固硫灰在干粉砂漿中的應用研究

易聃 周元

(中鐵三局集團有限公司，山西太原 030006)

0 引言

固硫灰是我國火電廠利用循環流化床燃煤固硫技術(CFB)控制SO2排放后，產生的主要廢棄物之一，含有一定的燒粘土質礦物，化學成分與粉煤灰比較相似，適合做建筑材料的原材料。循環流化床的燃燒溫度在850℃～900℃，相比于煤粉爐的燃燒溫度較低，大部分的礦物都沒有形成玻璃體，因此與煤粉爐產生的粉煤灰相比，固硫灰的流動性和火山灰活性較差［1-4］。

目前CFB固硫灰渣主要應用在回填和廢棄物穩定等方面，其有效的高附加值的資源化利用較少，即在建材制品和水泥混凝土的應用比較少［1-4］。本文就固硫灰在干粉砂漿中的應用做了一些嘗試，替代部分水泥，降低砂漿成本，不僅可以解決固硫灰的處置問題，而且具有較高的經濟效益和環保效益。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥：P.O42.5。

保水劑：CMC。

砂：石英砂，細度模數2.9，堆積密度1 430 kg/m3;固硫灰：石家莊電廠送樣，其化學組成見表1，其粒度分析見圖1，SEM分析見圖2。

表1 固硫灰的化學組成 %

圖1 固硫灰的粒度分布圖

圖2 固硫灰的微觀結構形貌

粉煤灰：石家莊電廠送樣，化學組成及部分品質指標見表2。

表2 粉煤灰的化學組成及部分品質指標 %

試驗用水：自來水。

由圖2中可以看出，固硫灰顆粒形狀極不規則，而且表面較為疏松，棱角狀顆粒的表面或內部可以見到不規則的凹痕或氣孔。這是因為固硫灰在其生成溫度范圍內難以出現液相，盡管可以產生明顯的固相擴散作用，但不會出現較強致密化，從而造成固硫灰渣表面結構疏松。因此固硫灰吸水性很強，堆積密度較低［5，6］。流化床燃煤固硫灰具有較好的火山灰活性，且由于其成分中含有一定量的游離CaO和硬石膏Ⅱ-E，這些物質水化可以組成一個自激發系統，具有一定的自硬性，但由于硬石膏數量多且屬于溶解速率低、活性差的Ⅱ型無水石膏，可能會在燃煤固硫渣強度已經形成的后期才緩慢溶解水化，體積膨脹，造成制品后期強度下降。但如果利用固硫灰配制膨脹砂漿則可以利用固硫灰的水化膨脹特性［5］。

1.2 試驗方法

砂漿性能測試按照JGJ T70-2009建筑砂漿基本性能試驗方法規定的方法執行。

2 結果與討論

2.1 固硫灰摻量對干粉砂漿性能的影響

表3是不同固硫灰摻量的干粉砂漿配合比。

表3 固硫灰干粉砂漿配合比 g

其中MH2和MH3中水泥占膠凝材料總量的20%，保持不變，MH3中復摻24%粉煤灰。試件的養護方式為水中養護14 d后取出置于室內空氣中常溫養護。砂漿強度試驗結果見圖3，圖4。

圖3 固硫灰干粉砂漿抗折強度

圖4 固硫灰干粉砂漿抗壓強度

由圖3和圖4中可以看出，當膠凝材料全部為固硫灰時，其強度較低，MH1在水中養護的前14天內強度一直隨齡期而增長，當取出放置于空氣中后，強度值會出現一定的下降，后期強度會有一定升高，但在90 d時MH1強度也僅為5 MPa左右，這可能是因為固硫灰自身水化強度比較低的緣故。

同MH1相比，MH2和MH3強度都隨著養護時間而增大，膠凝材料中加入水泥后體系強度有很大幅度的提高。在水中養護的14 d內，MH2強度略高于MH3，在水化后期MH3強度能夠超過MH2。這是由水化后期MH3中粉煤灰的火山灰活性能夠得到激發，水化產物能夠填充到固灰的孔隙，使體系結構更加密實，因此MH3強度能夠持續增長，在后期超過MH2［5］。通過良好的養護，MH2和MH3的28 d強度能夠達到15 MPa左右，在90 d能夠達到20 MPa左右。

