活化劑對(duì)CFB粉煤灰水泥性能的影響

林輝，王棟民，王學(xué)光，簡險(xiǎn)峰，鄭大鵬，趙計(jì)輝

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083）

活化劑對(duì)CFB粉煤灰水泥性能的影響

林輝，王棟民，王學(xué)光，簡險(xiǎn)峰，鄭大鵬，趙計(jì)輝

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083）

本文研究了不同活化劑及其摻量對(duì) CFB 粉煤灰的活性激發(fā)。研究結(jié)果表明：鈉鹽類、改性醇胺類活化劑的最佳摻量分別為 3%、0.1%，在此摻量下它們對(duì) CFB 粉煤灰水泥 28d 強(qiáng)度分別提高了 3MPa 和 1.7MPa；在同一摻量下的堿類（NaOH）活化劑，當(dāng)其摩爾濃度為 0.2mol/L 時(shí)，活化效果最好，使 CFB 粉煤灰水泥 28d 強(qiáng)度增加了 4.3MPa。

CFB 粉煤灰；活化劑；水泥

0 前言

循環(huán)硫化床（CFB）是近幾十年發(fā)展的一項(xiàng)綠色燃煤技術(shù)[1]。該方法得到的粉煤灰與普通粉煤灰成分類似，在活性上有一定的差異，但也是高附加值的輔助膠凝材料[2]。但由于活性差限制了其在水泥混凝土行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)外對(duì)粉煤灰活性的激發(fā)主要有物理機(jī)械法、化學(xué)激發(fā)和熱力激發(fā)[3]。本文主要運(yùn)用化學(xué)激發(fā)，選取一些強(qiáng)堿弱酸鹽、改性醇胺類物質(zhì)和不同摩爾濃度的 NaOH 對(duì)摻硅灰的CFB 粉煤灰水泥（70% 水泥+30% CFB 粉煤灰）進(jìn)行活性激發(fā)，來探討各物質(zhì)對(duì) CFB 粉煤灰的激發(fā)效果。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

（1）本試驗(yàn)所用水泥為 95% 熟料+5% 石膏粉磨所得，硅灰取自山東某場，CFB 粉煤灰取自山西朔州，各種礦物的化學(xué)成分如表 1～3。

表 1 熟料化學(xué)成分 %

表 2 CFB 粉煤灰化學(xué)成分 %

表 3 硅灰的化學(xué)成分 %

（2） 主要選取三種類型的活化劑，分別如下：

鹽類：硅酸鈉和羧酸鈉；

醇胺類：改性的三乙醇胺 A1 和 A2；

堿類：摩爾濃度分別為 0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L 和0.8mol/L 的 NaOH。

2.2 試驗(yàn)方法

在 Ф500×500 的球磨機(jī)進(jìn)行粉磨試驗(yàn)，熟料 95%+石膏5% 進(jìn)行粉磨，每次粉磨 3kg，粉磨時(shí)間分別為 25min 出磨時(shí)間均為 5min。CFB 粉煤灰與水泥按不同的比例混合，然后進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù) GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測方法（ISO 法）》來測試膠砂強(qiáng)度；凝結(jié)時(shí)間按照 GB/ T1346—2001《水泥標(biāo)稠用水量》測試；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量按照GB/T 1346—2001 測試；

3 試驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 CFB 粉煤灰最優(yōu)摻量的確定

CFB 粉煤灰在水泥中的摻量對(duì)粉煤灰水泥的物理化學(xué)性能的影響非常重要，為了研究 CFB 粉煤灰在不同摻量下對(duì)粉煤灰水泥性能的影響，本節(jié)主要研究當(dāng) CFB 粉煤灰在 0%、10%、20%、30%、40% 和 50% 的摻量下對(duì)粉煤灰水泥性能的影響，試驗(yàn)方案及配比見表 4。

