摘 要:C 類粉煤灰中的f2CaO 數(shù)量、結(jié)構(gòu)、礦物組成種類及熔劑礦物的包裹程度等諸多方面差異很大,產(chǎn)品中的f2CaO在性能上也有很大不同。增鈣粉煤灰中的f2CaO 具有多孔結(jié)構(gòu),粒級細小,熔劑礦物極少包裹。因此水化反應(yīng)快,很易消解。在工程中應(yīng)用不影響體積安定性,而且具有自凝、自硬性,需水比小,比強度高等優(yōu)良性能特征,使用效果好、經(jīng)濟效益顯著、性價比高,具有廣泛使用價值。
關(guān)鍵詞:C 類粉煤灰; 高鈣粉煤灰; 增鈣粉煤灰f2CaO ; 體積安定性
中圖分類號: TU528.2 文獻標識碼:B 文章編號:1005 - 8249 (2008) 01 - 0047 - 03
讀《粉煤灰綜合利用》2007 年第一期" f2CaO 含量超標的C 類灰在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用" 一文,根據(jù)我們的研究和哈爾濱市近15 年的推廣應(yīng)用,對此提供我們的一些認識和做法,供有關(guān)人員共同探討。
1 C 類粉煤灰應(yīng)該涵蓋的品類
按照國內(nèi)外的相應(yīng)規(guī)定,以粉煤灰中CaO 含量10 %作為劃分高鈣粉煤灰(C 級) 和普通低鈣粉煤灰( F級) 界定值條件。根據(jù)此界定的基本值我們認為高鈣粉煤灰(C 級) 基本類型應(yīng)包括:
(1) 由將煙煤和褐煤一種或幾種混燒,燃燒溫度較高(1 500 ℃左右) ,在高溫區(qū)停留時間較長生產(chǎn)所得。其CaO 來自燃料煤。(2) 由油頁巖經(jīng)高溫燃燒而得,這種高鈣粉煤灰是在流態(tài)床上燃燒, 一般溫度在800 ℃～900 ℃中進行,高溫區(qū)可達1 200 ℃左右。整個燃燒過程在較短的時間內(nèi)完成。因此,有可能形成部分液相, 生成一些水泥熟料礦相組分(β2C2 S、C3A、C4AF 等) ?！ ∮捎谌紵郎囟炔桓?在生成的高鈣粉煤灰中有氧化鈣和方解石共存的組分存在,均由燃煤提供。(在土耳其中東地區(qū)國家此種高鈣粉煤灰較多,我國在廣東等地有少量產(chǎn)品) 。(3) 預(yù)先由煙煤、褐煤與石灰石混合粉磨后,進入立式旋風(fēng)爐內(nèi)共同混燒。經(jīng)高溫1 450 ℃～1 600 ℃燃燒后,由收塵系統(tǒng)回收即為增鈣粉煤灰(經(jīng)爐下排放的液相淬冷后為增鈣液態(tài)渣) ?；抑蠧aO 來源除燃煤中帶入的小部分(2 %～4 %) 外,絕大部分為石灰石高溫分解而得(其中亦有部分未及分解的方解石) 。燃料在爐內(nèi)燃燒過程中由于風(fēng)速較大(一次風(fēng)速35m/ sec ,二次風(fēng)速25m/ sec) ,而燃料在爐內(nèi)行程很短。因此,燃燒、分解、化合反應(yīng)全過程均需要在短時間內(nèi)進行完成,我國采用立式旋風(fēng)爐設(shè)施的熱電廠家已遍及全國各地達數(shù)十家之多,阿城熱電廠是其中之一,年排增鈣粉煤灰近2 萬t (增鈣液態(tài)渣6萬t) 。立式旋風(fēng)爐排放的增鈣粉煤灰與其它燃燒條件下的高鈣粉煤灰不同。由于燃料中配入很大組分的石灰石,并在高溫瞬間燒成,因此所得的增鈣粉煤灰性能亦與其它高鈣粉煤灰有所區(qū)別,而排放的增鈣粉煤灰中CaO 很大部分是由于工藝所需而添加在燃料中的石灰石帶入的。所含CaO 量達20 %以上。這與(1) 、(2) 兩類高鈣粉煤灰不一樣,也與直接在粉煤灰中加入熟石灰配制的高鈣粉煤灰有質(zhì)的差別。這是決定這種高鈣粉煤灰性能的一個根本因素。為此,我們將立式旋風(fēng)爐排放的高鈣粉煤灰命名為增鈣粉煤灰,以示與其它高鈣粉煤灰有所區(qū)別。各種粉煤灰的化學(xué)成分見表1 、2 ,物理性能見表3.
