循環(huán)流化床粉煤灰對(duì)水泥性能的影響

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(山西國(guó)際電力集團(tuán) 國(guó)金公司，山西 文水 032100)

引言

循環(huán)流化床粉煤灰是煤在循環(huán)流化床上以850～950 ℃燃燒時(shí)生成的，與煤粉燃燒鍋爐粉煤灰相比，其玻璃體含量較低，顆粒形狀多數(shù)不規(guī)則，表面粗糙，且燒失量一般也較高[1]。本文檢驗(yàn)了山西某電廠循環(huán)流化床粉煤灰和爐渣的燒失量、含水量、三氧化硫含量等指標(biāo)，并研究了對(duì)復(fù)合硅酸鹽水泥強(qiáng)度的影響，以期更合理地利用其作水泥混合材。

1 原材料

1.1 熟料

試驗(yàn)所用熟料取自山西某水泥廠，研磨時(shí)摻入5%的石膏，過80 μm方孔篩后備用。其化學(xué)成分見表1。

表1 水泥熟料的主要化學(xué)成分 %

1.2 鋼渣

試驗(yàn)所用鋼渣取自山西中陽某鋼廠，單獨(dú)粉磨后過80 μm方孔篩后備用。

1.3 爐渣

試驗(yàn)所用爐渣取自山西某循環(huán)流化床電廠。其技術(shù)性能指標(biāo)見表2。

表2 爐渣的技術(shù)性能指標(biāo)

1.4 粉煤灰

試驗(yàn)所用粉煤灰為循環(huán)流化床粉煤灰，取自山西某電廠350 MW循環(huán)流化床機(jī)組。粉煤灰的技術(shù)性能指標(biāo)見表3。

表3 粉煤灰的技術(shù)性能指標(biāo)

1.5 標(biāo)準(zhǔn)砂

試驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)砂為廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)，每袋20.25 kg，內(nèi)含15個(gè)小袋，每小袋的凈含量為1 350 g±5 g。

2 試驗(yàn)與分析

2.1循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣對(duì)水泥性能的影響

固定熟料和鋼渣的用量，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣，研究不同齡期水泥強(qiáng)度的變化規(guī)律。

(1)表4為熟料用量60%的水泥配比。圖1是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

表4 熟料用量為60%的水泥配比 %

從圖1可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣后，水泥各齡期的抗折強(qiáng)度均有所提高，增幅明顯。3 d和7 d抗壓強(qiáng)度也顯著增加，3 d抗壓強(qiáng)度17.03 MPa提高到19.41 MPa，增幅為13.95%。但28 d抗壓強(qiáng)度由56.33 MPa降低到46.49 MPa，降幅高達(dá)17.47%。說明循環(huán)流化床粉煤灰對(duì)水泥的后期抗壓強(qiáng)度影響明顯。

(2)表5為熟料用量55%的水泥配比。圖2是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

圖1 熟料用量為60%的水泥強(qiáng)度

編號(hào)熟料鋼渣爐渣粉煤灰B15515300B35515255

圖2 熟料用量為55%的水泥強(qiáng)度

由圖2可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣后，水泥各齡期的抗折強(qiáng)度均有所提高，增幅明顯，其中7 d抗折強(qiáng)度增幅達(dá)到19.44%。3 d和7 d抗壓強(qiáng)度增加，但28 d抗壓強(qiáng)度卻明顯降低。

(3)表6為熟料用量50%的水泥配比。圖3是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

表6 熟料用量為50%的水泥配比 %

圖3 熟料用量為50%的水泥強(qiáng)度

由圖3可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣后，水泥各齡期的抗折強(qiáng)度均有所提高，增幅明顯，其中7 d抗折強(qiáng)度增幅達(dá)到27.44%。3 d和7 d抗壓強(qiáng)度增加，但28 d抗壓強(qiáng)度卻明顯降低。

由以上試驗(yàn)可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分爐渣后，水泥的各齡期抗折強(qiáng)度均得到有效提升；3 d和7 d抗壓強(qiáng)度也增長(zhǎng)顯著，然而28 d抗壓強(qiáng)度降幅很大。其原因分析如下：

(1)循環(huán)流化床粉煤灰和鋼渣、爐渣復(fù)摻，相互填充，使密實(shí)度增加。反應(yīng)生成的水化產(chǎn)物也相互交織填充在漿體的孔隙中，使得水泥的早期強(qiáng)度得以提高。

