原狀高碳粉煤灰球磨后的性能及應(yīng)用研究

【摘要】針對(duì)原狀高碳粉煤灰活性差，燒失量高，需水比大的情況，提出了采用球磨的方法，降低粉煤灰的燒失量，提高粉煤灰的活性，并通過試驗(yàn)來驗(yàn)證球磨的可行性，從而為該粉煤灰的利用提供新的利用思路和解決辦法，使該粉煤灰在建筑工程中的應(yīng)用成為可能，在增加了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，達(dá)到了環(huán)保的目的。

【關(guān)鍵詞】原狀高碳粉煤灰;球磨;對(duì)比;應(yīng)用;效益

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、前言

攀鋼能動(dòng)中心粉煤灰是發(fā)電鍋爐在回收轉(zhuǎn)爐和高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電時(shí)，由于煤氣量不足而補(bǔ)充煤粉的發(fā)電產(chǎn)物。目前該發(fā)電系統(tǒng)每年產(chǎn)生的粉煤灰約8-10萬噸，由于煤粉燃燒不充分導(dǎo)致粉煤灰中碳含量較高（約為10-15%），活性較差，不能直接應(yīng)用于水泥、混凝土和建材制品等行業(yè)。為此，我們提出了通過球磨降低燒失量、提高活性，在混凝土和砂漿中進(jìn)行利用的思路，該思路如果試驗(yàn)成功，該粉煤灰可全部在混凝土工程中予以利用，從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2、原狀高碳粉煤灰的性質(zhì)

2.1化學(xué)成份

對(duì)原狀高碳粉煤灰取樣進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢姡?/p>

①碳含量波動(dòng)較大，為9.32-16.43%。

②球磨前后化學(xué)成份幾乎沒有變化。

2.2技術(shù)要求

①原狀高碳粉煤灰球磨前技術(shù)指標(biāo)不滿足使用要求。

②原狀高碳粉煤灰球磨后比表面積得到明顯提高、燒失量顯著降低、活性指數(shù)明顯提高。

③攪拌站常用的二級(jí)煤灰技術(shù)指標(biāo)滿足Ⅱ級(jí)粉煤灰技術(shù)要求。

3、實(shí)驗(yàn)室研究

該原狀高碳粉煤灰經(jīng)球磨后，燒失量顯著降低，活性指數(shù)顯著提高，當(dāng)比表面積達(dá)到3500cm2/g后，該粉煤灰在混凝土和砂漿中進(jìn)行應(yīng)用具有一定的可行性。下面的試驗(yàn)，我們選擇碳含量較高的4#樣品進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1? 4#樣品球磨后混凝土試驗(yàn)

混凝土配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，經(jīng)試驗(yàn)分析可得：

①隨著齡期的增加，混凝土強(qiáng)度不斷增長。

②在齡期相同的情況下，隨著等量取代比例增加，混凝土強(qiáng)度呈降低趨勢。

③采用4#原狀高碳粉煤灰澆注的混凝土的工作性能略低于常用二級(jí)粉煤灰的混凝土。

④粉煤灰等量取代率為20%時(shí)，混凝土28天齡期抗壓強(qiáng)度差異較小。等量取代率為30%時(shí)，28天齡期強(qiáng)度下降幅度較大（強(qiáng)度差異11.9%），在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，等量取代率宜控制在25%以內(nèi)。

3.2? 4#樣球磨后對(duì)外加劑適應(yīng)性對(duì)比試驗(yàn)

為了研究4#原狀高碳粉煤灰球磨后與常用二級(jí)粉煤灰對(duì)外加劑的適應(yīng)性，進(jìn)行了外加劑適應(yīng)性對(duì)比試驗(yàn)。可見：4#原狀高碳粉煤灰的水泥漿的流動(dòng)度損失高于二級(jí)粉煤灰的水泥漿。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)考慮到原狀高碳粉煤灰球磨后對(duì)外加劑的吸附作用，需對(duì)外加劑的用量進(jìn)行調(diào)整。

3.3 活性對(duì)比試驗(yàn)

①原狀高碳粉煤灰球磨前，因顆粒較粗，內(nèi)部空隙率高，外加劑的吸附作用明顯，膠砂流動(dòng)度低。球磨后，大顆粒被破壞，空隙率降低，外加劑的吸附能力降低，膠砂流動(dòng)比球磨前有較大增加。

②球磨前后，原狀高碳粉煤灰的活性有了明顯增長。當(dāng)球磨后的比表面積達(dá)到3500 cm2/g以上時(shí)，活性與常用的二級(jí)粉煤灰相當(dāng)。