試驗中還發現，在保持相近的水灰比時，復摻粉煤灰后干粉砂漿的稠度比單摻固硫灰干粉砂漿的稠度要大，這說明復摻粉煤灰后，砂漿的和易性得到一定的改善。

2.2 固硫灰干粉砂漿膨脹性的研究

圖5是固硫灰干粉砂漿自由線性膨脹率變化趨勢圖。

圖5 固硫灰干粉砂漿自由線性膨脹率變化

從圖5中可以看出，固硫灰干粉砂漿的自由線性膨脹率隨著膠凝材料中固硫灰含量的減少而降低。純固硫灰干粉砂漿自由線性膨脹率明顯高于其他兩組，膠凝材料中加入水泥后由于體系強度明顯提高，對膨脹具有一定的抑制作用，因此試件膨脹率顯著下降。加入粉煤灰后，自由線性膨脹率又得到進一步的降低。這說明粉煤灰加入后，使固硫灰濃度得到稀釋，對固硫灰的膨脹性有一定的抑制作用［5］。試驗中，MH1的3 d膨脹率由于試件強度太低而無法測出。同時由于純固硫灰干粉砂漿自身膨脹率太大，且本身強度較低，在14 d時膨脹試件發生斷裂破壞。

在固硫灰干粉砂漿試驗中，MH2和MH3膨脹率都在100× 10-4以下，完全可以滿足實際工程應用中的需要。

2.3 固硫灰干粉砂漿的其他性能研究

JC 890-2001蒸壓加氣混凝土用砌筑砂漿與抹灰砂漿中對砂漿的干密度、分層度、抗折強度、抗壓強度、粘結強度、抗凍性和收縮性等都有所要求。參照此標準，對固硫灰干粉砂漿其他部分性能測定值見表4。

表4 固硫灰干粉砂漿部分性能指標

從表4可以看出，采用固硫灰配制的固硫灰砂漿粘結強度、分層度和干密度均能夠滿足標準JC 890-2001要求。通常認為軟化系數大于0.80的材料為耐水材料，用于水下或潮濕的室外工程的材料軟化系數需大于0.85，從表4可知固硫灰干粉砂漿的軟化系數均在0.9以上，是一種耐水材料［7］。

3 結語

1)純固硫灰干粉砂漿體積膨脹過大，且強度較低，須加入水泥與粉煤灰才能滿足要求;

2)固硫灰干粉砂漿配比為水泥∶固硫灰∶粉煤灰=1∶2.8∶1.2時的效果比較好，可以滿足工程應用;

3)固硫灰與粉煤灰復摻與單摻相比，需水量減少，工作和易性提高，且復摻粉煤灰后后期強度也比單摻固硫灰時有一定幅度的增長;

4)固硫灰與粉煤灰復摻后，其膨脹性得到改善;

5)將固硫灰應用于干粉砂漿是可行的，同時適當摻入粉煤灰等礦物摻合料改善砂漿的和易性。

［1］ 紀憲坤，周永祥，冷發光.流化床(FBC)燃煤固硫灰渣研究綜述［J］.粉煤灰，2009(6)：41-45.

［2］ 黨 輝，王洪升，黃 紅，等.循環流化床脫硫灰渣的特性及應用初探［J］.國際電力，2004(6)：55-58.

［3］ 楊 娟.固硫灰渣特性及其作為水泥摻合料研究［D］.重慶：重慶大學碩士學位論文，2006.

［4］ 王 智.流化床燃煤固硫灰渣特性及其建材資源化研究［D］.重慶：重慶大學學位論文，2002.

［5］ 紀憲坤.流化床燃煤固硫灰渣幾種特性利用研究［D］.重慶：重慶大學學位論文，2007.

［6］ 宋遠明，錢覺時，王 智，等.固硫灰渣的微觀結構與火山灰反應特性［J］.硅酸鹽學報，2006，34(12)：1542-1546.

［7］ 王 智，錢覺時.流化床燃煤固硫渣—粉煤灰砂漿的研制［J］.建筑石膏與膠凝材料，2003(11)：43-45.