循環流化床灰對水泥基膠凝材料及碾壓混凝土工作性的影響

Effect of Circulating Fluidized Bed Ash on Workability of Cement-based Materials and Roller Compacted Concrete

羅暉1，李欣1，王慶珍2，李莎1，陳航3，王傳彪1（1重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶　400074；2重慶市公路局，重慶　401147；3重慶市錦藝硅材料開發有限公司，重慶　401121）

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循環流化床灰對水泥基膠凝材料及碾壓混凝土工作性的影響

Effect of Circulating Fluidized Bed Ash on Workability of Cement-based Materials and Roller Compacted Concrete

羅暉1，李欣1，王慶珍2，李莎1，陳航3，王傳彪1
（1重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶400074；2重慶市公路局，重慶401147；3重慶市錦藝硅材料開發有限公司，重慶401121）

摘要：作為燃煤灰渣之一的循環流化床灰，成分比煤粉爐粉煤灰更加特殊和復雜，綜合利用程度低。當將其作為水泥混凝土用輔助膠凝材料時，

明顯增加水泥基膠凝材料的標準稠度用水量，降低膠砂流動度。相對于普通塑性混凝土，循環流化床灰更適用于碾壓混凝土這種干硬性混凝土體系。

關鍵詞：循環流化床灰；碾壓混凝土；干硬性混凝土；改進VC值

基金論文：該論文為重慶市科學技術委員會集成示范計劃項目（項目編號：cstc2015jcsf30002）論文之一。

Abstract:Circulating fluidized bed ash, a kind of coal ashes, is less utilized for its special and complex components. When used as supplementary cementious material, it can obviously enhance the standard consistency water volume of cement based materials and reduce the mortar fluidity as well. Compared with ordinary plastic concrete, circulating fluidized bed ash is more suitable for hard concrete system like roller compacted concrete.

Keywords:circulating fluidized bed ash; roller compacted concrete; dry cement mortar; improved VC value

0　引言

煤炭是我國的主要燃料和能源，我國能源結構決定了發電量以燃煤電廠為主，2015年全國電源新增生產能力（正式投產）12974萬kw，火電6400萬kw[1]，火電新增規模幾乎與其它所有電源新增規模相當。當前，火電裝機容量占電力總裝機容量的73%左右，火力發電量占總發電量的比例超過80%[2]。

火電燃料用煤是我國煤炭的主要消耗部分，燃煤所產生的SO2排放量占全國SO2排放量的90%，因此采用先進高效的燃煤固硫技術至關重要，流化床燃燒固硫技術成為適合我國國情的新一代高效低污染燃燒技術。循環流化床灰則是煤在循環流化床鍋爐內經850～900℃燃燒后在煙道排出時收集的固體廢棄物[3]。循環流化床灰成分相比其它燃煤灰渣更特殊和復雜，不僅含有一定量的燒粘土質礦物，還含有較多的固硫礦物如Ⅱ-CaSO4、游離CaO等，燒失量也高，且成分受到的影響因素較多，不同流化床電廠排出的循環流化床灰在品質上差異很大，這些都加大了其利用難度。另外，由于循環流化床灰出現時間相對較晚，目前對其基本特性研究和認識不足。因此，循環流化床灰的綜合利用程度低，現階段基本上采用堆積或填埋方式處理。如圖1。

1　原材料

圖1　循環流化床灰堆場

1.1循環流化床灰

循環流化床灰在煤的燃燒方式和燃燒溫度，灰的化學成分與外觀形貌等多方面都不同于煤粉爐粉煤灰。循環流化床灰的顏色一般呈灰或深灰色，但不同電廠、不同煤種灰在顏色上呈現出較大的差異。原煤的赤鐵礦（以Fe2O3形式存在）和含碳量對流化床灰顏色影響較大，赤鐵礦含量越大紅褐色越深，含碳量較高則灰的顏色呈黑紫色或黑色；另外，灰中游離氧化鈣的含量較高時，灰顏色偏淺。流化床灰顆粒大多呈不規則狀，表面粗糙且疏松多孔。研究所用循環流化床灰來自重慶市某電廠，其形貌如圖2，密度測試值為2.56 g/cm3，比表面積測試值為512m2/kg。

