燃煤电厂粉煤灰品质参数的研究.pdf

发 电 技 术 30 技术版 中国电业技术版 2011年第12期 燃煤电厂粉煤灰品质参数的研究 摘要我国粉煤灰质量控制较国外先进水平尚有一定差距，因此加强粉煤灰质量控制与管理对于我国发展粉煤 灰综合利用显得尤为重要。通过研究分析粉煤灰品质参数（粉煤灰活性、细度、烧失量、需水量比、抗压强度 比）对粉煤灰品质的影响及各参数的相互作用可知粉煤灰细度越小，烧失量越小；抗压强度越大，需水量比 越小；粉煤灰的比表面积越大，就越有利于粉煤灰的火山灰反应，其品质越好。 关键词粉煤灰质量控制；品质参数；影响机制 中图分类号TU 521.4 文献标识码A 文章编号 1002-1140（2011）12-0030-03 唐栋材，胡明华 （华北电力大学环境科学与工程学院，河北 保定 071003） Research on the Quality Parameters of Fly Ash in Coal-fired Power Research on the Quality Parameters of Fly Ash in Coal-fired Power PlantsPlants TANG Dong-cai, HU Ming-hua School of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China Abstract AbstractBecause of the certain gap between China and other developed countries on the quality control of fl y ash, reinforce the quality control and management of fl y ash is very important for China to develop comprehensive utilization of fl y ash. By means of research and analysis of the quality parameters mechanism effect on fl y ash and the interaction among them, get the conclusion that the smaller fi neness, the less loss on ignition; the stronger compression strength, the less water demand; the bigger specifi c surface area, the better in favor of the cinerite reaction, which has the better quality. Key words Key wordsquality control of fl y ash; quality parameters; effect mechanism 0 引言 燃煤装机占我国发电总装机容量的70左 右，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，加 大对粉煤灰综合利用的研究对我国经济和社会发 展具有重要意义。早在1987年，我国就把粉煤 灰的综合利用确立为资源综合利用的突破口，并 把发展粉煤灰的综合利用作为我国经济和社会发 展的一项长远战略方针，并且取得了许多可喜成 绩。但是相对发达国家，我国的粉煤灰利用率仍 处于较低水平。制约其大规模利用的一个主要原 因是粉煤灰品质较差，如含碳量高、粒度粗等。 究其根源，主要是由于我国对粉煤灰的质量控制 无论从技术上或是管理上与国外先进国家相比都 有不少差距，加强粉煤灰的质量控制与管理已成 为我国发展粉煤灰综合利用的当务之急。本文通 过对粉煤灰品质控制参数进行研究，揭示粉煤灰 品质影响机制，为粉煤灰质量控制提供理论基 础。 1 粉煤灰品质参数及其影响机制 粉煤灰的各品质参数之间相互关联，参数反 映粉煤灰品质，只有充分了解其影响机制，才能 提出正确的品质评价方法，从而衡量粉煤灰品质 好坏，使各等级粉煤灰得到充分利用，避免造成 资源浪费。 