3.4? 4#樣球磨后不同取代率的活性對(duì)比試驗(yàn)

①粉煤灰等量取代率增加，膠砂流動(dòng)度和活性指數(shù)不斷降低。

②同一取代率時(shí)，球磨后的粉煤灰與攪拌站常用的二級(jí)粉煤灰的活性指數(shù)相當(dāng)。

3.5 試驗(yàn)研究小結(jié)

（1）原狀高碳粉煤灰通過球磨提高粉煤灰活性應(yīng)用于混凝土和砂漿是可行的。

（2）原狀高碳粉煤灰球磨到比表面積不低于3500cm2/g時(shí)，技術(shù)性能可達(dá)到二級(jí)粉煤灰的要求。

（3）在應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可考慮增加少量的水泥用量和外加劑用量，并適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)配合比，可達(dá)到與二級(jí)粉煤灰相同的效果。

4、應(yīng)用試驗(yàn)

為研究原狀高碳粉煤灰球磨后在混凝土和砂漿中應(yīng)用的可行性，特針對(duì)4#樣品和攪拌站常用的二級(jí)粉煤灰開展了應(yīng)用性對(duì)比試驗(yàn)。

4.1 混凝土應(yīng)用試驗(yàn)

應(yīng)用性混凝土試驗(yàn)粉煤灰用料為一次性取樣，外委球磨3噸試驗(yàn)料，并修建車輛檢修臺(tái)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，其中一道車道的混凝土的粉煤灰采用球磨后的原狀高碳粉煤灰，另一道車道的混凝土的粉煤灰采用攪拌站常用的二級(jí)粉煤灰。粉煤灰取代量均取25%，其他材料用量一致。

結(jié)論：

①等量取代水泥25%時(shí)，混凝土構(gòu)件外觀顏色有一定差異，原狀高碳粉煤灰構(gòu)件略深于常用二級(jí)粉煤灰構(gòu)件，混凝土拌合物性能無明顯差異，凝結(jié)時(shí)間差異微小，混凝土硬化拆模后觀察混凝土構(gòu)件，混凝土外觀性能較好。

②原狀高碳粉煤灰混凝土強(qiáng)度較常用二級(jí)粉煤灰略有下降，但下降值未超出混凝土強(qiáng)度評(píng)定的控制范圍。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，可通過采取適當(dāng)增加水泥量或外加劑用量、或采用超量取代法或進(jìn)一步提高粉煤灰比表面積等措施來提高粉煤灰的活性指數(shù)。

③由此可見，原狀高碳粉煤灰通過球磨后，應(yīng)用于混凝土中是可行性的。

4.2 砂漿應(yīng)用試驗(yàn)

選取兩塊清水墻面進(jìn)行砂漿抹面對(duì)比試驗(yàn)，砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為M20。試驗(yàn)樣品分摻原狀高碳粉煤灰的砂漿和摻攪拌站常用二級(jí)粉煤灰的砂漿兩個(gè)板塊進(jìn)行對(duì)比，抹面厚度約25mm，其中1#板塊采用原狀高碳粉煤灰作為摻和料的砂漿，2#板塊采用攪拌站常用二級(jí)粉煤灰作為摻和料的砂漿。

每個(gè)板塊砂漿粉煤灰預(yù)計(jì)用量100kg，在砂漿抹面過程中，測試砂漿拌合物的性能，構(gòu)件成型后的外觀質(zhì)量，以及砂漿各個(gè)齡期的強(qiáng)度情況，供分析研究。

結(jié)論：

①等量取代30%水泥時(shí)，砂漿抹灰墻面外觀顏色有一定差異，原狀高碳粉煤灰墻面顏色略深于攪拌站常用二級(jí)粉煤灰墻面，砂漿拌合物性能無明顯差異，凝結(jié)時(shí)間差異微小，砂漿硬化后觀察，觀感良好。

②28天抗壓強(qiáng)度值差異較小。

③由此可見，原狀高碳粉煤灰球磨后應(yīng)用于砂漿中是可行的。

結(jié)論：

（1）通過實(shí)驗(yàn)室研究和應(yīng)用試驗(yàn)表明，原狀高碳粉煤灰球磨后應(yīng)用于混凝土和砂漿在技術(shù)上是可行性的。

（2）鑒于原狀高碳粉煤灰綜合利用項(xiàng)目既符合國家產(chǎn)業(yè)政策的要求，又能降低環(huán)保壓力，同時(shí)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，建議啟動(dòng)該粉煤灰的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施工作。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

錢寶軍，男，工程師，一級(jí)注冊建造師，混凝土技術(shù)與經(jīng)營管理。