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大掺量粉煤灰制备环保水泥的试验与探讨

文档作者：姚哲，张再勇文档来源：陕西省建筑材料工业设计研究院		点击数：	更新时间： 2025年04月26日
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2011 NO．2’粉煤灰综合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATlON大掺量粉煤灰制备环保水泥的试验与探讨 Study 011 Preparation of Cement with HigIl·additives of Fly Ash姚哲，张再勇(陕西省建筑材料工业设计研究院，陕西西安710032)摘要：研究了以粉煤灰为卡要原料制备环保水泥的新工艺，用止交方法分析了影响大掺境粉煤灰环保水泥强度和水化效果的若干因素，得出r最佳的试验配方和工艺条件。关键词：大掺茸；粉煤灰；环保水泥；【：艺中图分类号：TQl72．4+4 文献标识码：A 文章编号：1005-8249(201 1)02-0030-04粉煤灰作为燃煤电厂排出的一种具有潜火IIJ灰活性的工业固体废弃物，其自身不具有胶凝性，但加入适当的激发剂，与水混合，经一段时间的水化过程后，便显示m一定的力学强度。大量的粉煤灰若不妥善处置，将破坏生态环境，严重制约我同电力行业的持续、健康发展。本文用iF交分析方法对影响大掺量粉煤灰环保水泥强度和水化效果的若干因素进行分析，为粉煤灰在建材行业中的高效利用作一探讨。1试验1．1原材料粉煤灰：陕西渭北某电厂的Ⅲ级干排粉煤灰，化学成分如表l；水泥熟料：蓝FFI／]、寨水泥生产；石灰：天津产，纯度≥98．o％；石膏：陕西韩城工业石膏；三乙醇胺：天津产，纯度I>85．0％；无水硫酸钠：天津产，纯度≥99．0％。表1 粉煤灰化学成分 ／％1．2试验方案采用三因素二水平(L423)的正交分析方法结合一作者简介：姚哲(1981一)，舅，陕西西安人。助理工程师，主要从事建筑胶凝材料及工业固体废弃物资源化利用领域的研究。收稿日期：2010．12．16·30·定的处理工艺，研究外加剂、混合磨细及浮选法除碳对大掺量粉煤灰环保水泥的水化程度及力学强度的影响。正交表表头设计如表2。用球磨机将粉煤灰磨细到一定程度，然后对粉煤灰进行浮选法除碳|1-，再根据配方选择合适的激发剂、助磨剂，用球磨机混磨一定时间。给混合料加入定量的水(水／灰=0．4)搅拌并成型，在振动台I：振动一定时间，对成型试块进行24h标准养护，然后水养，待28d后对水泥试体进行全面的物理及化学性能测试。表2正交表表头设计2分析与探讨2．1粉煤灰原灰的XRD分析用x射线衍射仪进行物象分析(D／Max．Ra，日本理学)，见如图l。由图1可以看出，该粉煤灰原灰的XRD图谱在22—30。区域出现比较宽大的衍射峰，这说明有较多的玻璃体存在，无定形态物质占较大的比例。同时，在石英、莫来石、尖晶石和赤铁矿的区域还是出现了不甚明显的衍射峰，这些是粉煤灰的主要晶相，它们通常占粉煤灰总量的5％～50％。万方数据粉煤灰综合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTⅡ。IZATIoN 201 1 NO．2蜊鹱接窖=围1原状粉煤灰的xRD图谱2．2力学强度检测按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB／T17671．1999)，测试数据如表3。从表3可以看出，H4组试件的抗折强度和抗压强度均高于其它组试件。表3 试件的力学强度测试数据2．3 大掺量粉煤灰水泥试体水化机理及硬化后的XRD、SEM分析对力学强度最为理想的H一4组试样进行了XRD和SEM分析。