粉煤灰的需水量比對(duì)強(qiáng)度影響

楊慶林

摘 要：粉煤灰需水量比是指按規(guī)定的水泥標(biāo)準(zhǔn)砂漿流動(dòng)性試驗(yàn)方法，以30%粉煤灰取代硅酸鹽水泥時(shí)所需的水量與硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)砂漿需水量之比。需水量比是評(píng)價(jià)粉煤灰品質(zhì)及影響其工程應(yīng)用的重要物理指標(biāo)，粉煤灰的需水量比越小，其工程利用價(jià)值就越高。高品質(zhì)粉煤灰減水效果明顯，可顯著降低混凝土的拌合用水量，提高混凝土品質(zhì)，而低品質(zhì)粉煤灰會(huì)增加混凝土的用水量，對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不利影響。

關(guān)鍵詞：粉煤灰;需水量比;細(xì)度;燒失量;鍋爐負(fù)荷

粉煤灰的減水效應(yīng)，對(duì)細(xì)度、燒失量和顆粒形態(tài)等影響粉煤灰需水量比的因素進(jìn)行了分析，介紹了目前國內(nèi)外降低粉煤灰需水量的技術(shù)和方法，以提高粉煤灰品質(zhì)，提升電廠粉煤灰經(jīng)濟(jì)效益。

一、影響粉煤灰需水量比的主要因素

1.細(xì)度。粉煤灰的細(xì)度是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，通常以45μm篩余量（%）作為粉煤灰細(xì)度指標(biāo)。粉煤灰細(xì)度較大時(shí)，其顆粒表面疏松多孔，蓄水能力強(qiáng);同時(shí)，細(xì)小玻璃微珠較少，粉煤灰的滾珠軸承潤滑作用減弱，降低漿體的流動(dòng)性，導(dǎo)致需水量比增大。粉煤灰的需水量比并不是隨著細(xì)度的逐漸增大而增大，而是在一定范圍內(nèi)隨著細(xì)度的增大而增大。當(dāng)45μm篩余量小于20%時(shí)，隨著粉煤灰細(xì)度的增大，需水量比降低，與研究結(jié)果并不一致。原因可能是不同來源粉煤灰品質(zhì)存在較大差異，這也表明雖然細(xì)度對(duì)粉煤灰需水量比影響很大，但并不能起到?jīng)Q定性作用，還需考慮其他因素（如燒失量）的影響。在總結(jié)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了燒失量一定的情況下，需水量Y與粉煤灰細(xì)度X 1（45μm篩余量）之間的關(guān)系：當(dāng)燒失量為3%～4%時(shí)，Y=88.76+0.25X 1（相關(guān)系數(shù)R2=0.86）;當(dāng)燒失量為5%～11%時(shí)，Y=89.32+0.38X 1（相關(guān)系數(shù)R2=0.85）。兩個(gè)關(guān)系式反映了粉煤灰需水量比與一些因素之間存在著一定的關(guān)系，且函數(shù)式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合度。但由于上述公式中的細(xì)度指標(biāo)不一定有普遍意義，且影響粉煤灰需水量的因素較多，因此公式的實(shí)用意義不大。一般而言，磨細(xì)粉煤灰的需水量比小于原狀粉煤灰，若按上述公式，則會(huì)得出相反的結(jié)果。磨細(xì)粉煤灰時(shí)，粉磨打碎了粉煤灰中的多孔狀無定型熔渣，減少了毛細(xì)管吸水作用，同時(shí)也打碎了粉煤灰中的組合粒子，減少了開口空心顆粒，從而使得水泥漿體或新拌混凝。

2.燒失量。燒失量是表征未燃燒完全有機(jī)物（包括炭粒）數(shù)量的指標(biāo)，燒失量越大，表明粉煤灰中可燃物越多。從粉煤灰用于水泥和混凝土摻合料的角度，粉煤灰燒失量對(duì)需水量比有一定的影響，燒失量大的粉煤灰中殘留炭多，而炭粒本身粗大多孔且無膠凝性，容易吸水，從而導(dǎo)致粉煤灰的需水量比增大。研究認(rèn)為，粉煤灰的需水量比隨燒失量的增大呈線性增大，相關(guān)系數(shù)R2高達(dá)0.90。該研究結(jié)果表明，燒失量對(duì)粉煤灰的需水量有負(fù)面作用。此外，粉煤灰中過量的未燃炭降低了混凝土中摻加的引氣劑的引氣效果，對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，水泥和混凝土用粉煤灰對(duì)燒失量有嚴(yán)格的要求，燒失量過大的粉煤灰將增加拌制混凝土?xí)r的用水量，從而降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。從燃煤電廠的角度考慮，粉煤灰中未燃炭含量過高，不僅造成了能源的浪費(fèi)，而且由于炭顆粒導(dǎo)電性強(qiáng)，降低了靜電除塵的效果。燃燒負(fù)荷小的鍋爐，粉煤灰燒失量相對(duì)較大，對(duì)粉煤灰的應(yīng)用存在很大的影響;而負(fù)荷大的鍋爐，粉煤灰燒失量則較小，這主要是因?yàn)榇筘?fù)荷燃燒時(shí)，鍋爐相對(duì)較大且燃燒溫度較高，煤粉燃燒比較充分，燒失量較小。目前世界各國對(duì)應(yīng)用于混凝土中粉煤灰的燒失量均有限制，除了中國和俄羅斯的粉煤灰最大燒失量值較高以外，其他各國的粉煤灰燒失量標(biāo)準(zhǔn)值基本相似。

