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大摻量粉煤灰制備環(huán)保水泥的試驗(yàn)與探討

文檔作者：姚哲，張?jiān)儆? 文檔來源：陜西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月26日
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2011 NO．2’粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILIZATlON大摻量粉煤灰制備環(huán)保水泥的試驗(yàn)與探討 Study 011 Preparation of Cement with HigIl·additives of Fly Ash姚哲，張?jiān)儆?陜西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710032)摘要：研究了以粉煤灰為卡要原料制備環(huán)保水泥的新工藝，用止交方法分析了影響大摻境粉煤灰環(huán)保水泥強(qiáng)度和水化效果的若干因素，得出r最佳的試驗(yàn)配方和工藝條件。關(guān)鍵詞：大摻茸；粉煤灰；環(huán)保水泥；【：藝中圖分類號(hào)：TQl72．4+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-8249(201 1)02-0030-04粉煤灰作為燃煤電廠排出的一種具有潛火IIJ灰活性的工業(yè)固體廢棄物，其自身不具有膠凝性，但加入適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)劑，與水混合，經(jīng)一段時(shí)間的水化過程后，便顯示m一定的力學(xué)強(qiáng)度。大量的粉煤灰若不妥善處置，將破壞生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重制約我同電力行業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展。本文用iF交分析方法對(duì)影響大摻量粉煤灰環(huán)保水泥強(qiáng)度和水化效果的若干因素進(jìn)行分析，為粉煤灰在建材行業(yè)中的高效利用作一探討。1試驗(yàn)1．1原材料粉煤灰：陜西渭北某電廠的Ⅲ級(jí)干排粉煤灰，化學(xué)成分如表l；水泥熟料：藍(lán)FFI／]、寨水泥生產(chǎn)；石灰：天津產(chǎn)，純度≥98．o％；石膏：陜西韓城工業(yè)石膏；三乙醇胺：天津產(chǎn)，純度I>85．0％；無水硫酸鈉：天津產(chǎn)，純度≥99．0％。表1 粉煤灰化學(xué)成分 ／％1．2試驗(yàn)方案采用三因素二水平(L423)的正交分析方法結(jié)合一作者簡(jiǎn)介：姚哲(1981一)，舅，陜西西安人。助理工程師，主要從事建筑膠凝材料及工業(yè)固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域的研究。收稿日期：2010．12．16·30·定的處理工藝，研究外加劑、混合磨細(xì)及浮選法除碳對(duì)大摻量粉煤灰環(huán)保水泥的水化程度及力學(xué)強(qiáng)度的影響。正交表表頭設(shè)計(jì)如表2。用球磨機(jī)將粉煤灰磨細(xì)到一定程度，然后對(duì)粉煤灰進(jìn)行浮選法除碳|1-，再根據(jù)配方選擇合適的激發(fā)劑、助磨劑，用球磨機(jī)混磨一定時(shí)間。給混合料加入定量的水(水／灰=0．4)攪拌并成型，在振動(dòng)臺(tái)I：振動(dòng)一定時(shí)間，對(duì)成型試塊進(jìn)行24h標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，然后水養(yǎng)，待28d后對(duì)水泥試體進(jìn)行全面的物理及化學(xué)性能測(cè)試。表2正交表表頭設(shè)計(jì)2分析與探討2．1粉煤灰原灰的XRD分析用x射線衍射儀進(jìn)行物象分析(D／Max．Ra，日本理學(xué))，見如圖l。由圖1可以看出，該粉煤灰原灰的XRD圖譜在22—30。區(qū)域出現(xiàn)比較寬大的衍射峰，這說明有較多的玻璃體存在，無定形態(tài)物質(zhì)占較大的比例。同時(shí)，在石英、莫來石、尖晶石和赤鐵礦的區(qū)域還是出現(xiàn)了不甚明顯的衍射峰，這些是粉煤灰的主要晶相，它們通常占粉煤灰總量的5％～50％。萬方數(shù)據(jù)粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTⅡ。IZATIoN 201 1 NO．2蜊鹱接窖=圍1原狀粉煤灰的xRD圖譜2．2力學(xué)強(qiáng)度檢測(cè)按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB／T17671．1999)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3。