2 f2CaO 的差別
從建材及常用礦物摻合料的材料中,f2CaO 含量較高、影響產(chǎn)品性能的f2CaO 有:
(1) 水泥熟料中的f2CaO 由于熟料在燒成過程中,因熱力制度的要求,燒成溫度需達1 450 ℃左右,物料在高溫區(qū)停留時間長。在配制水泥物料組成時的性能要求,選用KH 值較高,熔劑礦物Al2O3 和Fe2O3 的含量取值較大,如果燒成工藝又不盡合理時(例如立窯或小型回轉(zhuǎn)窯) ,結(jié)果f2CaO 熔融"死燒" ,結(jié)構(gòu)致密,面層被熔劑礦物包裹,制成水泥應(yīng)用時極難在短時間得到充分水化,結(jié)果在成品結(jié)構(gòu)硬化后繼續(xù)水化導(dǎo)致體積膨脹,致使構(gòu)筑物體積發(fā)生破壞,造成工程質(zhì)量事故。(2) 高鈣粉煤灰中的f2CaO 一般是由煙煤和褐煤一種或幾種混燒,燃燒溫度較高(1 500 ℃左右) ,物料在高溫區(qū)停留時間較長,加以煤中粘土成分含有一定量CaCO3 和Al2O3 、Fe2O3 熔劑礦物成分,入爐前燃料顆粒較粗,形成的f2CaO 常處于被熔劑礦物包裹的結(jié)構(gòu)致密"死燒"狀的顆粒,如用作為礦物摻合料,由于其充分水化所需的時間往往遲于水泥終凝時間,其破壞能力常與水泥中的f2CaO 相類同。(3) 增鈣粉煤灰中的f2CaO 由于熱電廠立式旋風(fēng)爐生產(chǎn)的需要,在燃煤的同時必須匹配一定量的石灰石混磨后入爐燃燒。雖然燃燒溫的較高(1 400 ℃～1 600 ℃) ,但物料在高溫區(qū)停留時間很短(小于30s) ,而且其燃料中所含熔劑礦物的Al2O3 、Fe2O3 量相對較少,尤其是Fe2O3 的含量較高鈣粉煤灰量少很多,因此增鈣粉煤灰中絕大部分的f2CaO 其結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化,大部分f2CaO 來源于石灰石的分解,具有水化較快并能夠在較短時間內(nèi)充分水化的特點,由于顆粒細、分散度高,以及使用工況條件等諸多因素的影響,因此在我們近15 年工程使用中,從未有因增鈣粉煤灰中f2CaO 的安定性問題造成工程質(zhì)量事故。
3 增鈣粉煤灰使用中安全上限的選定
影響f2CaO 體積安定性的因素是多方面比較復(fù)雜的。其中包括原狀灰的熱工過程、基本化學(xué)成分、物理性能、使用工況及外加劑品種與數(shù)量、灰的存放條件等等。國內(nèi)外對f2CaO 的研究成果和我們多年來開發(fā)應(yīng)用的結(jié)果表明:其中最本征的因素為原燃料的熱力過程(最高燃燒溫度、高溫區(qū)停留時間) ;原燃料中的溶劑礦物燃料含量,尤其是Fe2O3 的含量;原燃料的顆粒粒度。這些因素可能基本上決定了粉煤灰中的f2CaO的性能特征。對此我國王善拔、黃文熙、施惠生等知名教授提供了很有價值的研究成果可供參考。
增鈣粉煤灰中的f2CaO 含量一般在6 %～8 %。我們認為f2CaO 使用含量的安全上限的選擇以及根據(jù)安全上限設(shè)定的粉煤灰摻量的確定,應(yīng)根據(jù)原狀灰的物理、化學(xué)性能、工程使用的性能要求及工程使用的工況等條件,通過試驗綜合斟酌逐漸積累經(jīng)驗而得。只要原狀增鈣粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定(一般情況下使用立式旋風(fēng)爐的熱電廠原燃料、生產(chǎn)工藝等均較穩(wěn)定) ,工程應(yīng)用中按規(guī)定的要求進行,則工程質(zhì)量是會有保證的、使用效果是優(yōu)良的。
4 結(jié)語
增鈣粉煤灰的生產(chǎn)廠家國內(nèi)有數(shù)十家之多,年排灰量可達百萬t 以上,具有良好的性能和市場占有率。在黑龍江省哈爾濱市、佳木斯市等地得到廣泛應(yīng)用,在多種工程(建筑、水利、道橋等) ,各種大型結(jié)構(gòu)(風(fēng)洞、橋梁、大體積糧庫等) ,各種摻量得以應(yīng)用(混凝土中等量取代水泥達60 %以上) 。使用至今安全可靠,不僅可大量節(jié)約水泥降低工程成本,而且改善了混凝土、砂漿的工程性能,獲得了各方面的認可。實踐證明,增鈣粉煤灰是粉煤灰中的精品材料。為了更有利于推廣應(yīng)用、合理利用資源、創(chuàng)造更大的財富,希望有關(guān)方面對此給予積極扶持、制定和完善國家相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程,以利于試驗、研究、檢測、開發(fā)、應(yīng)用有所遵循。
