粉煤灰硅酸鹽水泥的研制

王軍科

摘要：本文研究了不同投加量、不同水膠比、不同固化年限下粉煤灰硅酸鹽水泥的水化進(jìn)度，各組分含量及各種力學(xué)性能。闡明粉煤灰在水泥基材料中的作用，了解粉煤灰對(duì)水化過(guò)程中組分形成的影響，為粉煤灰在水泥基材料中的合理有效應(yīng)用提供理論依據(jù)，作為粉煤灰硅酸鹽水泥制備的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水泥基材料；粉煤灰；水化機(jī)理；配比

目前，中國(guó)正處于現(xiàn)代化快速發(fā)展階段。水泥、鋼鐵和木材是基礎(chǔ)建設(shè)的三大材料。水泥是建筑工程中最重要的建筑材料之一，因此，它開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了建筑材料。其重要意義直接關(guān)系到人們生活條件的改善和改善?！熬G色建材”是指采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，自然資源和能源消耗較少，工業(yè)或城市生活垃圾大量使用無(wú)毒，無(wú)污染，無(wú)放射性生產(chǎn)的建筑材料，有利于對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類健康。在中國(guó)，由于電力和火電行業(yè)的發(fā)展，大大小小的電廠不斷排放大量的粉煤灰，堆積如山。這不僅造成了巨大的環(huán)境污染，阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還構(gòu)成了土地資源。威脅，粉煤灰綜合利用是國(guó)家廢棄物管理的重要組成部分，迫切需要粉煤灰的綜合利用。

1、某地粉煤灰的化學(xué)成分及主要性能

粉煤灰是從火力發(fā)電廠排出的粉狀廢物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)粉煤灰的年排放量已達(dá)到約3億噸，累計(jì)累計(jì)2000噸。如今，在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境方面，粉煤灰資源再生技術(shù)已成為一個(gè)熱門話題。討論粉煤灰硅酸鹽水泥的水化進(jìn)程，各組分的含量以及在不同用量下性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，不同水膠比和不同熟化年限的影響。粉煤灰在水泥基材料中的作用明確定義為實(shí)現(xiàn)合理使用。了解粉煤在水合過(guò)程中的各種影響以及對(duì)各組分產(chǎn)品的某些特定影響的形成。通過(guò)合理推理分析，研究了粉煤灰硅酸鹽水泥硬化過(guò)程中不同齡期粉煤灰的物理化學(xué)狀態(tài)；根據(jù)硬化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，粉煤灰在水泥中進(jìn)行了有效分析。CaO在硬化過(guò)程中的需求模式；不同含量的粉煤灰-水泥復(fù)合體系的物理化學(xué)性能可以接近硬化后普通硅酸鹽水泥的理化性能。這項(xiàng)研究的目的是使用粉煤灰作為外加劑。目的是有效減少工業(yè)廢渣的儲(chǔ)存量，實(shí)現(xiàn)粉煤灰資源的再利用，為今后大規(guī)模生產(chǎn)粉煤灰硅酸鹽水泥提供一些理論依據(jù)。

1.1粉煤灰的排放

粉煤灰又稱粉煤灰，是一種粉末狀物質(zhì)，它很細(xì)，可以在空氣中流動(dòng)，并可以通過(guò)特殊設(shè)備進(jìn)行收集。通常所說(shuō)的粉煤灰是指煤粉燃燒后的電廠在鍋爐內(nèi)燃燒后的煙氣從煙道排出后，由集塵器收集。粉煤灰是排放量最大的工業(yè)廢物。它通過(guò)兩種方式排出干濕排水管。濕排是通過(guò)管道和砂漿泵由粉煤灰制成的排灰系統(tǒng)，并通過(guò)高壓水力發(fā)送到灰場(chǎng)或河流、湖泊和海洋。濕灰分為灰渣和灰混合。目前，國(guó)內(nèi)大部分電廠均采用濕法排輸，干排將收集到的飛灰直接輸入灰倉(cāng)。

1.2粉煤灰的化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì)

SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及未燃盡碳是粉煤灰的主要化學(xué)組成，其類似于粘土的化學(xué)組成，粉煤灰中的這些含量直接關(guān)系列它用作建材原料的優(yōu)劣。

以上分析表明，粉煤灰活性的激發(fā)需要一定的堿度，復(fù)合活化劑中的鏈烷醇胺是堿性的。因此，在水泥-粉煤灰-復(fù)合活化劑體系中，粉煤灰的水化可能不完整，取決于由水泥熟料水合產(chǎn)生的Ca（OH）2的速率和量，復(fù)合興奮劑總是可以發(fā)揮堿性物質(zhì)的激發(fā)作用。此外，堿度較高的環(huán)境會(huì)加速粉煤灰中Al2O3等酸性氧化物的玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)的分解，并釋放活性酸性氧化物。復(fù)合活化劑中的SO2-4與釋放的活性氧化物反應(yīng)。在鈣釩的情況下，即使當(dāng)飛灰中的CaO含量高時(shí)，甚至直接形成CSH凝膠產(chǎn)品。因此，摻入復(fù)合活化劑的大量粉煤灰水泥在水合的早期階段可顯示出高強(qiáng)度。