表 4 不同 CFB 粉煤灰摻量配比方案

按照表 4 的試驗(yàn)方案測得水泥膠砂強(qiáng)度結(jié)果見圖 1、2。

圖 1 水泥抗折強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的變

圖 2 水泥抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的變化

由圖 1 可以看出，當(dāng) CFB 粉煤灰摻量在 0～30% 之間時(shí)，隨著 CFB 粉煤灰摻量的增加，抗折強(qiáng)度基本上在降低，但其降低的速率比較緩慢；當(dāng)摻量超過30%時(shí)，抗折強(qiáng)度減小速率加快；同樣，圖 2 的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出和抗折強(qiáng)度相似的規(guī)律，隨著 CFB 粉煤灰摻量的增加而減少，摻加少量的CFB 粉煤灰（0～10%之間），對(duì)水泥試塊強(qiáng)度有利，當(dāng)摻量增加到 30% 以內(nèi)時(shí)，抗壓強(qiáng)度仍保持在 32.5 水泥級(jí)別，但當(dāng)摻量超過 30% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度急劇下降，CFB 粉煤灰水泥的強(qiáng)度損失很大，因此綜合考慮粉煤灰的利用情況，確定 CFB 粉煤灰的最佳摻量為 30%，在此基礎(chǔ)上用活化劑對(duì) CFB 粉煤灰活性進(jìn)行激發(fā)。

3.2 鹽類活化劑對(duì) CFB 粉煤灰的活化效果

所用的鹽類活化劑為硅酸鈉和羧酸鈉，摻量均為 1%、3%、5%，下面為兩種強(qiáng)堿弱酸鹽對(duì) CFB 粉煤灰水泥活性激發(fā)效果。

圖 3 鹽類對(duì) CFB 粉煤灰水泥的影響

從圖 3 可以看出，鹽類物質(zhì)的加入對(duì) CFB 粉煤灰活性有了一定激發(fā)作用，硅酸鹽和羧酸鹽對(duì)強(qiáng)度的影響結(jié)果不同。隨著硅酸鹽量的增大，強(qiáng)度表現(xiàn)出先變大，后變小，當(dāng)摻量為 3% 時(shí)， 28d 強(qiáng)度相比于空白樣高出了 3MPa，隨著摻量的增多，CFB 粉煤灰的活性減弱；羧酸鹽為陰離子表面活性劑[4]，它對(duì) CFB 粉煤灰活性的激發(fā)效果是隨著羧酸鹽量的增多CFB 粉煤灰活性就增大。

3.3 改性醇胺類活化劑對(duì) CFB 粉煤灰的活化效果

兩種改性醇胺類物質(zhì)分別為醋酸和磷酸與三乙醇胺等物質(zhì)在一定溫度、規(guī)定時(shí)間內(nèi)合成的。改性的醇胺類有機(jī)物是助磨劑的重要組分，其不僅能夠增加粉磨效率，同時(shí)也能誘導(dǎo)水化，它們的摻量和試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖 4 改性醇胺類物質(zhì) A1、A2對(duì) CFB 粉煤灰活性的激發(fā)

從圖 4 可以看出，改性醇胺類物質(zhì)對(duì) CFB 粉煤灰也有一定的活化作用，A1、A2 兩種改性物質(zhì)的最佳摻量分別為0.1% 和 0.2%。在此摻量下，它們對(duì) CFB 粉煤灰水泥 28d 強(qiáng)度分別提高了 1.7MPa 和 1.2MPa，當(dāng)摻量增大時(shí)強(qiáng)度逐漸減小。

3.4 堿類活化劑對(duì) CFB 粉煤灰的活化效果

堿類活化劑主要為不同摩爾濃度的 NaOH，摻量均為2%，它們對(duì) CFB 粉煤灰活性的影響如圖 5 所示。

圖 5 不同摩爾濃度的 NaOH對(duì) CFB 粉煤灰活性的激發(fā)

