循环流化床炉渣粒径对水泥基复合胶凝材料性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0038

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (7): 2335-2346.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0038

循环流化床炉渣粒径对水泥基复合胶凝材料性能的影响

荆宏宇¹(), 段思宇¹^,²(), 杨嵩桥³, 王永岗³, 周冬冬³, 路广军¹, 马志斌¹

^1.山西大学资源与环境工程研究所，太原 030006
^2.太原科技大学环境与资源学院，太原 030024
^3.山西路桥再生资源开发有限公司，太原 030006

收稿日期:2026-01-11 修订日期:2026-03-04 出版日期:2026-07-15 发布日期:2026-08-13
通信作者: 段思宇，博士，副教授。E-mail：2020031@tyust.edu.cn
作者简介:荆宏宇（2001—），女，硕士研究生。主要从事循环流化床粉煤灰资源化利用的研究。E-mail：1360751212@qq.com
基金资助:
中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2025C001);低碳建筑山西省实验室开放课题专项资金(DTJZ-KF-25-03);国家自然科学基金(52500166)

Effect of Circulating Fluidized Bed Slag Particle Size on Properties of Cement-Based Composite Cementitious Materials

JING Hongyu¹(), DUAN Siyu¹^,²(), YANG Songqiao³, WANG Yonggang³, ZHOU Dongdong³, LU Guangjun¹, MA Zhibin¹

^1.Institute of Resources and Environmental Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China
^2.School of Environment and Resources，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China
^3.Shanxi Road and Bridge Recyclable Resources Development Co. ，Ltd，Taiyuan 030006，China

Received:2026-01-11 Revised:2026-03-04 Published:2026-07-15 Online:2026-08-13

摘要/Abstract

摘要：

为推动循环流化床炉渣（CFBS）的资源化利用并降低水泥行业碳排放，本研究通过机械粉磨制备了不同粒径的CFBS，并将其作为辅助胶凝材料与水泥复配。首先分析了不同粉磨时间CFBS的粒度分布、比表面积及微观形貌变化，然后分析了CFBS对复合胶凝材料工作性能及力学性能的影响规律，并借助XRD、TG-DTG、FT-IR和SEM分析复合胶凝材料水化特性。结果表明，粉磨45 min时CFBS细化效果最佳，中值粒径D₅₀为8.69 μm，比表面积达到870 m²/kg，超过最佳粉磨时间会导致颗粒团聚，D₅₀增大。减小粒径能有效激发CFBS活性，使复合胶凝体系相较于纯水泥体系呈微膨胀，并在D₅₀最小时获得较优的力学性能与最短的凝结时间。减小CFBS粒径可提高胶凝体系的水化速率，促进C-（A）-S-H凝胶和钙矾石的生成，使结构更加致密，力学性能更为优异。本研究为基于CFBS粒径调控的复合胶凝材料设计与性能优化提供了参考。

关键词: 循环流化床炉渣, 复合胶凝材料, 机械粉磨, 颗粒粒径, 水化特性

Abstract:

To promote the resource utilization of circulating fluidized bed slag （CFBS） and reduce carbon emissions in the cement industry， this study prepared CFBS with different particle sizes through mechanical grinding and incorporated it as a supplementary cementitious material in cement blends. Firstly， the particle size distribution， specific surface area and microstructure of CFBS with different grinding time were analyzed. Then， the effect of CFBS on the workability and mechanical properties of the composite cementitious materials was investigated. The hydration characteristics of composite cementitious materials were further examined using XRD， TG-DTG， FT-IR， and SEM. The results indicate that CFBS grinding for 45 min has the best refining effect， with a median particle size D₅₀ of 8.69 μm and a specific surface area of 870 m²/kg. Exceeding the optimal grinding time will lead to particle agglomeration and an increase in D₅₀. The reduction of particle size can effectively stimulate the activity of CFBS， enabling the composite cementitious system to exhibit micro-expansion behavior compared to the pure cement system， and achieving better mechanical properties and the shortest setting time at the minimum D₅₀. The reduction in CFBS particle size accelerates the hydration rate of cementitious system and promotes the formation of C-（A）-S-H gel and ettringite， resulting in a denser structure and superior mechanical properties. This study provides reference for the design and performance optimization of composite cementitious materials based on CFBS particle size regulation.

Key words: circulating fluidized bed slag, composite cementitious material, mechanical grinding, particle size, hydration characteristic

中图分类号:

TU528

荆宏宇, 段思宇, 杨嵩桥, 王永岗, 周冬冬, 路广军, 马志斌. 循环流化床炉渣粒径对水泥基复合胶凝材料性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(7): 2335-2346.