1.1 粉煤灰活性 凡是在常温、有水条件下与CaOH2发生化 学反应的硅铝质材料一般均称为火山灰材料。粉 煤灰就是这种具有参与化学反应能力即火山灰 反应性（活性）的材料。当粉煤灰用做胶凝材料 31 技术版 唐栋材等燃煤电厂粉煤灰品质参数的研究 时，活性是评价其品质优劣的重要指标。 影响粉煤灰火山灰活性的主要因素有温 度 、 玻 璃 体 的 含 量 （ 特 别 是 低 铁 玻 璃 体 的 含 量）、玻璃体表面积、玻璃体表面特征、碱组分 （K2O、Na2O）含量、硫酸盐含量[1]。 1.2 细度 细度表示颗粒的粗细程度，我国用45μm筛 筛余量表征细度，筛余量越大，则细度指标 值越大，粉煤灰颗粒越粗。 有专家认为，对于用于混凝土的粉煤灰，决 定其质量的最重要的因素是粉煤灰细度，并推荐 用45μm筛上筛余量（）作为单一的细度指标 对粉煤灰进行级别分类见表1。 细度对粉煤灰质量的影响主要表现在三个方 面 1 粉煤灰的需水量 相关研究表明，粉煤灰细度越大，其需水量 越大，掺入该粉煤灰混凝土的单位用水量也增 大，可造成粉煤灰混凝土性能劣化。 2 粉煤灰混凝土拌合物的黏聚性 粉煤灰颗粒越细，微细颗粒越多，能更均匀 有效地填充到水泥颗粒之中，堵截混凝土内的泌 水通道，减少泌水；颗粒越细，越能大幅度地减 少浆体内的液体流动，增强混凝土拌合物的黏聚 性。 3 粉煤灰活性 粉煤灰越细，其活性成分参与反应的表面积 越大，反应速度则越快，反应程度越高。有资料 显示，545μm颗粒越多，粉煤灰活性越高，大 于80μm的颗粒对粉煤灰活性不利。 1.3 烧失量 烧失量表示粉煤灰在高温燃烧过程中未燃尽 碳含量。烧失量越大，未燃尽碳含量就越多。未 燃尽碳的存在，对粉煤灰质量有很大的负面影 响，这是因为 1 碳粒粗大多孔，易吸水，烧失量大的粉 煤灰其细度、需水量一般也较大，掺入混凝土 后，往往会增加新拌混凝土用水量，造成混凝土 泌水增多，干缩变大，降低了强度和耐久性。 2 未燃碳遇水后，会在颗粒表面形成一层 憎水膜，阻碍了水分进一步渗透，影响了粉煤灰 中活性氧化物与水泥水化产物CaOH2的相互作 用，从而降低了粉煤灰的活性。有关资料和研究 也表明粉煤灰的胶凝系数反映粉煤灰胶凝活 性随着烧失量的增大即未燃碳含量增多而减 小[2]。 3 碳对引气剂或引气减水剂等表面活性剂 有较强的吸附作用，在通常的引气剂或引气减水 剂掺量下，烧失量大含碳量高的粉煤灰会使混 凝土中的含气量、气孔大小和气泡所占的空间达 不到期望值，影响混凝土耐久性。 1.4 需水量比 在一定流动度下，掺一定量粉煤灰的水泥胶 砂需水量与基准水泥胶砂不掺粉煤灰需水量之 比，称为需水量比。用于混凝土中的粉煤灰，应 保证在相同坍落度下，不使混凝土的拌和水量显 著增加，甚至使粉煤灰具有部分减水效果，这就 要求粉煤灰的需水量比不能大。 国家标准规定，I级粉煤灰需水量比不大于 95[3]，掺入混凝土中具有固体减水剂作用减水 率一般为10左右，部分Ⅱ级粉煤灰也具有一 定减水作用，但减水率较小4左右。这是因为 粉煤灰的球状微细颗粒具有滚珠轴承作用，减少 了浆体与集料间的界面摩擦。同时，由于微细的 粉煤灰颗粒能填充到水泥颗粒之中，降低了胶凝 材料空隙率，相应地填充于固体颗粒中的水量减 少，增加了颗粒表面的水膜层水量，对浆体的流 动性有利。粉煤灰颗粒越细，细小颗粒越多，减 水效果越明显，I级灰的减水率大于Ⅱ级灰，而 III级灰不但无减水作用，还会较为显著地增加混 凝土的拌和水量。 如前所述，粉煤灰的需水量与其烧失量和细 度有很大关系[4]。烧失量大，细度大，则需水量 大。美国材料试验协会ASTM经过长期研究， 用细度和烧失量的乘积作为组合因子来评价粉煤 灰的品质，并建立了需水量比与此组合因子的线 性回归方程需水量比2.60.086组合因子。 英国则根据此组合因子判断粉煤灰的减水能力， 并据此将粉煤灰划分为若干等级见表2。 粉煤灰的需水量还与其球状微细颗粒含量和 颗粒分布有一定关系[5]。这主要表现在当烧失 表1 根据细度对粉煤灰的级别分类 等级细度/（45μm筛上筛余量百分数） 用于混凝土中观察到的效应 优级 1 2 3 35 性能优良 性能良 性能良或尚可 经济耐久性存疑 表2 用细度与烧失量的乘积作组合因子划分粉煤灰等级 等级细度烧失量减水能力 1 2 3 4 150 减水量大 中等减水 少量减水 无减水性能 注 细度为 45μm 筛上筛余百分数 发 电 技 术 32 技术版 中国电业技术版 2011年第12期 量和细度指标均相近时，粉煤灰的需水量比也有 一定差别。