(2)在水化后期，由于循環(huán)流化床粉煤灰的活性較爐渣的活性低，使得后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)乏力，導(dǎo)致水泥的28 d抗壓強(qiáng)度降低。

2.2循環(huán)流化床粉煤灰替代部分鋼渣對(duì)水泥性能的影響

固定熟料和爐渣的用量，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分鋼渣，研究不同齡期水泥強(qiáng)度的變化規(guī)律。

(1)表7為熟料用量60%的水泥配比。圖4是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

表7 熟料用量為60%的水泥配比 %

圖4 熟料用量為60%的水泥強(qiáng)度

由圖4可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分鋼渣后，水泥各齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均得到提高。其中，3 d抗折強(qiáng)度由4.15 MPa增加到4.28 MPa，28 d抗折強(qiáng)度由7.42 MPa增加到7.48 MPa；3 d抗壓強(qiáng)度由17.78 MPa增加到19.41 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度由51.7 MPa增加到52.5 MPa。

(2)表8為熟料用量55%的水泥配比。圖5是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

由圖5可以看出，水泥的3 d抗折強(qiáng)度由3.25 MPa增加到4.58 MPa，增幅為40.92%，增幅異常明顯，7 d和28 d抗折強(qiáng)度也呈現(xiàn)出不同程度的增長(zhǎng)；各齡期抗壓強(qiáng)度也呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中28 d抗壓強(qiáng)度從51.56 MPa增加到53.91 MPa，增加了2.35 MPa。

表8 熟料用量為55%的水泥配比 %

圖5 熟料用量為55%的水泥強(qiáng)度

(3)表9為熟料用量50%的水泥配比。圖6是膠砂試件在不同齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

表9 熟料用量為50%的水泥配比 %

由圖6可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分鋼渣后，水泥各齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨之增加。

由以上試驗(yàn)可以看出，用循環(huán)流化床粉煤灰替代部分鋼渣后，水泥各齡期的強(qiáng)度均有所提高。其原因分析如下：

(1)循環(huán)流化床粉煤灰的活性較鋼渣的活性高，水化生成的C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣等較多；同時(shí)粉煤灰能激發(fā)鋼渣和爐渣的活性，促使其水化，從而提高了水泥的強(qiáng)度。

圖6 熟料用量為50%的水泥強(qiáng)度

(2)粉煤灰和鋼渣、爐渣復(fù)摻，相互填充，使密實(shí)度增加。生成的水化產(chǎn)物也相互交織填充在漿體的孔隙中，使水泥強(qiáng)度得到提高。

(3)李永鑫等[2]認(rèn)為鋼渣和爐渣復(fù)摻在水泥中，漿體界面處Ca(OH)2取向減小，但界面區(qū)厚度變化不太明顯；鋼渣、爐渣和粉煤灰同時(shí)復(fù)摻在水泥中時(shí)，漿體界面處Ca(OH)2取向及界面區(qū)厚度均減小，界面性能已與純水泥漿體界面的性能相近，所以能顯著提高水泥的物理力學(xué)性能。

(4)粉煤灰微細(xì)顆粒均勻地分布于水泥漿體的基相之中，就像微細(xì)的集料一樣，這樣的硬化漿體也可以看作“微混凝土”，從而顯著提高了水泥的強(qiáng)度[3]。

3 結(jié)論

3.1 摻入5%的循環(huán)流化床粉煤灰，水泥各齡期的強(qiáng)度均能達(dá)到42.5等級(jí)的要求。

3.2 在鋼渣摻量不變的情況下，摻加循環(huán)流化床粉煤灰可以使水泥的早期強(qiáng)度提高，但28 d抗壓強(qiáng)度明顯下降。

3.3 在爐渣摻量一定時(shí)，摻加循環(huán)流化床粉煤灰可以使水泥的早期強(qiáng)度提高，但后期強(qiáng)度增幅不大。

3.4 各配比下制得的水泥其凝結(jié)時(shí)間、安定性等性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李萃斌， 蘇達(dá)根. 循環(huán)流化床粉煤灰的組成形貌與性能研究[J].水泥技術(shù)， 2010(3)：29-30.

[2] 李永鑫， 陳益民， 賀行洋， 等. 粉煤灰-水泥漿體的孔體積分形維數(shù)及其與孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的關(guān)系[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)， 2003，31(8)：774-779.

[3] 董文辰， 康德君， 王立久. 粉煤灰混凝土中粉煤灰的火山灰效應(yīng)綜述[J].國(guó)外建材科技， 2004，25(3)：28-31.