2．3．1粉煤灰水化机理探讨粉煤灰化学活性的决定因素是其中玻璃体含量、玻璃体中可溶性的SiO：、A1：O，含量及玻璃体的解聚能力心】。粉煤灰自身只具备潜在活性，在没有激活剂的情况下粉煤灰一般不会产生自结现象。粉煤灰的激活剂通常采用水泥熟料，粉煤灰中参与水化反应的成分为活性SiO：和AI：O，，活性成分与水泥熟料矿物水化所释放出来的以Ca(OH)：发生反应，其反应式po为：2Ca(OH)2+Si02以CaO·Si02+2H202CaO·Si02+m H20_xCaO·Si02y2H20+(2一x)Ca(OH)2即：C2S+mH·-÷xC·S-H+(2·x)CH活性A1：03与Ca(OH)2反应，生成3CaO·A1203其水化反应为l3Ca(OH)2+A1 203_CaO·A1203+3H20铝酸三钙与水反应速度较快，其水化产物的组成与结构受溶液中的氧化钙、氧化铝离子浓度和温度的影响很大。在常温下，铝酸三钙以下式水化：2(3CaO·A1203)+27H20_4CaO·A1203·19H20+2CaO·A1203·8H20即：2C3A+27H——}C4AHl9+C2AH8因此，活性SiO：和AI：O，与Ca(OH)：反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。2．3．2水泥试体水化硬化后的XRD分析由图2、图3、图4可以看出粉煤灰的活性得到了激发，形成了水化产物，水化产物越多试样的强度越大，形成了水化铝酸钙和水化硅酸钙等水化产物，在水化后对强度做出了较大的贡献，试样中的水化产物还有Ca，SiO；，类似于水化硅酸钙，也可以为强度作出～定的贡献，所以该试样的抗压强度大。20 30 ∞ 轴 柚 70 ∞2a／fo)水泥试体的XRD图谱1 ．20 ∞ 柚 驰 ∞ 70 船20／一)水泥试体的XRD图谱2·3l·帅咖栅㈣姗砌姗姗姗。季}斯搿抽御懈∞o型啜蜜姥啪棚瑚种恤。蠹』骤客浆万方数据20ll No．2粉煤灰综合利用Fl，Y ASH COMPREHENSIVE LT¨。IZATION2 3 3水抛试I丰水化艇化耵的SEM彤貌特征分析“Il刳5，罔6-】』行fI{脚I『I较明亮的部分为早培状分巾的水化产物，这雌水化产物址粉煤脏EI,的玻璃体的si—o键和AI一0键被011破坏后形成的同时还有蛘的H层状物质，这蝗¨崖壮物质为Ca(OH)，．是挺U}激发所需的OH的书鹾物质，『一时业为形成水化产物拦f!t r cn“使试样的强度得到挺尚从试样的SEM l斟可以看：1；泼样t{，的粉煤庆堆积较前．气孔牢鞍小．i式样中被激发的耔J煤脏iIi r很大比伽J川珂7．用8I|f打jlj：水化广物n试样小形成丁组gi结构软为紧惭的连续站}勾，这样就大大地增肌r试样的强度 l鹌中的较小的片屡状物鹰就是单疏制水化疏{i{簸钙，从幽小uf以打iij这衅巾硫峭水化疏钎；酸钙的堆g!足比较紧晰的．因为堆私!紧错鞔使试样的强度较高，l期叶】较^的I 7I乜片Jz：状物质则是水化产物，E址为斌样提供强J笠的卡安成分，lh于是【t较紧错的片联状物质．nI以往车盘大的自10l结构范围山对试样进行强度霓口5 m*H体∞sEMm＆*8 m*“镕∞‘E、Imm 42 3 4 1‘芝对粉堞舨水淝性能的影响①激发剂：水泥熟料巾的f椰水解巾成的Ca(OH)：对粉煤蚨玻璃}水中的sr0、AI．0键nf“(接的艘坏作J{j．“他多自1分物*i·n新，K化形成蜓稳定．性(F转筇30贞)万方数据2011 NO．2粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATIoN附加应力，这样，相变材料所受的气压力会比正常空气压力大。