粉煤灰是燃煤火力發電廠排出的主要固體廢棄物。粉煤灰排放量呈逐年上漲趨勢，而其利用量卻無變化。大量堆積的粉煤灰引起土壤和地下水污染，嚴重的是粉塵會造成大氣污染，進而威脅人類健康。目前粉煤灰的利用量在建筑領域可達80%~90%，是一種有效大量利用粉煤灰的途徑。粉煤灰替代部分水泥能夠降低碳排放，增加混凝土的耐久性，但由于本身活性較低也會造成混凝土強度的降低，這大大限制了其利用率。為了提高粉煤灰的利用率，研究人員通常采用各種方法來提高其活性，例如化學活化、機械活化、熱活化、微波活化等。化學活化會產生化學廢物，污染環境；熱活化、機械活化則產生較高的能耗和運營、維護成本；微波輻照使極性分子隨著電磁場的變化而發生旋轉、碰撞，產生摩擦熱來實現對物料整體的加熱。肖勇麗[3]研究發現微波能夠提高粉煤灰的活性，最佳的活化條件為350W功率下處理10min，7d強度提高了55.34%。雖然國內外對微波活化的研究已經開展了很多，但是對微波的活化機理尚不清楚，因此本文開展了微波輻照對粉煤灰活化機理的研究。通過提高粉煤灰的活性，促進其可持續資源利用。

1、試驗原材料及試驗方法1.1試驗原材料采用來自鞏義市鉑潤耐火材料有限公司生產的I級粉煤灰，其礦物組成和粒徑分布如圖1，化學組成如表1。采用新安縣中聯萬基水泥有限責任公司生產的P·O52.5水泥，其礦物組成和粒徑分布如圖2，化學成分如表2。1.2試驗方法采用美的廚房電器制造有限公司制造的微波爐，微波功率為500~1?000W，稱量3kg粉煤灰平攤放入玻璃盤中，然后將玻璃盤移至微波腔體，分別在微波功率500W、800W、1?000W下輻照粉煤灰30min。結束后采用自然攪拌冷卻的降溫方式。微波活化粉煤灰的試驗見表3。并以30%的摻量研究其對水泥水化的影響。圖1粉煤灰的XRD（a）與粒徑分布（b）表1粉煤灰的化學組成%圖2水泥的XRD（a）與粒徑分布（b）表2P?O52.5水泥的化學組成%表3微波輻照活化粉煤灰試驗1.3測試方法采用某國產品牌X射線衍射儀對粉煤灰進行定量分析。分析純氧化鋅與粉煤灰按比例1：4進行混合。測試條件：Cu靶，管電壓40kV，管電流30mA，掃描范圍5°~70°，掃描速度2°/min。采用德國CarlZeissNTSGmbh公司生產的MerlinCompact場發射掃描電子顯微鏡進行形貌分析，并利用Image-ProPlus軟件計算未水化水泥的面積。采用美國TA公司生產的TAMair型微量熱儀對粉煤灰-水泥進行水化熱測試。根據GB/T1596—2005標準制備40mm×40mm×160mm的砂漿試塊，進行活性指數測試。