從表3可以看出，H4組試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均高于其它組試件。表3 試件的力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)2．3 大摻量粉煤灰水泥試體水化機(jī)理及硬化后的XRD、SEM分析對(duì)力學(xué)強(qiáng)度最為理想的H一4組試樣進(jìn)行了XRD和SEM分析。2．3．1粉煤灰水化機(jī)理探討粉煤灰化學(xué)活性的決定因素是其中玻璃體含量、玻璃體中可溶性的SiO：、A1：O，含量及玻璃體的解聚能力心】。粉煤灰自身只具備潛在活性，在沒有激活劑的情況下粉煤灰一般不會(huì)產(chǎn)生自結(jié)現(xiàn)象。粉煤灰的激活劑通常采用水泥熟料，粉煤灰中參與水化反應(yīng)的成分為活性SiO：和AI：O，，活性成分與水泥熟料礦物水化所釋放出來的以Ca(OH)：發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)式po為：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與Ca(OH)2反應(yīng)，生成3CaO·A1203其水化反應(yīng)為l3Ca(OH)2+A1 203_CaO·A1203+3H20鋁酸三鈣與水反應(yīng)速度較快，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中的氧化鈣、氧化鋁離子濃度和溫度的影響很大。在常溫下，鋁酸三鈣以下式水化：2(3CaO·A1203)+27H20_4CaO·A1203·19H20+2CaO·A1203·8H20即：2C3A+27H——}C4AHl9+C2AH8因此，活性SiO：和AI：O，與Ca(OH)：反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。2．3．2水泥試體水化硬化后的XRD分析由圖2、圖3、圖4可以看出粉煤灰的活性得到了激發(fā)，形成了水化產(chǎn)物，水化產(chǎn)物越多試樣的強(qiáng)度越大，形成了水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物，在水化后對(duì)強(qiáng)度做出了較大的貢獻(xiàn)，試樣中的水化產(chǎn)物還有Ca，SiO；，類似于水化硅酸鈣，也可以為強(qiáng)度作出～定的貢獻(xiàn)，所以該試樣的抗壓強(qiáng)度大。20 30 ∞ 軸 柚 70 ∞2a／fo)水泥試體的XRD圖譜1 ．20 ∞ 柚 馳 ∞ 70 船20／一)水泥試體的XRD圖譜2·3l·帥咖柵㈣姍砌姍姍姍。季}斯搿抽御懈∞o型啜蜜姥啪棚瑚種恤。蠹』驟客漿萬方數(shù)據(jù)20ll No．2粉煤灰綜合利用Fl，Y ASH COMPREHENSIVE LT¨。IZATION2 3 3水拋試I豐水化艇化耵的SEM彤貌特征分析“Il刳5，罔6-】』行fI{腳I『I較明亮的部分為早培狀分巾的水化產(chǎn)物，這雌水化產(chǎn)物址粉煤臟EI,的玻璃體的si—o鍵和AI一0鍵被011破壞后形成的同時(shí)還有蛘的H層狀物質(zhì)，這蝗¨崖壯物質(zhì)為Ca(OH)，．是挺U}激發(fā)所需的OH的書鹺物質(zhì)，『一時(shí)業(yè)為形成水化產(chǎn)物攔f!t r cn“使試樣的強(qiáng)度得到挺尚從試樣的SEM l斟可以看：1；潑樣t{，的粉煤慶堆積較前．氣孔牢鞍小．i式樣中被激發(fā)的耔J煤臟iIi r很大比伽J川珂7．用8I|f打jlj：水化廣物n試樣小形成丁組gi結(jié)構(gòu)軟為緊慚的連續(xù)站}勾，這樣就大大地增肌r試樣的強(qiáng)度 l鵪中的較小的片屢狀物鷹就是單疏制水化疏{i{簸鈣，從幽小uf以打iij這釁巾硫峭水化疏釬；酸鈣的堆g!足比較緊晰的．因?yàn)槎阉?緊錯(cuò)鞔使試樣的強(qiáng)度較高，l期葉】較^的I 7I乜片Jz：狀物質(zhì)則是水化產(chǎn)物，E址為斌樣提供強(qiáng)J笠的卡安成分，lh于是【t較緊錯(cuò)的片聯(lián)狀物質(zhì)．nI以往車盤大的自10l結(jié)構(gòu)范圍山對(duì)試樣進(jìn)行強(qiáng)度霓口5 m*H體∞sEMm＆*8 m*“镕∞‘E、Imm 42 3 4 1‘芝對(duì)粉堞舨水淝性能的影響①激發(fā)劑：水泥熟料巾的f椰水解巾成的Ca(OH)：對(duì)粉煤蚨玻璃}水中的sr0、AI．0鍵nf“(接的艘壞作J{j．“他多自1分物*i·n新，K化形成蜓穩(wěn)定．性(F轉(zhuǎn)筇30貞)萬方數(shù)據(jù)2011 NO．2粉煤灰綜合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATIoN附加應(yīng)力，這樣，相變材料所受的氣壓力會(huì)比正常空氣壓力大。隨著壓力增大，相變溫度有所升高；同時(shí)由于壓力增大，相變潛熱也相應(yīng)增大。