随着压力增大，相变温度有所升高；同时由于压力增大，相变潜热也相应增大。(4)月桂醇、月桂酸二元复合相变材料与膨胀珍珠岩载体具有很好的相容性，其相变温度与相变潜热较吸入之前都有所增大。5结论 参考文献(1)月桂酸与月桂醇复合可形成二元低共熔体系。在月桂酸组成为30％；当月桂醇含量为70％时，可以得到相变温度为25．39℃，相变潜热为167．2 J／g的二元复合相变材料。(2)选择内部多孔的膨胀珍珠岩作为吸入相变材料的载体，相对于自然条件吸入，采用真空吸入法可以大大提高膨胀珍珠岩对相变材料的吸入量。(3)膨胀珍珠岩对月桂醇、月桂酸二元复合相变材料的吸入量远大于其对十水硫酸钠和六水氯化钙相变材料的吸入量。[1] 李金相变储热材料碰用研究发展[J]．北京联合大学学报，2005(3)：74～77．[2] 万红，孙诗兵，田英农，陈超．相变建筑节能材料的应用研究与思考[J]．墙材革新与建筑爷能，2005(7)：42～44．[3] 问全英，手威．于丹．相变墙体中的定形相变材料的实验研究[J]．节能技术，2004(6)：4-5．[4] 廿叫洋．董发勤．杨蕞山．相变储能材料在建筑中的应用[J]．化工新型材料，2008(3)；5—6．[5] 徐玲玲，沈艳华，梁斌斌，温勇，杨南如．Na2s04·10H20和Na2HP04·12H20体系的相变特性27-31页南京上业大学学报(自然科学版)[J]2005(4)．(上接第32页)度更高的水化产物，所以水泥熟料对粉煤灰具有很强的作用，即碱性激发。②助磨剂：粉煤灰磨细到一定程度后再进一步磨细需掺助磨剂，即提高粉磨效率。另外，在降低电耗和粉煤灰掺加量等方面有显著效果，因而能较大幅度降低生产成本，且可使水泥性能得以改善。加入助磨剂后物料易磨性和水泥流动性也可以得到较好的改善。③粉煤灰精磨：对粉煤灰进行磨细，既扩大r粉煤灰的比表面积，又显著增加r粉煤灰玻璃体的断裂面，可以明显提高其水化活性，并降低需水量。粉煤灰的水化首先从玻璃体的断裂面开始，而玻璃微珠表面存在惰性表面层，水化活性很低，阻止其内部进一步的水化。对其进行精细粉磨，一方面打破了玻璃微珠，提高了粉煤灰的比表面积，使其水化活性增大；另一方面，使包裹在玻璃微珠内部以物理方式结合的残碳与粉煤灰脱离，有利于除碳工艺的进行。④浮选法除碳：从化学键合力上分析，碳属于惰性物质，在水中的浸润热仅为32尔格／em2，含碳量越高，引入的气泡就越多，硬化体的容重减小，对加气混凝土有利，但对承重的环保水泥则不利。其次，碳粒多呈棱角状，受压时易产生应力集中，沿棱角方向劈裂，在这个意义上，它不及受力均匀的气泡【4 J。⑤混合磨：将各种原、辅料称量后，进行混合磨细，．36．首先使物料得到充分的混合，更重要的是在颗粒表面形成一层过渡薄膜，而此薄膜能使物料进一步进行水化易于进行，是形成更为稳定、强度更高的水化产物的必要条件。3结论基于以上讨论，可以对大掺量粉煤灰低温环保水泥的配方和加工工艺进行优化选择。在工艺上应该对粉煤灰进行精磨、浮选法除碳和混合磨细，另外，激发剂和助磨剂的选择、复配也是提高大掺量粉煤灰环保水泥强度和易用性的关键因素。通过试验配制了掺量达75％的大掺量粉煤灰环保水泥，并对其水化行为和性能进行研究，其28d标准抗压强度呵达40MPa。参考文献[I]姚哲．粉煤灰特性及其浮选法脱碳的试验研究[学位论文]．西＼ 安-两安科技大学，20lo·[2] 宋存义．粉煤灰砌筑抹灰水泥的，E产与应用[M]．北京：中国建材r业出版社．1999．6．[3] 肖文俊．高钙粉煤灰微观形貌及微珠活性[J]．粉煤灰综合利用，1999(4)：42-46．[4] 牟善彬．粉煤厌的微观形态及其在水泥IlI的水化[J]．新世纪水泥导报，2002(2)：3103．

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