2、結果分析與討論2.1微波輻照功率對粉煤灰物相的影響微波輻照粉煤灰的XRD結果及各物相含量如圖3所示。由圖3（a）可知，粉煤灰的主要物相為石英（Quartz）、莫來石（Mullite）以及駝峰非晶相（Amorphous）。隨著微波輻照功率的增加，粉煤灰中的莫來石相、石英相峰值強度具有降低的趨勢。由圖3（b）可知，隨著微波輻照功率的升高，粉煤灰中的晶體石英相含量逐漸降低，而非晶相持續增多。石英相含量從15.37%降低到了9%，原粉煤灰非晶相含量為46.5%，當輻照功率達到1?000W時，非晶相達到54.75%，增加了17.74%。表明微波輻照降低了粉煤灰中的莫來石及石英的結晶度，使得粉煤灰中的非晶相含量增多，潛在的活性增大。圖3粉煤灰的XRD（a）及各物相含量（b）2.2輻照功率對粉煤灰微觀形貌的影響圖4為微波輻照前后粉煤灰顆粒整體形貌圖。由圖4可知，原粉煤灰顆粒表面光滑且致密，微波輻照的粉煤灰球形部分顆粒發生變形、破碎，且隨微波輻照功率的增加，粉煤灰變形越大。這可能是因為在微波的熱效應以及非熱效應下，粉煤灰中的極性分子隨著微波電磁場的不斷變化而變化，Al-O鍵以及Si-O鍵發生振動、摩擦產生斷裂，粉煤灰致密的玻璃層被破壞并經過冷卻而發生熔融現象[5-6]。粉煤灰顆粒的破裂會導致比表面積增大，細小顆粒增多。而熔融態表明粉煤灰中有向非晶相轉化的趨勢，都有利于加快粉煤灰與水泥反應進程，也即表明了微波輻照增加了粉煤灰活性。圖4粉煤灰顆粒整體形貌2.3微波輻照對粉煤灰活性指數的影響微波輻照粉煤灰砂漿活性指數如圖5所示。隨著微波輻照功率的升高，粉煤灰7d、28d的活性指數呈逐漸上升的趨勢。7d的活性指數由原粉煤灰64.67%提升到了77.62%，提高了20.07%；28d的活性指數由原粉煤灰75.04%提升到80.89%，上升了7.80%。早期強度提升較高的原因可歸因于微波輻照對粉煤灰的破碎，粉煤灰粒徑降低進一步起到緊密堆積作用；后期強度的提升則是粉煤灰的非晶相的火山灰效應促進了水化的進行。圖5微波輻照粉煤灰的活性指數2.4微波活化粉煤灰-水泥漿體物相圖6為微波輻照的粉煤灰-水泥硬化漿體3d的XRD圖。由圖3可知，粉煤灰-水泥水化體系中主要有C3S、C2S以及CH和C-S-H[7]。這是由于水泥中C3S、C2S發生水化并生成CH、C-S-H等產物。與原粉煤灰-水泥硬化漿體相比，經過微波輻照的粉煤灰-水泥硬化漿體中的C3S峰值明顯降低，并且隨著微波輻照功率的增加，粉煤灰-水泥硬化漿體中的CH和SiO2峰也逐漸降低。C3S峰值降低表明水泥水化反應進程的加快，SiO2降低表明粉煤灰中活性物SiO2、Al2O3溶出并與C3S水化產物CH反應，從而促進了C3S的水化。隨著水化反應的不斷進行，所形成的CH逐漸被消耗，導致CH含量減少，可以證明粉煤灰的活性提高了。圖6不同微波功率輻照粉煤灰-水泥漿體XRD2.5微波活化粉煤灰-水泥漿體水化熱圖7為微波輻照粉煤灰-水泥漿體的水化熱。由圖7（a）水化放熱曲線可知，水泥水化主要分為誘導前期、誘導期、加速期、減速期以及穩定期。在誘導前期出現第一個水化放熱峰，短暫而劇烈，這可歸因于水泥顆粒的潤濕、AFt形成、C3S表面水化放熱的過程[8]。從放大圖可知，微波輻照的粉煤灰-水泥漿體水化放熱峰強度增加，這可能是粉煤灰的成核效應促進了水泥水化速率[9]。在加速期出現的水化放熱峰是水泥中C3S水化形成C-S-H凝膠和CH而產生的放熱，M1000粉煤灰-水泥漿體水化熱峰值比FA增加并向左偏移，放熱峰出現在15.07h、放熱速率為2.33mW/g，提前0.56h達到終凝。表明微波輻照后粉煤灰中的非晶相增加，與CH發生火山灰反應從而加快水泥水化的正向進行，促進水泥的凝結。由圖7（b）累計放熱曲線可知，M1000粉煤灰-水泥漿體釋放的總熱量更多，表明微波輻照增加水泥水化放熱量。這可能與微波輻照后粉煤灰發生熔融態、破碎，更利于水化產物析晶、凝聚，從而進一步促使水泥反應釋放熱量。圖7微波輻照粉煤灰-水泥漿體的水化熱2.6微波活化粉煤灰-水泥漿體微觀形貌圖8為粉煤灰-水泥漿體的BSE灰度分布及未水化水泥所占面積。由圖8（a）知，漿體中較亮的為未水化水泥顆粒，灰色圓形灰度的為粉煤灰顆粒[10]。圖9為粉煤灰-水泥漿體不同齡期的BSE灰度圖。表4為不同齡期下未水化水泥顆粒所占面積比例。圖10為粉煤灰不同齡期的形貌圖。由圖9可知，粉煤灰-水泥中未水化的水泥分布面積隨著齡期的增加而逐漸減少，表明水泥水化的持續進行。M1000粉煤灰-水泥漿體與FA漿體相比，未水化水泥面積都較小，表明微波輻照的粉煤灰促進了水泥的水化程度。由表4知，M1000粉煤灰-水泥未水化水泥面積在7d為10.3%，而FA漿體為12.24%，M1000比FA降低了15.8%。從圖10可知，水化1d粉煤灰邊緣被輕微啃噬；水化3d粉煤灰邊緣發生反應產生缺口，內部發生了水化；水化7d粉煤灰顆粒整體變小，大量水化產物與粉煤灰緊密連接。而M1000在水泥水化中啃噬更嚴重，水化產物更密實。表明微波輻照提高了粉煤灰的活性，從而更易發生火山灰效應。圖8粉煤灰-水泥漿體的BSE灰度分布（a）以及未水化水泥顆粒所占面積（b）圖9粉煤灰-水泥漿體不同齡期BSE灰度圖

表4不同養護時間粉煤灰-水泥漿體中未水化水泥面積%圖10不同齡期粉煤灰形貌

3、結論（1）微波輻照可以激發粉煤灰的活性，最佳微波輻照功率為1?000W。微波輻照并未改變粉煤灰的物相組成，但可以降低粉煤灰中莫來石以及石英相的結晶度，使得粉煤灰向非晶態轉化，從