球状微细颗粒含量越多，滚珠轴承作 用和润滑作用越显著，减水效果越好，粉煤灰的 需水量比越小。通过对粉煤灰颗粒分布的研究发 现，小于20μm的颗粒越多，粉煤灰需水量比也 越小。 1.5 抗压强度比 目前，国际上将抗压强度比作为反映粉煤灰 活性的一个指标[6]。该指标反映的不仅仅是粉煤 灰火山灰反应能力，也包括粉煤灰需水性影响， 因此，抗压强度比综合反映了粉煤灰强度特点， 可在评价其活性时作为参考，特别是长龄期的抗 压强度比主要表征了粉煤灰活性大小。 根据实际测试与分析，在粉煤灰品质的诸参 数中，与压强比关系最为密切的是细度与需水量 比。由表3可见，四种比较方法均说明细度与 压强比密切相关，且相关系数随龄期增长明显提 高。 表4表明了需水量比与压强比的关系。需水 量比的作用也与龄期有关，但与细度相反，两者 的关系随龄期增加而有降低的趋势。由此看出， 7天前粉煤灰对混凝土的强度贡献主要取决于需 水量比，其次为细度；28天以后则相反，主要取 决于细度。即早期主要是物理作用，后期主要是 水化作用。 粉煤灰内的SO3主要集中在粉煤灰颗粒的表 层。SO3含量表示的是各种硫酸盐含量，SO3含 量高即意味着硫酸盐含量高。含过高SO3的粉煤 灰掺入混凝土后，Na2SO4、K2SO4等硫酸盐与水 泥水化产物CaOH2作用，生成CaSO4，之后与 水泥中铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙反 应，生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），最终 使固相体积约增加2.5倍左右，造成硬化混凝土 体积安定性不良，混凝土膨胀开裂，强度和耐久 性下降。 2 结论 粉煤灰的各种品质参数之间是相互作用的，总 而言之，细度越小，烧失量越小；抗压强度越大， 需水量比越小；粉煤灰的比表面积相对越大，就越 有利于粉煤灰的火山灰反应，对粉煤灰的综合利用 就越有利，粉煤灰的品质就越好。因此，应综合考 虑各参数之间关系，为粉煤灰品质的提高做好理论 与实践基础。 参考文献 [1] 沈旦申．粉煤灰混凝土[M]．北京中国铁道出版社， 1989． [2] 周广信，叶玉新，等．提高粉煤灰活性途径及应用方法的 研究[J]．粉煤灰，1997，（6）24-27． [3] 吴立强，李鹏飞，孙磊．粉煤灰需水量比测定方法的探讨 [J]．交通科技，2010，（3）105-107． [4] 谭盐宾，李化建，等．烧失量和细度对粉煤灰浆体流变特 性的影响[J]．铁道建筑，2010，（2）127-129． [5] 杨雄，唐月英，俞黎明．粉煤灰细化对高性能混凝土性能 的影响[J]．浙江建筑，2008，（8）58-60． [6] 朱春银，张云升，高建明．超高性能混凝土的制备与物理 力学性能研究[J]．混凝土与水泥制品，2010，（1） 13-15． 收稿日期2011-10-30 作者简介 唐栋材（1986），男，硕士研究生，研究方向为大 气污染控制工程，tangdongcai； 胡明华（1988），女，硕士研究生，研究方向为大 气污染控制工程，huminghua042。 责任编辑 齐正平 批号强度龄期/d80μm筛余量45μm筛余量透气法比表面积 2 280.840.860.57 900.720.790.73 3 280.9090.9210.669 900.9290.9440.741 4 70.7420.8080.398 280.8100.8610.547 900.8360.8440.695 表3 粉煤灰细度与其压强比的相关系数 批号234 强度龄期/d2890289072890 相关系数-0.82-0.69-0.853-0.850-0.8660.801-0.747 表4 粉煤灰需水量比与其压强比的相关系数 电力科技资讯 韩国科学技术院KAIST研发的电动汽车On-Line Electric VehicleOLEV技术将出口海外 OLEV是一款采用电磁感应非接触供电的电动汽 车，即在道路中埋设线圈产生电磁波，并利用移动 体一侧的线圈将其转换为电力的技术。该项技术曾在 2010年被美国时代周刊评为全球50大发明之一。