脫硝粉煤灰對水泥性能的影響研究

莫衛民 田林

（1 杭州斯坦尼新材料有限公司，浙江 杭州 311199；2 浙江杰暉檢測認證有限公司，浙江 杭州 321300）

0 前言

脫硝粉煤灰是燃煤電廠煙氣脫硝后排放的煤灰副產品，脫硝工藝的特點使排放后的粉煤灰會殘留氨氮物質[1，2]，在堿性條件下粉煤灰殘留的銨鹽不穩定，易揮發。粉煤灰作為混凝土礦物摻和料能夠充分發揮其“三大效應”[3，4]，在混凝土生產中得到廣泛應用，當前優質粉煤灰短缺，脫硝粉煤灰已充斥市場，有不少企業反映加入脫硝后的粉煤灰出現表面冒泡，體積膨脹等問題[5]，而關于脫硝粉煤灰對水泥混凝土的影響亟待研究。

本文對脫硝粉煤灰的性質進行分析，研究不同摻量的脫硝粉煤灰對水泥性能的影響，以期為脫硝粉煤灰的資源化利用提供理論和技術參考。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

脫硝粉煤灰樣品采用由經脫硝工藝改造的浙江省某電廠提供，樣品編號為TF，未經脫硝處理的粉煤灰編號為FA，水泥采用市售P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥和粉煤灰的化學組成見表1，水泥的主要性能指標見表2。

表1 水泥和粉煤灰的主要化學組成

砂：采用ISO標準砂。

表2 P.O42.5水泥的性能指標

水：采用自來水，符合JGJ63混凝土拌和用水的技術要求。

外加劑：采用科之杰公司生產的醚類聚羧酸外加劑，含固量17.5%，摻量在0.5%～2.5%。

1.2 試驗方法

1）水泥標準稠度需水量、凝結時間和安定性試驗參照GB/T 1346-2011 《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行。

2）水泥膠砂擴展度及1h經時損失的測定：固定聚羧酸外加劑摻量為1.0%，測試不同粉煤灰摻量的水泥膠砂擴展度和1h膠砂擴展度損失。

3）水泥膠砂強度測試按照GB/T 17671-2005 水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法），成型40mm×40mm×160mm的試件，覆膜養護至1d后拆模，放置養護室進行標準養護，測試指定齡期的抗折和抗壓強度值。

2 結果與討論

試驗采用內摻粉煤灰%、10%、20%、30%，研究粉煤灰對水泥標準稠度 需水量、凝結時間、水泥膠砂擴展度、水泥膠砂強度等性能指標的影響。

2.1 標準稠度需水量和凝結時間

粉煤灰作為混凝土礦物摻和料，在混凝土中能夠改善混凝土工作性能，降低水泥水化熱，粉煤灰內摻對水泥標準稠度需水量和凝結時間造成一定影響。粉煤灰摻量0%、10%、20%、30%的水泥標準稠度和凝結時間測試結果見表3。

表3 不同粉煤灰摻量的水泥標準稠度和凝結時間

粉煤灰自身顆粒滾珠狀形貌，有利于水分的分布，使得水泥表面能夠充分與水分子發生反應，因此粉煤灰加入后水泥的標準稠度需水量有所降低，且隨粉煤灰摻量增加，標準稠度需水量降低，且脫硝灰和未脫硝灰之間標準稠度需水量基本相當。粉煤灰的加入降低水泥用量，降低了水泥水化熱，使得凝結時間相對滯后，加入脫硝粉煤灰后的水泥初凝時間相比普通粉煤灰延長，終凝時間縮短，這可能是粉煤灰附有的銨鹽對水泥凝結時間造成了一定影響[2]。

2.2 水泥膠砂擴展度

固定聚羧酸減水劑摻量為1.0%，研究粉煤灰摻量對水泥膠砂擴展度的影響。測試結果見表4，并對水泥膠砂擴展度1h損失進行分析，結果見圖1。

表4結果顯示脫硝粉煤灰和普通粉煤灰的加入都使得水泥膠砂初始擴展度和1h膠砂擴展度指標得到顯著改善，且隨著粉煤灰摻量增加水泥膠砂的工作性能增加。

表4 脫硝粉煤灰對水泥膠砂擴展度的影響

圖1 摻入脫硝粉煤灰的水泥膠砂擴展度1h經時損失率

圖2 脫硝粉煤灰對水泥膠砂抗折強度的影響

圖3 脫硝粉煤灰對水泥膠砂抗壓強度的影響

圖1所示，相比普通粉煤灰，摻入脫硝粉煤灰后的水泥膠砂擴展度損失率隨摻量增加降低，這是因為脫硝工藝并未改變粉煤灰的球狀顆粒形貌，對水泥膠砂工作性能的改善具有積極作用。同時可以看出摻相同比例的脫硝粉煤灰水泥膠砂擴展度比普通粉煤灰經時損失更大，這可能是脫硝粉煤灰附著的少量銨鹽遇到水泥堿性環境產生的氨氣部分逸出導致[6]。

2.3 抗折和抗壓強度

對脫硝工藝后的粉煤灰對水泥強度的影響進行了研究，按照GB/T 17671-2005 水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）進行水泥膠砂抗折和抗壓強度試驗。

加入粉煤灰后3d和7d水泥膠砂抗折強度都要低于純水泥膠砂抗折強度，隨著齡期的增長，粉煤灰自身火山灰效應和微集料效應使得水泥膠砂的后期抗折強度得到大幅提高，與純水泥膠砂抗折強度基本相當。

圖3的結果顯示摻脫硝粉煤灰后早期強度低于純水泥強度，未脫硝的粉煤灰在28d后強度增長明顯[7]，且優于脫硝灰，這可能是脫硝灰自身附有的銨鹽產物對水泥的強度發展造成了一定的負面影響。

3 結論

1）粉煤灰的加入降低水泥用量，使得水泥凝結時間延長，加入脫硝粉煤灰后的水泥初凝時間相對普通粉煤灰稍微增加，終凝時間有所降低。

2）脫硝粉煤灰摻量增加水泥膠砂擴展度隨之增加，1h水泥膠砂擴展度損失低于純水泥膠砂，但摻脫硝灰的水泥膠砂擴展度經時損失率高于同摻量未脫硝粉煤灰。

3）脫硝粉煤灰摻量增加，3d和7d水泥抗折和抗壓強度降低，隨著齡期增長，由于火山灰效應，粉煤灰參與水泥二次水化，后期強度增長明顯，但脫硝粉煤灰摻量提高時，后期強度提高幅度低于未脫硝粉煤灰，這可能是脫硝粉煤灰殘余的銨鹽對水泥強度造成了一定影響。