圖2　循環流化床灰及掃描電鏡（SEM）下微觀形貌

循環流化床灰的化學成分主要跟使用的煤種和脫硫劑有關，原煤中有部分粘土質礦物，如蒙脫石、高嶺石、綠泥石、云母等，含硫煤中還有硫鐵礦和有機硫。燃燒后主要有CaO、SiO2、Al2O3等幾種氧化物，一般占比為70%左右；結晶礦物相主要以f-CaO、Ⅱ-CaSO4、α-SiO2、石灰石、赤鐵礦等礦物為主。如表1。

表1　試驗用流化床灰化學成分（%）

1.2水泥

研究所用基準水泥主要成分及性能如表2、表3。

表2　水泥主要化學成分（%）

表3　水泥性能

2　試驗研究及分析

相關研究顯示流化床灰具有火山灰活性和水硬性[4-5]，因此可以考慮用作水泥混凝土的輔助膠凝材料，而工作性又是水泥混凝土的重要施工性能之一。改變膠凝材料中流化床灰的摻量（摻量由10%～35%），試驗研究了與工作性相關的水泥-循環流化床灰膠凝材料體系的標準稠度用水量，膠砂流動度。

2.1流化床灰對水泥基膠凝材料標準稠度用水量的影響

表4　膠凝材料組成及標準稠度用水量

通過表4可以看出水泥-循環流化床灰膠凝體系標準稠度用水量隨著灰摻量的增加而逐漸增加，當灰摻量達到35%時其標準稠度用水量與基準組相比絕對值增大了13.6%，相對增加比例超過50%。這與錢覺時[6]等的研究結果一致，流化床灰的標準稠度用水量高于粉煤灰。

表5　材料組成及膠砂流動度

2.2流化床灰對膠砂流動度的影響

通過表5可以看出：隨著循環流化床灰的增加膠砂流動度在不斷減小，反映出流化床灰需水量大的特點，當流化床灰摻量超過30%時，膠砂的流動性非常差，流化床灰摻量達到35%時膠砂流動度相比基準組減少了42%。

水泥-循環流化床灰膠凝材料體系中隨著灰的比例增加，標準稠度用水量的明顯增加及膠砂流動度的迅速下降與流化床灰疏松多孔的顆粒微觀形貌及化學組成直接相關。流化床灰疏松多孔的結構會吸附較多的自由水；流化床灰中含有游離氧化鈣和硬石膏，水化反應生成氫氧化鈣和二水石膏也需要更多的水。可見，水泥-循環流化床灰膠凝材料體系的工作性隨流化床灰的摻量增加而顯著下降。

2.3對碾壓混凝土改進VC值的影響

針對以上分析，循環流化床灰的摻入會顯著降低水泥基膠凝材料的流動性，因此研究者擔心其對普通塑性混凝土工作性的影響，但將其用于碾壓混凝土時，該缺陷就不是那樣明顯了，這是由于碾壓混凝土（簡稱RCC）是一種振動碾壓成型的干硬性水泥混凝土，其并不要求混凝土有好的流動性。與普通塑性混凝土采用坍落度所不同，改進VC值（Modified VC Value）是反映碾壓混凝土工作性的重要質量控制指標，是用于測定碾壓混凝土拌合物稠度的一種改進的維勃工作度。碾壓混凝土改進VC值試驗方法按照現行《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》[7]JTG E30中T0524的規定。從表6中的試驗結果可以看出，在碾壓混凝土配合比基本不變的條件下，膠凝材料中內摻流化床灰20%時增加了改進VC值，本研究中在增加用水量4.2%的情況下，其改進VC值也延長了15s。

表6　碾壓混凝土配合比及改進VC值

3　結論

由于循環流化床灰粗糙的形貌、疏松多孔的結構及含游離氧化鈣和硬石膏，使得將其與水泥共同組成膠凝材料體系時，會明顯增加膠凝材料的標準稠度用水量、降低膠砂流動度。在相同配合比情況下，內摻流化床灰等量取代水泥時，雖然也會延長碾壓混凝土的改進VC值，但相對于普通塑性混凝土，循環流化床灰更適用于碾壓混凝土這種干硬性混凝土體系。

參考文獻：

[1]國家能源局.2015年全社會用電量[EB/OL].[2016-01-15].http:// www.nea.gov.cn/2016-01/15/c_135013789.htm.

