最好的是CH+TEA和CH+Na2Si O3,其最佳掺量为胶凝材料的3.02%和3%,最佳配比是1:150(TEA:CH)和3:1(CH:Na2Si O3)。三掺激发剂的最佳掺量为胶凝材料的1.02%,最佳配比是2:75:25(TEA:Ca(OH)2:Na2Si O3)。与未掺激发剂样品相比,单掺激发剂在7 d以内,强度增长率不超过25.9%,复掺激发剂不超过54.14%,三掺激发剂效果在7 d以内,强度增长率不超过86.5%。(3)采用XRD、TG-DTG、SEM-EDS、BET等微观测试手段测试样品的Ca(OH)2相对含量的相对变化规律、微观形貌(粉煤灰的腐蚀程度)、微区能谱分析以及样品的孔结构。结果表明:与未掺激发剂的样品相比,掺加激发剂样品中Ca(OH)2相对含量在7 d之前降低较为明显。掺加激发剂的样品在早期生成了未掺加激发剂的样品晚期才生成的C-S-H凝胶、明显的无规则的玫瑰花瓣状的AFm以及粉煤灰表面出现明显的凹坑。在7d时,掺激发剂的样品的最可几孔径显著降低。