1.3粉煤灰主要礦物成分

粉煤灰的礦物組成非常復(fù)雜，主要分為非晶相和結(jié)晶相兩大類。非晶態(tài)相主要為玻璃態(tài)，約占粉煤灰總量的50%～80%，是粉煤灰的主要礦物成分。它含有很高的化學(xué)內(nèi)能，具有良好的化學(xué)活性。飛灰的主要結(jié)晶相主要在燃燒區(qū)形成。有莫來(lái)石、云母、石英、長(zhǎng)石、赤鐵礦、磁鐵礦和少量鈣長(zhǎng)石、方鎂石、石膏、硫酸礦物、游離石灰、方解石、金紅石等。它們通常被玻璃相包圍，粉煤灰顆粒在一些表面上附著有微小的晶體。

1.4粉煤灰硅酸鹽水泥的各項(xiàng)力學(xué)性能

飛灰的顏色較深，接近灰色至灰黑色，其Fe2O3含量低，含碳量高。因此，灰的松散重量?jī)H為505公斤/立方米，低于全國(guó)平均水平的1/3或更多，其細(xì)度按GB146-90“規(guī)格”的規(guī)定為45μm，篩余率為48%，達(dá)Ⅱ級(jí)灰分標(biāo)準(zhǔn)，粉煤灰表的原始面積為253.9m3/kg，需水約為30%左右，是中等需水量。

硬化漿料抗壓強(qiáng)度與孔隙率之間的變化規(guī)律是：當(dāng)粉煤灰用量增加時(shí)，漿料的抗壓強(qiáng)度減弱，孔隙率先減小后增加。當(dāng)含量在15%和20%之間時(shí)，孔隙率具有最低值，并且抗壓強(qiáng)度未達(dá)到最大值。初步預(yù)測(cè)水泥水化的凝膠強(qiáng)度大于粉煤灰的凝膠強(qiáng)度。為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，需要大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，但是漿體的孔隙率隨著飛灰含量的增加而增加。相反，抗壓強(qiáng)度與飛灰含量之間的關(guān)系。

2、粉煤灰硅酸鹽水泥的研制

2.1粉煤灰硅酸鹽水泥

粉煤灰硅酸鹽水泥代號(hào)為P·F。由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。

2.2試制產(chǎn)品的主要原材料

粉煤灰：福建省某地1號(hào)和2號(hào)干粉煤灰樣品；實(shí)驗(yàn)中的粉煤灰是原粉煤灰，粉煤灰（包括預(yù)處理和活化）和磨碎的粉。粉煤灰由原始粉煤灰粉碎，其細(xì)度為0.045μm方孔篩剩余12.5%，比表面積為356.8m2/kg。預(yù)處理后的粉煤灰由原粉煤灰或粉煤灰通過(guò)化學(xué)方法活化制備。硅酸鹽水泥和水泥熟料：由湖北華新水泥有限公司生產(chǎn)廠提供，水泥是普通硅酸鹽水泥42.5，熟料是52.5硅酸鹽水泥熟料。

2.3粉煤灰硅酸鹽水泥的配比及性能

根據(jù)按比例設(shè)計(jì)的干基組分的重量百分比稱量每組水泥，然后放入陶瓷砂漿中，并通過(guò)研磨方法均化。研磨和混合均化時(shí)間不少于5分鐘，并形成各組不同的組合物，與水泥粉煤灰相比，隨著添加劑的添加，硅酸鹽水泥強(qiáng)度降低。為了提高粉煤灰硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)外同行的研究成果已嘗試加快粉煤灰和礦渣的水泥摻量，即使粉煤灰和礦渣玻璃體的潛在活性在骨料中，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3等組分由骨架變成“游離”狀態(tài)的離子或離子基團(tuán)，而Ca2+和OH-在水溶液中生成CSH、CAH和CF-H等水硬性礦物，也被稱為激活治療。

機(jī)械活化，也稱為物理活化，是利用粉碎或研磨的方法來(lái)提高水泥的細(xì)度，增加水泥的比表面積，使水泥渣和飛灰玻璃質(zhì)集料與水有更大的接觸表面，Si）O，Al2O3等組分溶解于水溶液中，或在邊界處直接生成水力礦物。水泥粉磨越細(xì)，即比表面積越大，水泥顆粒與水的接觸面積越大，礦渣或粉煤灰的水合作用越快，并且早期強(qiáng)度越高。在實(shí)驗(yàn)室水泥制品中，粉煤灰的強(qiáng)度比原粉煤灰高20%～30%。研磨后，地面粉煤灰的0.045mm方孔篩余物比原來(lái)高出48%。降至12.5%，比表面積從253.9m2/356.8m2/kg增加到28d后，強(qiáng)度提高20%～30%。

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從上述粉煤灰質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，除灼燒失碳指標(biāo)高外，其余成分均可達(dá)到Ⅱ級(jí)粉煤灰。使用資源標(biāo)準(zhǔn)，只要試圖稍微改變鍋爐的燃燒系統(tǒng)或運(yùn)行，就可以減少粉煤灰的損失，從而使粉煤灰的質(zhì)量完全達(dá)到現(xiàn)有的資源標(biāo)準(zhǔn)。為了提高其早期強(qiáng)度，機(jī)械強(qiáng)度（可用于增加通過(guò)粉煤灰的水泥強(qiáng)度。60.5%的粉煤灰硅酸鹽水泥可以通過(guò)將60兆帕普通硅酸鹽水泥熟料與50%原粉煤灰混合并通過(guò)研磨使其均勻化來(lái)生產(chǎn)。

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