脫硝粉煤灰對混凝土性能影響的試驗研究

張 蕾，孟繁欣，王振羽，薄 巖，李中田

（1.豐滿大壩綜合治理工程建設局，吉林吉林132108；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130000）

脫硝粉煤灰對混凝土性能影響的試驗研究

張 蕾1，孟繁欣1，王振羽1，薄 巖1，李中田2

（1.豐滿大壩綜合治理工程建設局，吉林吉林132108；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130000）

脫硝粉煤灰是火電廠采用脫硝工藝減少NOX氣體排放時的固體副產(chǎn)物，已經(jīng)成為主要的粉煤灰種類。我國脫硝產(chǎn)業(yè)仍處于初級階段，不同燃煤電廠所引入的SCR脫硝系統(tǒng)不盡相同，一些脫硝方式會對粉煤灰質(zhì)量造成影響。吉林豐滿水電站重建工程粉煤灰需求量巨大，粉煤灰多源頭供應，本文主要研究經(jīng)過脫硝工藝得到的脫硝粉煤灰用作混凝土摻合料時對混凝土拌合物性能的影響。對可能用于本工程的粉煤灰進行篩查，防患于未然。

混凝土；粉煤灰；脫硝；試驗方法

引言

粉煤灰是火力發(fā)電廠排出的主要固體廢棄物之一，其礦物組成主要是石英、莫來石和玻璃體等，其中玻璃體是非晶態(tài)物質(zhì)，賦予了粉煤灰潛在的化學活性，使其能夠與水泥水化的產(chǎn)物氫氧化鈣進行二次水化。由于這一特性，粉煤灰被廣泛地應用于建筑和建材領(lǐng)域。

在我國的電能結(jié)構(gòu)中，基于燃煤的火力發(fā)電是主要發(fā)電方式，可占據(jù)整個電能裝機容量的70%以上。據(jù)報道，到2020年NOX的排放量將達到2900萬t，大大超過我國1800萬t的NOX環(huán)境容量。為了達到排放標準，許多電廠都在進行脫硝技術(shù)改造，來降低發(fā)電過程中生成的氮氧化物。我國脫硝產(chǎn)業(yè)仍處于初級階段，不同燃煤電廠所引入的SCR脫硝系統(tǒng)不盡相同，一些脫硝方式會對粉煤灰質(zhì)量造成影響。

某新澆筑混凝土異常，澆筑后表面有較大氣泡冒出，冒氣泡地點多，但不連續(xù)，存在偶然性，混凝土凝固后，表面留有黃色斑跡及泡眼痕跡。取少量粉煤灰，加適量水攪拌，攪拌初始有輕微味道，攪拌一分鐘后，刺鼻味道較濃。且灰漿液面有浮油出現(xiàn)。經(jīng)后續(xù)調(diào)查，認為該批粉煤灰源于非催化還原法脫硝技術(shù)火電廠。粉煤灰中混入氨類物質(zhì)后，遇水或堿類物質(zhì)釋放氣體，導致新拌混凝土氣泡產(chǎn)生。

吉林豐滿水電站重建工程主壩為碾壓混凝土重力壩，粉煤灰需求量巨大，為了滿足供給需求需要從多個電廠購入，灰源較為復雜。

本文主要研究經(jīng)過脫硝工藝得到的脫硝粉煤灰用作混凝土摻合料時對混凝土拌合物性能的影響。對可能用于本工程的粉煤灰進行篩查，防患于未然。

1 原材料與試驗方法

根據(jù)現(xiàn)場用原材料及混凝土配合比，分析各種原材料的物理化學性能，開展試驗分析，并結(jié)合混凝土發(fā)生的異常狀況，為了了解該現(xiàn)象的起因，分析各種可能引起該種現(xiàn)象的因素，逐一排查，顯得非常必要。

1.1 原材料

脫硝粉煤灰樣品分別由吉林省和黑龍江省的3家經(jīng)煙氣脫硝改造的電廠提供，我們將其編號為TN-1、TN-2和TN-3，并依據(jù) 《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》（DL/T5055-2007）進行檢驗，檢驗結(jié)果見表1。

試驗用水泥采用本工程實際使用的撫順水泥有限公司生產(chǎn)的“渾河牌”P.MH42.5級中熱硅酸鹽水泥；拌合用水為自來水。

由表1可知，3家電廠提供的粉煤灰樣品均符合DL/ T5055-2007標準要求。

1.2 試驗方法

表1 粉煤灰樣品檢驗結(jié)果

本試驗通過三個步驟確定脫硝的粉煤灰是否能夠被用作混凝土摻合料：

1.2.1 脫銷粉煤灰的氨含量檢測

通過酚酞試劑來定性確定粉煤灰中是否已經(jīng)引入氨。在錐形瓶中加適量水后放入粉煤灰進行攪拌，取酚酞試紙置于瓶口，水浴加熱錐形瓶至80℃，觀察試紙是否變色。

1.2.2 膠凝材料拌合排查異?，F(xiàn)象

利用水泥、粉煤灰樣品、拌合水（分別采用涼水和80℃以上熱水）等相互組合，形成不同的配比組分，在水泥凈漿攪拌機中混合攪拌一定時間，在攪拌的過程中仔細嗅聞是否會發(fā)出刺鼻的氨氣味道，并取酚酞試紙置于瓶口，觀察試紙是否變色。

