原狀高碳粉煤灰球磨后的性能及應用研究

【摘要】針對原狀高碳粉煤灰活性差，燒失量高，需水比大的情況，提出了采用球磨的方法，降低粉煤灰的燒失量，提高粉煤灰的活性，并通過試驗來驗證球磨的可行性，從而為該粉煤灰的利用提供新的利用思路和解決辦法，使該粉煤灰在建筑工程中的應用成為可能，在增加了經濟效益的同時，達到了環保的目的。

【關鍵詞】原狀高碳粉煤灰;球磨;對比;應用;效益

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、前言

攀鋼能動中心粉煤灰是發電鍋爐在回收轉爐和高爐煤氣進行發電時，由于煤氣量不足而補充煤粉的發電產物。目前該發電系統每年產生的粉煤灰約8-10萬噸，由于煤粉燃燒不充分導致粉煤灰中碳含量較高（約為10-15%），活性較差，不能直接應用于水泥、混凝土和建材制品等行業。為此，我們提出了通過球磨降低燒失量、提高活性，在混凝土和砂漿中進行利用的思路，該思路如果試驗成功，該粉煤灰可全部在混凝土工程中予以利用，從而產生較大的經濟效益和社會效益。

2、原狀高碳粉煤灰的性質

2.1化學成份

對原狀高碳粉煤灰取樣進行了檢驗。可見：

①碳含量波動較大，為9.32-16.43%。

②球磨前后化學成份幾乎沒有變化。

2.2技術要求

①原狀高碳粉煤灰球磨前技術指標不滿足使用要求。

②原狀高碳粉煤灰球磨后比表面積得到明顯提高、燒失量顯著降低、活性指數明顯提高。

③攪拌站常用的二級煤灰技術指標滿足Ⅱ級粉煤灰技術要求。

3、實驗室研究

該原狀高碳粉煤灰經球磨后，燒失量顯著降低，活性指數顯著提高，當比表面積達到3500cm2/g后，該粉煤灰在混凝土和砂漿中進行應用具有一定的可行性。下面的試驗，我們選擇碳含量較高的4#樣品進行對比分析。

3.1? 4#樣品球磨后混凝土試驗

混凝土配合比設計強度為C40，經試驗分析可得：

①隨著齡期的增加，混凝土強度不斷增長。

②在齡期相同的情況下，隨著等量取代比例增加，混凝土強度呈降低趨勢。

③采用4#原狀高碳粉煤灰澆注的混凝土的工作性能略低于常用二級粉煤灰的混凝土。

④粉煤灰等量取代率為20%時，混凝土28天齡期抗壓強度差異較小。等量取代率為30%時，28天齡期強度下降幅度較大（強度差異11.9%），在實際生產時，等量取代率宜控制在25%以內。

3.2? 4#樣球磨后對外加劑適應性對比試驗

為了研究4#原狀高碳粉煤灰球磨后與常用二級粉煤灰對外加劑的適應性，進行了外加劑適應性對比試驗。可見：4#原狀高碳粉煤灰的水泥漿的流動度損失高于二級粉煤灰的水泥漿。在實際生產時，應考慮到原狀高碳粉煤灰球磨后對外加劑的吸附作用，需對外加劑的用量進行調整。

3.3 活性對比試驗

①原狀高碳粉煤灰球磨前，因顆粒較粗，內部空隙率高，外加劑的吸附作用明顯，膠砂流動度低。球磨后，大顆粒被破壞，空隙率降低，外加劑的吸附能力降低，膠砂流動比球磨前有較大增加。

