燃煤電廠粉煤灰密度檢測方法的優(yōu)化研究

摘 要：粉煤灰作為燃煤電廠的副產品，是煤炭燃燒后剩余的細微顆粒，其密度是衡量其質量的關鍵指標之一。在工業(yè)應用中，粉煤灰因其獨特的物理和化學性質，被廣泛應用于混凝土生產、道路建設、土壤改良等多個領域。根據(jù)相關研究，粉煤灰的密度與其在混凝土中的填充效果密切相關，密度越高，其在混凝土中的分散性越好，越能有效填充空隙，提高混凝土的密實度和強度。鑒于此，對粉煤灰密度檢測方法的優(yōu)化進行了研究，以提高檢測效率和準確性。

關鍵詞：粉煤灰；密度檢測；優(yōu)化；無水乙醇

中圖分類號：TM63""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1671-0797（2025）02-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.02.021

0""" 引言

粉煤灰作為工業(yè)生產中不可或缺的副產品，其密度直接關聯(lián)到其在混凝土、建材、土壤改良等領域的應用性能[1-2]。例如，在混凝土生產中，粉煤灰的密度若超出標準范圍，可能導致混凝土的強度和耐久性下降。根據(jù)《建筑材料質量檢測標準》，粉煤灰的密度應控制在2.0～2.6 g/cm3，超出此范圍的粉煤灰需進行進一步的處理或篩選。通過精確的密度檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)粉煤灰質量的波動，從而采取措施保證最終產品的質量穩(wěn)定。在一項針對粉煤灰密度與混凝土強度關系的研究中，發(fā)現(xiàn)粉煤灰密度每增加0.1 g/cm3，混凝土的抗壓強度可提高約5%[3-4]。因此，優(yōu)化密度檢測方法，不僅能夠提高檢測的精確度，還能為粉煤灰的合理利用提供科學依據(jù)，進而提升整個工業(yè)生產的效率和產品質量。

1""" 密度檢測方法概述

1.1""" 傳統(tǒng)密度檢測方法

粉煤灰傳統(tǒng)密度檢測方法，如比重瓶法和浮沉法，依賴于物理原理，通過測量粉煤灰在特定介質中的浮力或沉降速度來確定其密度。然而，這些方法存在明顯的局限性。比重瓶法操作煩瑣，對樣品的處理要求嚴格，容易受到樣品中微小顆粒和雜質的影響，導致結果的不準確。浮沉法雖然簡便，但其結果受顆粒大小分布和形狀的影響較大，難以精確反映粉煤灰的真實密度。例如，有研究指出，在使用比重瓶法時，若樣品中含有未完全燃燒的炭粒，其密度測量結果會偏高，從而影響粉煤灰作為混凝土摻和料的性能評估。因此，傳統(tǒng)方法雖然在歷史上為粉煤灰密度的檢測提供了基礎，但在現(xiàn)代工業(yè)生產中，其局限性已逐漸顯現(xiàn)，迫切需要通過技術進步來優(yōu)化檢測方法，以提高檢測的準確性和效率。

1.2""" 現(xiàn)代檢測技術

當前粉煤灰密度測量方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的物理測量手段轉變?yōu)槔酶呔鹊碾娮釉O備和先進的分析模型。例如，利用X射線計算機斷層掃描（CT）技術，可以非破壞性地對粉煤灰樣品進行三維密度分布的精確測量，這不僅提高了檢測的準確性，還能提供密度分布的詳細圖像，為粉煤灰的質量控制提供了更為直觀的依據(jù)。此外，基于激光散射原理的粒度分析儀也被廣泛應用于粉煤灰密度的測量中，通過測量顆粒對激光的散射強度，可以推算出粉煤灰的密度分布，這種方法在工業(yè)生產中具有快速、高效的特點[5]。在一項針對粉煤灰密度檢測技術的研究中，通過對比傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代技術的測量結果，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代技術能將測量誤差控制在1%以內，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法的5%誤差范圍，從而為粉煤灰的工業(yè)應用提供了更為可靠的數(shù)據(jù)支持。

2""" 優(yōu)化途徑

2.1""" 提高檢測精度的技術途徑

在粉煤灰密度檢測方法的優(yōu)化研究中，提高檢測精度是技術進步的核心目標之一。為了實現(xiàn)這一目標，研究者們致力于開發(fā)更為精確的測量技術，如采用高分辨率的X射線計算機斷層掃描（CT）技術，它能提供粉煤灰顆粒的三維密度分布圖，從而實現(xiàn)對密度的精確測量。例如，通過對比不同批次粉煤灰的CT掃描結果，可以發(fā)現(xiàn)密度分布的微小差異，進而對粉煤灰的質量進行更細致的控制。此外，利用統(tǒng)計學中的回歸分析模型，可以對檢測數(shù)據(jù)進行深入分析，以識別和校正可能影響檢測精度的系統(tǒng)誤差。

