粉煤灰的需水量比對強度影響

楊慶林

摘 要：粉煤灰需水量比是指按規定的水泥標準砂漿流動性試驗方法，以30%粉煤灰取代硅酸鹽水泥時所需的水量與硅酸鹽水泥標準砂漿需水量之比。需水量比是評價粉煤灰品質及影響其工程應用的重要物理指標，粉煤灰的需水量比越小，其工程利用價值就越高。高品質粉煤灰減水效果明顯，可顯著降低混凝土的拌合用水量，提高混凝土品質，而低品質粉煤灰會增加混凝土的用水量，對混凝土性能產生不利影響。

關鍵詞：粉煤灰;需水量比;細度;燒失量;鍋爐負荷

粉煤灰的減水效應，對細度、燒失量和顆粒形態等影響粉煤灰需水量比的因素進行了分析，介紹了目前國內外降低粉煤灰需水量的技術和方法，以提高粉煤灰品質，提升電廠粉煤灰經濟效益。

一、影響粉煤灰需水量比的主要因素

1.細度。粉煤灰的細度是評價其品質的重要指標之一，通常以45μm篩余量（%）作為粉煤灰細度指標。粉煤灰細度較大時，其顆粒表面疏松多孔，蓄水能力強;同時，細小玻璃微珠較少，粉煤灰的滾珠軸承潤滑作用減弱，降低漿體的流動性，導致需水量比增大。粉煤灰的需水量比并不是隨著細度的逐漸增大而增大，而是在一定范圍內隨著細度的增大而增大。當45μm篩余量小于20%時，隨著粉煤灰細度的增大，需水量比降低，與研究結果并不一致。原因可能是不同來源粉煤灰品質存在較大差異，這也表明雖然細度對粉煤灰需水量比影響很大，但并不能起到決定性作用，還需考慮其他因素（如燒失量）的影響。在總結大量試驗數據的基礎上，給出了燒失量一定的情況下，需水量Y與粉煤灰細度X 1（45μm篩余量）之間的關系：當燒失量為3%～4%時，Y=88.76+0.25X 1（相關系數R2=0.86）;當燒失量為5%～11%時，Y=89.32+0.38X 1（相關系數R2=0.85）。兩個關系式反映了粉煤灰需水量比與一些因素之間存在著一定的關系，且函數式的計算結果與試驗結果有較好的吻合度。但由于上述公式中的細度指標不一定有普遍意義，且影響粉煤灰需水量的因素較多，因此公式的實用意義不大。一般而言，磨細粉煤灰的需水量比小于原狀粉煤灰，若按上述公式，則會得出相反的結果。磨細粉煤灰時，粉磨打碎了粉煤灰中的多孔狀無定型熔渣，減少了毛細管吸水作用，同時也打碎了粉煤灰中的組合粒子，減少了開口空心顆粒，從而使得水泥漿體或新拌混凝。

2.燒失量。燒失量是表征未燃燒完全有機物（包括炭粒）數量的指標，燒失量越大，表明粉煤灰中可燃物越多。從粉煤灰用于水泥和混凝土摻合料的角度，粉煤灰燒失量對需水量比有一定的影響，燒失量大的粉煤灰中殘留炭多，而炭粒本身粗大多孔且無膠凝性，容易吸水，從而導致粉煤灰的需水量比增大。研究認為，粉煤灰的需水量比隨燒失量的增大呈線性增大，相關系數R2高達0.90。該研究結果表明，燒失量對粉煤灰的需水量有負面作用。此外，粉煤灰中過量的未燃炭降低了混凝土中摻加的引氣劑的引氣效果，對混凝土的耐久性產生負面影響。因此，水泥和混凝土用粉煤灰對燒失量有嚴格的要求，燒失量過大的粉煤灰將增加拌制混凝土時的用水量，從而降低混凝土強度和耐久性。從燃煤電廠的角度考慮，粉煤灰中未燃炭含量過高，不僅造成了能源的浪費，而且由于炭顆粒導電性強，降低了靜電除塵的效果。燃燒負荷小的鍋爐，粉煤灰燒失量相對較大，對粉煤灰的應用存在很大的影響;而負荷大的鍋爐，粉煤灰燒失量則較小，這主要是因為大負荷燃燒時，鍋爐相對較大且燃燒溫度較高，煤粉燃燒比較充分，燒失量較小。目前世界各國對應用于混凝土中粉煤灰的燒失量均有限制，除了中國和俄羅斯的粉煤灰最大燒失量值較高以外，其他各國的粉煤灰燒失量標準值基本相似。