②球磨前后，原狀高碳粉煤灰的活性有了明顯增長。當球磨后的比表面積達到3500 cm2/g以上時，活性與常用的二級粉煤灰相當。

3.4? 4#樣球磨后不同取代率的活性對比試驗

①粉煤灰等量取代率增加，膠砂流動度和活性指數不斷降低。

②同一取代率時，球磨后的粉煤灰與攪拌站常用的二級粉煤灰的活性指數相當。

3.5 試驗研究小結

（1）原狀高碳粉煤灰通過球磨提高粉煤灰活性應用于混凝土和砂漿是可行的。

（2）原狀高碳粉煤灰球磨到比表面積不低于3500cm2/g時，技術性能可達到二級粉煤灰的要求。

（3）在應用到實際生產時，可考慮增加少量的水泥用量和外加劑用量，并適當調整生產配合比，可達到與二級粉煤灰相同的效果。

4、應用試驗

為研究原狀高碳粉煤灰球磨后在混凝土和砂漿中應用的可行性，特針對4#樣品和攪拌站常用的二級粉煤灰開展了應用性對比試驗。

4.1 混凝土應用試驗

應用性混凝土試驗粉煤灰用料為一次性取樣，外委球磨3噸試驗料，并修建車輛檢修臺，混凝土設計強度等級為C30，其中一道車道的混凝土的粉煤灰采用球磨后的原狀高碳粉煤灰，另一道車道的混凝土的粉煤灰采用攪拌站常用的二級粉煤灰。粉煤灰取代量均取25%，其他材料用量一致。

結論：

①等量取代水泥25%時，混凝土構件外觀顏色有一定差異，原狀高碳粉煤灰構件略深于常用二級粉煤灰構件，混凝土拌合物性能無明顯差異，凝結時間差異微小，混凝土硬化拆模后觀察混凝土構件，混凝土外觀性能較好。

②原狀高碳粉煤灰混凝土強度較常用二級粉煤灰略有下降，但下降值未超出混凝土強度評定的控制范圍。在實際生產應用中，可通過采取適當增加水泥量或外加劑用量、或采用超量取代法或進一步提高粉煤灰比表面積等措施來提高粉煤灰的活性指數。

③由此可見，原狀高碳粉煤灰通過球磨后，應用于混凝土中是可行性的。

4.2 砂漿應用試驗

選取兩塊清水墻面進行砂漿抹面對比試驗，砂漿設計強度等級為M20。試驗樣品分摻原狀高碳粉煤灰的砂漿和摻攪拌站常用二級粉煤灰的砂漿兩個板塊進行對比，抹面厚度約25mm，其中1#板塊采用原狀高碳粉煤灰作為摻和料的砂漿，2#板塊采用攪拌站常用二級粉煤灰作為摻和料的砂漿。

每個板塊砂漿粉煤灰預計用量100kg，在砂漿抹面過程中，測試砂漿拌合物的性能，構件成型后的外觀質量，以及砂漿各個齡期的強度情況，供分析研究。

結論：

①等量取代30%水泥時，砂漿抹灰墻面外觀顏色有一定差異，原狀高碳粉煤灰墻面顏色略深于攪拌站常用二級粉煤灰墻面，砂漿拌合物性能無明顯差異，凝結時間差異微小，砂漿硬化后觀察，觀感良好。

②28天抗壓強度值差異較小。

③由此可見，原狀高碳粉煤灰球磨后應用于砂漿中是可行的。

結論：

（1）通過實驗室研究和應用試驗表明，原狀高碳粉煤灰球磨后應用于混凝土和砂漿在技術上是可行性的。

（2）鑒于原狀高碳粉煤灰綜合利用項目既符合國家產業政策的要求，又能降低環保壓力，同時帶來明顯的經濟效益，建議啟動該粉煤灰的產業化實施工作。

參考文獻：

[1]胡紀偉，段鈺鋒，耿新澤，等.球磨時間對機械化學法NaBr改性飛灰脫汞性能的影響[J].化工進展，2020（11）：410-418.

[2]章慧蘭，閆文學.不同摻量的磨細粉煤灰對水泥性能的影響研究[J].山西建筑，2014，40（2）：126-127.

作者簡介：

錢寶軍，男，工程師，一級注冊建造師，混凝土技術與經營管理。