2.2""" 降低檢測成本的創(chuàng)新方法

傳統(tǒng)上，無水煤油常被用作密度檢測的介質，但其價格較高且具有一定的毒性，對操作人員和環(huán)境均存在潛在風險。因此，有關研究嘗試用無水乙醇替代無水煤油。無水乙醇作為一種常見的有機溶劑，具有價格低廉、毒性較低和易于獲取的優(yōu)點。通過實驗驗證，無水乙醇在密度檢測中具有與無水煤油相近的測量效果。研究發(fā)現(xiàn)，無水乙醇的密度與無水煤油相近，且對粉煤灰顆粒的浸潤性良好，能夠保證測量結果的準確性。此外，無水乙醇的揮發(fā)性較高，使得檢測后的樣品更容易干燥，從而縮短了檢測周期，提高了檢測效率。

3""" 優(yōu)化實驗設計與方法

3.1""" 實驗樣本與設備的選擇

3.1.1""" 實驗樣本

粉煤灰樣本的代表性、均勻性以及檢測設備的精確度直接影響到實驗結果的可靠性，因此粉煤灰樣本的選擇可按照以下方法：

1）在對粉煤灰樣本進行測定之前，應使用0.90 mm的方孔篩剔除雜質及較大顆粒，以確保樣本混合均勻，再將樣本置于烘箱中，維持烘干溫度在（110±5）℃，持續(xù)烘干1 h。之后，將樣本移至干燥器中冷卻至實驗室溫度。

2）在裝填粉煤灰樣本時，應選用適當?shù)妮o助工具，如漏斗和勺子。在加樣前，應將漏斗、勺子以及粉煤灰與瓷坩堝一同置于分析天平上進行稱重，如圖1（a）所示。加樣完成后，使用過的漏斗、勺子和坩堝可能沾有粉煤灰，需再次使用分析天平進行稱重，如圖1（b）所示。通過減去使用后的器具重量，即可計算出實際加入的粉煤灰量。

3）樣品裝填完畢后，無須立即蓋緊瓶塞。應通過手搖或使用電磁攪拌器持續(xù)攪拌，以確保樣品中不含空氣。在使用電磁攪拌器攪拌過程中，應確保避免開啟加熱功能，并將攪拌速度調整至適宜水平，以促進空氣迅速排出，同時防止無水乙醇噴濺。

3.1.2""" 實驗設備的選擇

儀器設備的選擇主要包括李氏瓶、恒溫水槽、電子天平、漏斗等。

1）李氏瓶。

使用前應用計量檢定對李氏瓶的刻度進行核查，即對李氏瓶進行計量檢定時，用稱重的方法或者是已標定過的滴定管檢測0～1 mL的刻度，18～24 mL的刻度中每1 mL的刻度都需要進行檢測，任何標明的容量誤差不可大于0.05 mL。標定好容積誤差之后，接下來就是記錄并將其保存好，以便日后修正檢驗數(shù)據(jù)。

2）恒溫水槽。

恒溫水槽如圖2所示，該恒溫水槽需有足夠大的容積，控制水溫為（20±1）℃，水槽每個位置都要保持相同的溫度，才能夠保證在水槽內能以水平的視角讀取李氏瓶的刻度。

3）電子天平。

電子天平的選擇應確保其精度和穩(wěn)定性，以滿足實驗要求。通常情況下，選擇精度為0.000 1 g的電子天平，以確保稱量結果的準確性。在使用前應進行校準，確保其讀數(shù)準確無誤。此外，天平應具備良好的防風功能，以減少外界氣流對稱量結果的影響。在實驗過程中，應定期進行校準，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。

4）漏斗。

漏斗的選擇應根據(jù)實驗的具體需求來確定。通常情況下，使用長頸漏斗，因其耐腐蝕性好，且易于清洗。漏斗的口徑應適中，以便于液體的順利轉移。在使用前，應確保漏斗內部干凈無殘留物，以免影響實驗結果。使用時，應小心操作，避免漏斗碰撞或損壞。

3.2""" 實驗步驟與數(shù)據(jù)收集方法

第一步，粉煤灰試樣先通過0.90 mm的方孔篩，然后放置在105～110 ℃的溫度中持續(xù)烘干1 h，再轉入干燥器進行冷卻，冷卻至（20±1）℃的室溫。

第二步，稱60 g左右的粉煤灰，使其達到0.01 g的精確度。

第三步，在李氏瓶中加入一定的無水乙醇，讓無水乙醇的液面在刻度0～1之間，然后把李氏瓶放進恒溫水槽里。確保水能夠浸沒所有刻度，并保持（20±1）℃的水溫，至少恒溫30 min，進行讀數(shù)并記錄。