JING Hongyu, DUAN Siyu, YANG Songqiao, WANG Yonggang, ZHOU Dongdong, LU Guangjun, MA Zhibin. Effect of Circulating Fluidized Bed Slag Particle Size on Properties of Cement-Based Composite Cementitious Materials[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(7): 2335-2346.

图/表 17

表1 水泥的性能指标

Table 1 Performance of cement

Testing index	Specific surface area/（m²·kg^-1）	Water requirement for standard consistency/%	Setting time/min		Flexural strength/MPa			Compressive strength/MPa
Testing index	Specific surface area/（m²·kg^-1）	Water requirement for standard consistency/%	Initial	Final	3 d	7 d	28 d	3 d	7 d	28 d
Measured value	390	27.5	177	252	5.7	6.3	7.4	27.3	34.3	54.6

表2 原材料的化学成分

Table 2 Chemical composition of raw materials

Material	Mass fraction/%
Material	SiO₂	Al₂O₃	CaO	SO₃	Fe₂O₃	Na₂O	MgO	K₂O	LOI
OPC	20.30	5.91	58.54	4.14	2.82	0.32	5.25	0.68	2.04
CFBS	45.17	25.31	10.50	4.60	0.25	1.09	1.18	1.35	4.16

图1 原材料的XRD谱

Fig.1 XRD patterns of raw materials

图2 不同粉磨时间CFBS的比表面积及45 μm筛余量

Fig.2 Specific surface area and 45 μm sieve residue of CFBS with different grinding time

图3 不同粉磨时间CFBS的粒度分布

Fig.3 Particle size distribution of CFBS with different grinding time

表3 不同粉磨时间CFBS的比表面积与粒径特征参数

Table 3 Specific surface areas and particle size parameters of CFBS with different grinding time

Sample	Grinding time/min	Specific surface area/（m²·kg^-1）	Particle size distribution/%				D₁₀/µm	D₅₀/µm	D₉₀/µm
Sample	Grinding time/min	Specific surface area/（m²·kg^-1）	0~<3 µm	3~<32 µm	32~<65 µm	≥65 µm	D₁₀/µm	D₅₀/µm	D₉₀/µm
CFBS_{15 min}	15	330	6.76	38.21	26.73	28.3	4.22	34.52	100.90
CFBS_{30 min}	30	520	11.24	53.63	25.41	9.72	2.49	19.43	59.40
CFBS_{45 min}	45	870	23.02	64.64	11.42	0.92	1.41	8.69	32.46
CFBS_{60 min}	60	830	20.51	62.90	14.66	1.93	1.45	10.34	37.72

图4 不同粉磨时间的CFBS的SEM照片

Fig.4 SEM images of CFBS with different grinding time

图5 不同复合胶凝材料的流动度

Fig.5 Fluidity of different composite cementitious

图6 不同复合胶凝材料的标准稠度用水量与凝结时间

Fig.6 Standard consistency water consumption and setting time of different composite cementitious materials materials

图7 不同复合胶凝材料的线性膨胀率

Fig.7 Linear expansion rate of different composite cementitious materials

图8 不同复合胶凝材料的力学性能

Fig.8 Mechanical properties of different composite cementitious materials

图9 不同复合胶凝材料的XRD谱

Fig.9 XRD patterns of different composite cementitious materials

图10 不同复合胶凝材料的TG-DTG曲线

Fig.10 TG-DTG curves of different composite cementitious materials

表4 不同复合胶凝材料在各温度区间的质量损失

Table 4 Mass loss of different composite cementitious materials at different temperature ranges

Temperature range/℃	Mass loss/%
Temperature range/℃	OPC	CFBS_{15 min}-OPC	CFBS_{30 min}-OPC	CFBS_{45 min}-OPC	CFBS_{60 min}-OPC
100~200	8.35	12.00	13.29	14.04	13.34
400~500	4.63	2.89	2.74	2.58	2.75
600~750	3.08	3.66	3.58	3.53	3.50

图11 不同复合胶凝材料的FT-IR光谱

Fig.11 FT-IR spectra of different composite cementitious materials

图12 不同复合胶凝材料养护7、28、90 d的SEM照片

Fig.12 SEM images of different composite cementitious materials cured for 7， 28 and 90 d

图13 不同复合胶凝材料的吸水率

Fig.13 Water absorption rate of different composite cementitious materials

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