3.顆粒形態。粉煤灰需水量比與粉煤灰的顆粒形貌有很大關系。高品質粉煤灰以球形顆粒為主，表面光滑，多孔組分很少。粉煤灰中表面光滑的球形顆粒越多，相應需水量比越少，而多孔顆粒越多，則需水量比也必然增加。煤粉爐爐膛內煤粉燃燒溫度為1200～1500℃，煤粉燃燒時，黏土物質熔融成微液滴，在爐內湍流的熱空氣作用下高速自旋，形成渾圓的硅鋁球體，并隨煙氣被除塵器收集。因此，雖然各電廠鍋爐燃燒條件不同，但煤粉爐粉煤灰顆粒的表面形態基本相似，均為形狀規則、表面致密且光滑的球狀顆粒。所述，諸多因素影響了粉煤灰的品質。有資料指出，不能完全以細度、燒失量和顆粒形態等指標來反映粉煤灰的需水性，不同來源的粉煤灰品質差異較大，不同因素對其需水量比的影響也不盡相同，需水量比受多因素影響，需綜合考慮。但整體而言，粉煤灰細度和燒失量可視為影響粉煤灰需水性的最主要因素，可在這兩方面采取相應的措施。

二、通過磨細工藝降低粉煤灰需水量比

1.通過磨細工藝，可打碎粉煤灰中的多孔狀無定型熔融渣，降低熔融渣的毛細管吸水效應，還可打碎粉煤灰中的組合粒子，使包裹在組合粒子中的玻璃微珠釋放出來，玻璃微珠能夠使新拌混凝土或砂漿中水泥顆粒的絮凝結構解絮并分散顆粒，增加潤滑作用，從而改善新拌混凝土或砂漿的需水量比和流變性能，發揮粉煤灰的形態效應。

2.通過磨細工藝，粉煤灰的部分顆粒破碎，比表面積增大，加水拌合時其顆粒表面吸附的水也隨之增加，即增大了粉煤灰的需水量比。若生產過程中粉煤灰的磨細時間過長，將造成粉煤灰比表面積過大，不僅會使成品灰的需水量比增大，也增加了電耗。因此，選用合理的工藝，將合格的成品及時排出粉磨外，避免過磨細現象，對有效控制需水量比極為重要。某設計研究院開發了半終磨細工藝流程，先將粉煤灰中的合格細粉分選出來，然后對分選后的粗粉進行磨細，有效降低了過磨細現象。實踐表明，相對于傳統的開路磨細系統和先磨細再分選的閉路系統，該工藝不僅可有效降低粉煤灰的需水量比，而且有利于提高系統的磨細效率，降低電耗。某發電廠建成了年產72萬tⅠ級粉煤灰的半終磨細生產線，通過先分選后磨細的方式，有效地保持了原灰的顆粒形貌，在確保產品細度的條件下，既提高了粉煤灰的活性，也使其需水量比不超標。此外，實踐發現，粉煤灰產品粒度的均勻性和顆粒的球形度是決定粉煤灰需水量比的關鍵。

總之，影響粉煤灰需水量比的主要因素為粉煤灰顆粒細度和燒失量，目前國內外采用的手段主要有磨細、靜電分離、泡沫浮選、提高入爐煤煤粉細度和改善鍋爐燃燒條件等。比較而言，粉煤灰磨細工藝、靜電分離工藝和提高入爐煤煤粉細度這些措施對于改善粉煤灰品質并降低粉煤灰需水量比具有較好的效果，且有較強的可操作性。

參考文獻

[1]張仁，淺談粉煤灰的需水量比對強度影響.2017.

[2]安維祖，關于粉煤灰需水量比檢測問題的一點思考.2017.