從圖 5 可以看出，不同摩爾濃度的 NaOH 對(duì)粉煤灰的激發(fā)效果有所不同，當(dāng)氫氧化鈉的摩爾濃度為 0.2mol/L 時(shí)，對(duì)CFB 粉煤灰活性激發(fā)最好，在此濃度下，它對(duì)強(qiáng)度的增強(qiáng)相比于空白樣高出了 4.3MPa，但是高于此濃度以后，強(qiáng)度下降。這主要因?yàn)?NaOH 的這種激發(fā)效果主要與其氫氧根離子濃度有關(guān)，當(dāng)氫氧化鈉濃度小于 0.2mol/L 時(shí)，此時(shí)氫氧根的解聚作用得到了充分發(fā)揮。這是因?yàn)樵?NaOH 的作用下，-Si-OH- 和 -Si-O-Si- 生成為 -Si-ONa，-Si-ONa 中的鈉離子可以被鈣離子置換，生成水化硅酸鈣，置換出來的鈉離子可以繼續(xù)反應(yīng)，使循環(huán)不斷進(jìn)行[5]，但隨著氫氧化鈉摩爾濃度的增大，由于氫氧根和鈣離子的同離子效應(yīng)使鈣離子濃度迅速下降。雖然，此時(shí)體系中氫氧根的解聚能力很強(qiáng)，但是鈣離子的缺乏使水化產(chǎn)物生成量減少，對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生不利。

4 試驗(yàn)結(jié)論

（1）CFB 粉煤灰的加入對(duì)水泥強(qiáng)度有不同程度的影響，當(dāng)摻量小于 30% 時(shí)，強(qiáng)度的下降率較小，當(dāng)大于 30%時(shí)，強(qiáng)度的下降率增大，綜合考慮， CFB 粉煤灰的最佳摻量為 30%。

（2）活化劑的加入對(duì) CFB 粉煤灰活性有很大提高，其中活化效果最好的是 0.2mol/L 的 NaOH，鹽類次之，醇胺類物質(zhì)的活化效果一般，但是他們的加入都對(duì)摻 CFB 粉煤灰水泥的強(qiáng)度有不同程度的提高。

[1] 裴亞利．循環(huán)流化床粉煤灰的特征及其綜合利用[D]．吉林大學(xué)碩士論文，2006．

[2] 姚志通，夏枚生，葉瑛，等．循環(huán)流化床鍋爐脫硫灰和普通粉煤灰的特性研究[J]．粉煤灰綜合利用，2010(1):6-8．

[3] 白軻．淺談粉煤灰活性激發(fā)[J]．廣東建材，2011(8):35-37. [4] 辛霞．水溶性高分子的物化性質(zhì)及其與羧酸鹽表面活性劑的相互作用[D]．山東大學(xué)博士論文，2008．

[5] 陳若莉．激發(fā)劑對(duì)粉煤灰活性的激發(fā)作用[J]．陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,5(28):76-79.

［通訊地址］北京市海淀區(qū)學(xué)院路中國礦業(yè)大學(xué)（100083）

河南省：一季度水泥產(chǎn)量同比增速位居全國第一

5月中下旬從河南省建材工業(yè)協(xié)會(huì)獲悉，今年一季度河南省建材工業(yè)規(guī)模以上企業(yè) 2513 家，主營業(yè)務(wù)收入 1057.60億元，同比增長 11.1%；實(shí)現(xiàn)利潤總額 103.1 億元，同比增長7.6%。其中，水泥生產(chǎn)企業(yè) 230 家，本月產(chǎn)量 1696.6 萬噸，累計(jì)產(chǎn)量 3825.9 萬噸，同比增長 8.8%，居全國第一位；江蘇省產(chǎn)量 3803.1 萬噸，同比下降 0.2%，居全國第二位；四川省產(chǎn)量 3468 萬噸，同比增長 1.3%，居全國第三位。