[2]中國報告大廳.2015年我國火電企業布局分析[EB/OL]. [2015-06-10].http://www.chinabgao.com/k/huodian/17411.html.

[3]宋遠明，錢覺時，王志娟.流化床燃煤固硫灰渣水硬性機理研究[J].硅酸鹽學報，2007，26（3）：417-421.

[4]朱文尚，顏碧蘭，江麗珍.循環流化床燃煤固硫灰渣研究利用現狀[J].粉煤灰,2011（3）:25-26,33.

[5]楊娟.固硫灰渣特性及其作水泥摻和料研究[D].重慶：重慶大學，2006.

[6]錢覺時，鄭洪偉，宋遠明.流化床燃煤固硫灰渣的特性[J].硅酸鹽學報，2008 36（10）:1396-1400.

[7] JTG/E30公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].北京：中華人民共和國交通運輸部，2005.

責任編輯：孫蘇，李紅

施工經驗

建筑干掛石材幕墻與窗邊防水措施

一、幕墻施工過程防水隱患及處理方法

（1）干掛石材幕墻飾面板安裝的預埋件和連接件安裝固定后，外墻面須采取一道柔性防水層或者抹防水砂漿。

（2）在成品飾面板進行二次切割過程中，切口需順直，并在打膠前清理干凈。為解決不銹鋼掛件與石材線膨脹系數的差異，消除應力，在錨固時，切勿硬性接觸，用低硅油耐候膠將掛件一側柔性固定。飾面板之間膠縫的寬度需考慮地震及風荷載作用產生變形及溫度應力的變化，為了給板材之間預留足夠的膠縫來消除變位，膠縫寬需按設計要求嚴格控制。注膠時應注意影響質量的四個不利因素：多孔性、粉塵性、石材的不均勻性和污染性。

二、窗施工過程中防水隱患及處理方法

首先，在抹灰施工收尾過程中，窗框橫、豎向線條要使用防水砂漿填塞順直。窗框與洞口之間的縫隙內腔采用泡沫塑料、發泡聚苯乙烯等彈性材料分層填塞，填塞不宜過緊。填塞后撤掉臨時固定用木楔或墊塊，其外部空隙也采用防水砂漿填塞密實。最后窗框外部填塞砂漿部位采取2道涂膜防水進行加強，要求防水覆蓋窗框塞縫部位。在窗框內外兩面靠墻的周邊上，以及框與框之間的接縫處，需清洗干凈與膠接觸的物體表面，然后用膠槍沿縫隙壓注密封膠，并使膠面平整、均勻、光滑和無氣孔，打膠后須保證在24h內不受振動，確保密封牢固。

三、幕墻與窗框交接部位處理

首先，工序要合理，常態化施工一般由窗框安裝完成后進行幕墻收頭施工，幕墻施工前要對窗框進行成品保護，以避免窗框劃傷。窗臺板安裝過程中嚴禁打孔或者開槽，緊貼窗框安裝，拼縫嚴密。如遇外遮陽軌道施工則要求遮陽軌道上下抵住窗臺板及上蓋板部位，遮陽軌道嚴禁伸入窗臺板下，否則雨水會順軌道槽口進入。安裝完成后對飾面板和窗框交接部位進行清洗，完全干后進行縫口注膠，注膠嚴格按設計圖紙所注尺寸進行，注膠前將清洗好的鋁框貼上雙面膠帶或泡沫墊條，位置應符合圖紙要求，以滿足用膠設計強度及膠量。完成注膠后仍需采取必要的保護措施以防止膠體剝落。

在當今社會對建筑施工要求越來越高的前提下，我們有必要對各種施工質量通病采取有效的防范措施，尤其是外墻滲水，一旦發生，后期修補難度高，所產生的經濟損失也大。同時，作為建筑業的從業人員有必要把好每道施工工藝，把優秀的建筑交付給業主也是我們職業道德體現的一部分。

（摘自：《建筑工人》）

作者簡介：羅暉（1974-），男，江西撫州人，博士，教授，主要從事材料科學與工程研究。

收稿日期：2016-02-26

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.028

中圖分類號：TU52

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）03-0028-03