第四步，將李氏瓶從恒溫水槽中取出，用濾紙擦干瓶頸周圍。

第五步，往李氏瓶中裝入粉煤灰樣品后借助恒溫磁力攪拌器進行攪拌（圖3），確保沒有氣泡后，放入恒溫水槽，并保證刻度都浸在水中，恒溫時間至少30 min，再進行讀數(shù)。分兩次對水槽溫度進行讀取，且保證溫差在0.2 ℃以內。

第六步，粉煤灰質量/體積=密度。進行兩次測定，計算出它的平均值。兩次測量得到的數(shù)值要在重復性范圍內，以保證密度的準確性。

4""" 優(yōu)化方法實驗驗證與分析

本文提出了一種創(chuàng)新的粉煤灰密度檢測技術，該技術采用無水乙醇作為替代品，取代了傳統(tǒng)的無水煤油。此方法的優(yōu)勢在于其操作簡便性、檢測快捷性以及檢測結果的高精度。

4.1""" 實驗設計

為了驗證新方法的有效性，本文設計了一系列實驗。選取了20%、30%、40%不同細度分布的粉煤灰樣品，分別采用傳統(tǒng)的無水煤油和新方法的無水乙醇測定方法進行密度檢測對比，結果如表1所示。

4.2""" 實驗結果分析

觀察表1，通過對比傳統(tǒng)無水煤油方法和新方法的測定值，發(fā)現(xiàn)無水乙醇測定值與無水煤油測定值之間的差異在不同粒徑的粉煤灰樣品中表現(xiàn)出一定的規(guī)律性：

1）對于細度為20%的粉煤灰樣品，無水乙醇測定值比無水煤油測定值略高，差值為0.02 g/cm3。

2）對于細度為30%的粉煤灰樣品，無水乙醇測定值比無水煤油測定值略低，差值為0.02 g/cm3。

3）對于細度為40%的粉煤灰樣品，無水乙醇測定值同樣比無水煤油測定值略低，差值為0.03 g/cm3。

4.3""" 結論與建議

通過實驗結果分析，可以得出以下結論：

1）新方法采用無水乙醇作為測定介質，在不同粒徑的粉煤灰樣品中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)無水煤油方法不同的測定結果。這表明介質的選擇對粉煤灰密度的測定具有一定的影響。

2）對于細度較低的粉煤灰樣品（20%），無水乙醇測定值略高于無水煤油測定值，這可能與乙醇的表面張力較低有關，使得粉煤灰顆粒在乙醇中的分散性更好，從而導致密度測定值略有增加。

3）對于細度較高的粉煤灰樣品（30%和40%），無水乙醇測定值則略低于無水煤油測定值，這可能是因為在這些粒徑范圍內，煤油對粉煤灰顆粒的潤濕性更好，導致粉煤灰顆粒在煤油中的沉降速度略有不同。

綜上所述，采用無水乙醇作為替代品進行粉煤灰密度檢測是一種可行的方法。與傳統(tǒng)無水煤油方法相比，無水乙醇方法的結果在標準的重復性范圍內波動，但對于絕大多數(shù)粉煤灰樣品，無水乙醇測定值都取顯著性差異。此外，無水乙醇方法在環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟性等方面具有明顯優(yōu)勢，因此在條件允許的情況下，推薦優(yōu)先考慮使用無水乙醇進行粉煤灰密度檢測。

5""" 結束語

本文對粉煤灰密度檢測方法進行了優(yōu)化，采用無水乙醇作為替代品，不僅提高了檢測的準確性和效率，還具有環(huán)保和經(jīng)濟的優(yōu)勢。實驗結果表明，新方法在不同粒徑的粉煤灰樣品檢測中表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，為實際應用提供了有價值的參考。然而，任何實驗方法都存在一定的局限性，新方法也不例外。在實際操作過程中，需要注意無水乙醇的揮發(fā)性和易燃性，采取相應的安全措施。此外，由于不同粒徑的粉煤灰樣品在兩種方法中的測定值存在差異，建議在實際應用中根據(jù)具體情況選擇合適的檢測方法。

[參考文獻]

[1] 潘棟.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].四川水泥，2024（8）：1-3.

[2] 吳松，劉雨杭.火電廠粉煤灰與脫硫石膏資源化利用現(xiàn)狀[J].科技創(chuàng)新與應用，2024，14（14）：153-159.

[3] 曾鵬.高速公路路面施工中粉煤灰技術研究[J].運輸經(jīng)理世界，2023（14）：28-30.

[4] 郭倩娜.摻粉煤灰水泥混凝土性能研究[J].江蘇建材，2024（3）：36-38.

[5] 惠濤，時啟林，楊超，等.粉煤灰的燒結動力學和燒結特性[J].新型建筑材料，2024，51（6）：61-66.

收稿日期：2024-09-13

作者簡介：徐璐璐（1987—），女，云南昆明人，工程師，主要從事火電廠燃煤化驗工作。