據(jù)了解，全國水泥企業(yè) 3374 家，本月產(chǎn)量 2.05 億噸，1～3 月累計(jì)產(chǎn)量 4.48 億噸，同比增長 3.98%；產(chǎn)品銷售收入1918.68 億元，同比增長 9.1%；利潤總額 99.5 億元，同比增長 169.1%。 據(jù)河南省建材工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長王愛貞介紹，河南省1～3 月水泥總產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量 8.55%，產(chǎn)品銷售收入占全國銷售收入的 9.32%，利潤總額占全國利潤總額的 11.77%。

其中，全國混凝土與水泥制品企業(yè) 7485 家，1～3 月產(chǎn)品銷售收入 1962.71 億元，同比增長 18.7%；利潤總額82.81 億元，同比增長 20.4%；虧損 2097 家，虧損額 26.37億元，同比增長 12.9%。第一季度河南省混凝土與水泥制品企業(yè) 474 家，產(chǎn)品銷售收入 155.75 億元，占全國產(chǎn)品銷售收入 7.94%，同比增長 10.3%；利潤總額 15.65 億元，同比增長 8.4%；企業(yè)虧損 20 家，企業(yè)虧損額 985 萬元，同比降低 41.5%。第一季度河南省累計(jì)生產(chǎn)水泥混凝土電桿 15.77 萬根，同比增長 11.89%；排水管產(chǎn)量 7513.52 千米，同比下降 0.43%；商品混凝土產(chǎn)量 1575.22 萬立方米，同比增長 19.09%；預(yù)應(yīng)力混凝土樁產(chǎn)量 569.92 萬米，同比下降 5.35%；分別占全國比重為 7.04%、36.74%、6.37% 和8.77%。

3 月份全國水泥產(chǎn)量增速為 5.9%，有所回升但放緩趨勢未變，累計(jì)水泥產(chǎn)量為 4%，低于去年同期 8% 和全年 9.6%的水平。河南省水泥價(jià)格基本穩(wěn)定。目前豫北一帶以袋裝水泥銷售為主，袋裝發(fā)貨量相對(duì)較好。豫南一帶需求恢復(fù)稍緩，部分廠家到 3 月初才開窯生產(chǎn)，且主要消化庫存為主。

作為全國水泥生產(chǎn)和消費(fèi)大省，河南省市場競爭格局比其他省份都要激烈。當(dāng)前河南省城鎮(zhèn)化率只有 42%，在中部地區(qū)倒數(shù)第一，在全國倒數(shù)第五，河南省城鎮(zhèn)化率最具提升空間，也最具緊迫性。中原城市群具有大城市、大農(nóng)村、大工業(yè)、大農(nóng)業(yè)并存的特點(diǎn)。在城市群建設(shè)和新農(nóng)村建設(shè)雙輪驅(qū)動(dòng)下，河南省城鎮(zhèn)化進(jìn)程進(jìn)入加速期，必將帶動(dòng)水泥需求的持續(xù)增長。根據(jù)測算，2013～2015 年河南水泥需求增速將分別為 10.4%、8% 和 8.1%。

來源：中國建材報(bào)

The impact of activator on the performance of the CFB fl y ash cement

Lin Hui, Wang Dongmin, Wang Xueguang, Jian xianfeng, Zheng Dapeng, Zhao Jihui
( School of China University of Mining & Technology, Beijing,100083 China)

The effects of different activators and its content on the activity inspiring of CFB ash are researched. The results show that the 28d strength of CFB fl y ash cement increased 3MPa and 1.7MPa, when the sodium salts and modifi cation alcamines activators were at the dosage of 3% and 0.1%. The alkali (NaOH) activator, in the same dosage, when the molar concentration of 0.02mol/L , its effect is preferably activated which made the 28d strength of CFB fl y ash cement increased 4.3 MPa.

CFB ash; activator; concrete

林輝（1989—），男，主要研究水泥助磨劑復(fù)配和應(yīng)用和固廢利用方面。