3.顆粒形態(tài)。粉煤灰需水量比與粉煤灰的顆粒形貌有很大關(guān)系。高品質(zhì)粉煤灰以球形顆粒為主，表面光滑，多孔組分很少。粉煤灰中表面光滑的球形顆粒越多，相應(yīng)需水量比越少，而多孔顆粒越多，則需水量比也必然增加。煤粉爐爐膛內(nèi)煤粉燃燒溫度為1200～1500℃，煤粉燃燒時(shí)，黏土物質(zhì)熔融成微液滴，在爐內(nèi)湍流的熱空氣作用下高速自旋，形成渾圓的硅鋁球體，并隨煙氣被除塵器收集。因此，雖然各電廠鍋爐燃燒條件不同，但煤粉爐粉煤灰顆粒的表面形態(tài)基本相似，均為形狀規(guī)則、表面致密且光滑的球狀顆粒。所述，諸多因素影響了粉煤灰的品質(zhì)。有資料指出，不能完全以細(xì)度、燒失量和顆粒形態(tài)等指標(biāo)來反映粉煤灰的需水性，不同來源的粉煤灰品質(zhì)差異較大，不同因素對(duì)其需水量比的影響也不盡相同，需水量比受多因素影響，需綜合考慮。但整體而言，粉煤灰細(xì)度和燒失量可視為影響粉煤灰需水性的最主要因素，可在這兩方面采取相應(yīng)的措施。

二、通過磨細(xì)工藝降低粉煤灰需水量比

1.通過磨細(xì)工藝，可打碎粉煤灰中的多孔狀無定型熔融渣，降低熔融渣的毛細(xì)管吸水效應(yīng)，還可打碎粉煤灰中的組合粒子，使包裹在組合粒子中的玻璃微珠釋放出來，玻璃微珠能夠使新拌混凝土或砂漿中水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)解絮并分散顆粒，增加潤滑作用，從而改善新拌混凝土或砂漿的需水量比和流變性能，發(fā)揮粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)。

2.通過磨細(xì)工藝，粉煤灰的部分顆粒破碎，比表面積增大，加水拌合時(shí)其顆粒表面吸附的水也隨之增加，即增大了粉煤灰的需水量比。若生產(chǎn)過程中粉煤灰的磨細(xì)時(shí)間過長，將造成粉煤灰比表面積過大，不僅會(huì)使成品灰的需水量比增大，也增加了電耗。因此，選用合理的工藝，將合格的成品及時(shí)排出粉磨外，避免過磨細(xì)現(xiàn)象，對(duì)有效控制需水量比極為重要。某設(shè)計(jì)研究院開發(fā)了半終磨細(xì)工藝流程，先將粉煤灰中的合格細(xì)粉分選出來，然后對(duì)分選后的粗粉進(jìn)行磨細(xì)，有效降低了過磨細(xì)現(xiàn)象。實(shí)踐表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的開路磨細(xì)系統(tǒng)和先磨細(xì)再分選的閉路系統(tǒng)，該工藝不僅可有效降低粉煤灰的需水量比，而且有利于提高系統(tǒng)的磨細(xì)效率，降低電耗。某發(fā)電廠建成了年產(chǎn)72萬tⅠ級(jí)粉煤灰的半終磨細(xì)生產(chǎn)線，通過先分選后磨細(xì)的方式，有效地保持了原灰的顆粒形貌，在確保產(chǎn)品細(xì)度的條件下，既提高了粉煤灰的活性，也使其需水量比不超標(biāo)。此外，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，粉煤灰產(chǎn)品粒度的均勻性和顆粒的球形度是決定粉煤灰需水量比的關(guān)鍵。

總之，影響粉煤灰需水量比的主要因素為粉煤灰顆粒細(xì)度和燒失量，目前國內(nèi)外采用的手段主要有磨細(xì)、靜電分離、泡沫浮選、提高入爐煤煤粉細(xì)度和改善鍋爐燃燒條件等。比較而言，粉煤灰磨細(xì)工藝、靜電分離工藝和提高入爐煤煤粉細(xì)度這些措施對(duì)于改善粉煤灰品質(zhì)并降低粉煤灰需水量比具有較好的效果，且有較強(qiáng)的可操作性。

參考文獻(xiàn)

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