(4)月桂醇、月桂酸二元復(fù)合相變材料與膨脹珍珠巖載體具有很好的相容性，其相變溫度與相變潛熱較吸入之前都有所增大。5結(jié)論 參考文獻(xiàn)(1)月桂酸與月桂醇復(fù)合可形成二元低共熔體系。在月桂酸組成為30％；當(dāng)月桂醇含量為70％時(shí)，可以得到相變溫度為25．39℃，相變潛熱為167．2 J／g的二元復(fù)合相變材料。(2)選擇內(nèi)部多孔的膨脹珍珠巖作為吸入相變材料的載體，相對(duì)于自然條件吸入，采用真空吸入法可以大大提高膨脹珍珠巖對(duì)相變材料的吸入量。(3)膨脹珍珠巖對(duì)月桂醇、月桂酸二元復(fù)合相變材料的吸入量遠(yuǎn)大于其對(duì)十水硫酸鈉和六水氯化鈣相變材料的吸入量。[1] 李金相變儲(chǔ)熱材料碰用研究發(fā)展[J]．北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(3)：74～77．[2] 萬紅，孫詩兵，田英農(nóng)，陳超．相變建筑節(jié)能材料的應(yīng)用研究與思考[J]．墻材革新與建筑爺能，2005(7)：42～44．[3] 問全英，手威．于丹．相變墻體中的定形相變材料的實(shí)驗(yàn)研究[J]．節(jié)能技術(shù)，2004(6)：4-5．[4] 廿叫洋．董發(fā)勤．楊蕞山．相變儲(chǔ)能材料在建筑中的應(yīng)用[J]．化工新型材料，2008(3)；5—6．[5] 徐玲玲，沈艷華，梁斌斌，溫勇，楊南如．Na2s04·10H20和Na2HP04·12H20體系的相變特性27-31頁南京上業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)[J]2005(4)．(上接第32頁)度更高的水化產(chǎn)物，所以水泥熟料對(duì)粉煤灰具有很強(qiáng)的作用，即堿性激發(fā)。②助磨劑：粉煤灰磨細(xì)到一定程度后再進(jìn)一步磨細(xì)需摻助磨劑，即提高粉磨效率。另外，在降低電耗和粉煤灰摻加量等方面有顯著效果，因而能較大幅度降低生產(chǎn)成本，且可使水泥性能得以改善。加入助磨劑后物料易磨性和水泥流動(dòng)性也可以得到較好的改善。③粉煤灰精磨：對(duì)粉煤灰進(jìn)行磨細(xì)，既擴(kuò)大r粉煤灰的比表面積，又顯著增加r粉煤灰玻璃體的斷裂面，可以明顯提高其水化活性，并降低需水量。粉煤灰的水化首先從玻璃體的斷裂面開始，而玻璃微珠表面存在惰性表面層，水化活性很低，阻止其內(nèi)部進(jìn)一步的水化。對(duì)其進(jìn)行精細(xì)粉磨，一方面打破了玻璃微珠，提高了粉煤灰的比表面積，使其水化活性增大；另一方面，使包裹在玻璃微珠內(nèi)部以物理方式結(jié)合的殘?zhí)寂c粉煤灰脫離，有利于除碳工藝的進(jìn)行。④浮選法除碳：從化學(xué)鍵合力上分析，碳屬于惰性物質(zhì)，在水中的浸潤(rùn)熱僅為32爾格／em2，含碳量越高，引入的氣泡就越多，硬化體的容重減小，對(duì)加氣混凝土有利，但對(duì)承重的環(huán)保水泥則不利。其次，碳粒多呈棱角狀，受壓時(shí)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，沿棱角方向劈裂，在這個(gè)意義上，它不及受力均勻的氣泡【4 J。⑤混合磨：將各種原、輔料稱量后，進(jìn)行混合磨細(xì)，．36．首先使物料得到充分的混合，更重要的是在顆粒表面形成一層過渡薄膜，而此薄膜能使物料進(jìn)一步進(jìn)行水化易于進(jìn)行，是形成更為穩(wěn)定、強(qiáng)度更高的水化產(chǎn)物的必要條件。3結(jié)論基于以上討論，可以對(duì)大摻量粉煤灰低溫環(huán)保水泥的配方和加工工藝進(jìn)行優(yōu)化選擇。在工藝上應(yīng)該對(duì)粉煤灰進(jìn)行精磨、浮選法除碳和混合磨細(xì)，另外，激發(fā)劑和助磨劑的選擇、復(fù)配也是提高大摻量粉煤灰環(huán)保水泥強(qiáng)度和易用性的關(guān)鍵因素。通過試驗(yàn)配制了摻量達(dá)75％的大摻量粉煤灰環(huán)保水泥，并對(duì)其水化行為和性能進(jìn)行研究，其28d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度呵達(dá)40MPa。參考文獻(xiàn)[I]姚哲．粉煤灰特性及其浮選法脫碳的試驗(yàn)研究[學(xué)位論文]．西＼ 安-兩安科技大學(xué)，20lo·[2] 宋存義．粉煤灰砌筑抹灰水泥的，E產(chǎn)與應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)建材r業(yè)出版社．1999．6．[3] 肖文俊．高鈣粉煤灰微觀形貌及微珠活性[J]．粉煤灰綜合利用，1999(4)：42-46．[4] 牟善彬．粉煤厭的微觀形態(tài)及其在水泥IlI的水化[J]．新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2002(2)：3103．

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