1.2.3 摻粉煤灰的水泥常規(guī)物性試驗

按照《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》（GB/T1346-2011）、《水泥膠砂強度檢驗方法 （ISO法）》（GB/ T17671-1999）測試摻加不同比例不同粉煤灰的水泥性能。

圖1 水泥凈漿攪拌

圖2 摻粉煤灰的水泥凈漿

2 試驗結(jié)果與討論

先通過對粉煤灰樣品的酚酞試劑檢測初步進行篩選，然后模擬膠凝材料拌合試驗來確認是否有氨氣產(chǎn)生，最后進行脫硝粉煤灰摻入后對水泥常規(guī)物性影響的試驗。

2.1 脫硝粉煤灰的氨含量檢測結(jié)果

脫硝粉煤灰的氨含量檢測結(jié)果見表2。

表2 酚酞試劑檢驗結(jié)果

由表2可知，三種粉煤灰樣品無論是常溫或加熱80℃情況下，采用酚酞試劑定性分析均不呈堿性，即無氨釋放。

2.2 膠凝材料拌合排查異?，F(xiàn)象

利用水泥、粉煤灰樣品、拌合水（分別采用涼水和80℃以上熱水）等相互組合，形成不同的配合比組分，在水泥凈漿攪拌機中混合攪拌一定時間，在攪拌的過程中仔細嗅聞是否會發(fā)出刺鼻的氨氣味道。

表3 粉煤灰和水泥凈漿試驗結(jié)果

由表3可知，模擬現(xiàn)場施工，三種粉煤灰樣品與水泥拌合無論是常溫或加熱80℃情況下，均無任何異?，F(xiàn)象。

2.3 對水泥常規(guī)物性的影響

借鑒本工程摻用粉煤灰比例，將三種粉煤灰分別按質(zhì)量百分數(shù)20%、40%、60%內(nèi)摻入水泥中，混合均勻，按照國家標準測試所得水泥的各項性能，研究粉煤灰的品種及摻量對水泥性能的影響。

2.3.1 標準稠度用水量、凝結(jié)時間

摻加不同品種、不同摻量粉煤灰后水泥的標準稠度、凝結(jié)時間測試結(jié)果見表4。

表4 摻粉煤灰水泥的常規(guī)物性試驗結(jié)果

表4的試驗數(shù)據(jù)顯示，粉煤灰的摻入能不同程度降低水泥的標準稠度用水量，且隨著粉煤灰的增加，水泥的標準稠度用水量越小，表明試驗的3種粉煤灰均具有減水效果，脫硝粉煤灰并未顯示出異常。

粉煤灰的摻入會延長水泥的凝結(jié)時間，這是因為粉煤灰潛在化學活性的發(fā)揮需要一段時間，在早期主要是微集料效應，摻入粉煤灰的水泥常規(guī)物性滿足國家標準。

2.3.2 安定性

粉煤灰中含有的CaO有一部分以f-CaO的形式存在，當粉煤灰作為混合材摻入水泥中時帶入的f-CaO可能會對水泥的安定性產(chǎn)生影響。根據(jù)表1檢驗結(jié)果，三種粉煤灰中f-CaO含量均未超標。此外，我們采用試餅法進行了安定性試驗，發(fā)現(xiàn)試餅沒有裂縫，安定性合格。

2.3.3 膠砂強度

粉煤灰對水泥膠砂強度的影響見表5。

由表5可知，摻粉煤灰的各齡期水泥膠砂強度隨著粉煤灰摻量的增加而減少，不同粉煤灰摻量早期強度差別較大，90d齡期差別較小，顯示了粉煤灰對后期強度的重要作用。

上述試驗結(jié)果與我們已知的普通未脫硝粉煤灰作用效果相近。

3 結(jié)論

本文試驗結(jié)果顯示，我們采集的3個電廠的脫硝粉煤灰，經(jīng)氨含量檢測、模擬拌合試驗以及摻粉煤灰的水泥常規(guī)物性檢測均未顯示出存在異?，F(xiàn)象，可以用于工程施工。

煙氣脫硝并不是必然帶來粉煤灰的質(zhì)量問題，粉煤灰是否引入氨與脫硝工藝有直接關(guān)系。研究脫硝后粉煤灰的性能，應結(jié)合粉煤灰供應商電廠的脫硝工藝入手，明確其采用的脫硝方式（催化劑還原法、非催化劑還原法等），從源頭控制。在混凝土生產(chǎn)過程中應定期對粉煤灰進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題應及時進行試驗檢測以便決策。

［1］項昆.3種煙氣脫硝工藝技術(shù)經(jīng)濟比較與分析［J］.熱力發(fā)電，2011，40（6）：1～3.

［2］聶繼紅，王 超.粉煤灰微觀結(jié)構(gòu)及顯微成分析［J］.粉煤灰綜合利用，1995（1）：58～59.

TU528.041

A

2095-2066（2016）29-0101-02

2016-9-18

張 蕾（1981-），女，吉林省吉林市人，工程師，研究生，從事水電自動化管理工作。

孟繁欣（1978-），男，吉林省吉林市人，高級工程師，大學，從事水電自動化管理工作。

王振羽（1974-），男，吉林扶余人，高級經(jīng)濟師，大學，從事水電自動化管理工作。

薄 巖（1978-），男，吉林省吉林市人，高級工程師，大學，從事水電自動化管理工作。

李中田（1975-），男，高級工程師。