摘 要:C 类粉煤灰中的f2CaO 数量、结构、矿物组成种类及熔剂矿物的包裹程度等诸多方面差异很大,产品中的f2CaO在性能上也有很大不同。增钙粉煤灰中的f2CaO 具有多孔结构,粒级细小,熔剂矿物极少包裹。因此水化反应快,很易消解。在工程中应用不影响体积安定性,而且具有自凝、自硬性,需水比小,比强度高等优良性能特征,使用效果好、经济效益显著、性价比高,具有广泛使用价值。
关键词:C 类粉煤灰; 高钙粉煤灰; 增钙粉煤灰f2CaO ; 体积安定性
中图分类号: TU528.2 文献标识码:B 文章编号:1005 - 8249 (2008) 01 - 0047 - 03
读《粉煤灰综合利用》2007 年第一期" f2CaO 含量超标的C 类灰在混凝土结构中的应用" 一文,根据我们的研究和哈尔滨市近15 年的推广应用,对此提供我们的一些认识和做法,供有关人员共同探讨。
1 C 类粉煤灰应该涵盖的品类
按照国内外的相应规定,以粉煤灰中CaO 含量10 %作为划分高钙粉煤灰(C 级) 和普通低钙粉煤灰( F级) 界定值条件。根据此界定的基本值我们认为高钙粉煤灰(C 级) 基本类型应包括:
(1) 由将烟煤和褐煤一种或几种混烧,燃烧温度较高(1 500 ℃左右) ,在高温区停留时间较长生产所得。其CaO 来自燃料煤。(2) 由油页岩经高温燃烧而得,这种高钙粉煤灰是在流态床上燃烧, 一般温度在800 ℃～900 ℃中进行,高温区可达1 200 ℃左右。整个燃烧过程在较短的时间内完成。因此,有可能形成部分液相, 生成一些水泥熟料矿相组分(β2C2 S、C3A、C4AF 等) 。 由于燃烧温度不高,在生成的高钙粉煤灰中有氧化钙和方解石共存的组分存在,均由燃煤提供。(在土耳其中东地区国家此种高钙粉煤灰较多,我国在广东等地有少量产品) 。(3) 预先由烟煤、褐煤与石灰石混合粉磨后,进入立式旋风炉内共同混烧。经高温1 450 ℃～1 600 ℃燃烧后,由收尘系统回收即为增钙粉煤灰(经炉下排放的液相淬冷后为增钙液态渣) 。灰中CaO 来源除燃煤中带入的小部分(2 %～4 %) 外,绝大部分为石灰石高温分解而得(其中亦有部分未及分解的方解石) 。燃料在炉内燃烧过程中由于风速较大(一次风速35m/ sec ,二次风速25m/ sec) ,而燃料在炉内行程很短。因此,燃烧、分解、化合反应全过程均需要在短时间内进行完成,我国采用立式旋风炉设施的热电厂家已遍及全国各地达数十家之多,阿城热电厂是其中之一,年排增钙粉煤灰近2 万t (增钙液态渣6万t) 。立式旋风炉排放的增钙粉煤灰与其它燃烧条件下的高钙粉煤灰不同。由于燃料中配入很大组分的石灰石,并在高温瞬间烧成,因此所得的增钙粉煤灰性能亦与其它高钙粉煤灰有所区别,而排放的增钙粉煤灰中CaO 很大部分是由于工艺所需而添加在燃料中的石灰石带入的。所含CaO 量达20 %以上。这与(1) 、(2) 两类高钙粉煤灰不一样,也与直接在粉煤灰中加入熟石灰配制的高钙粉煤灰有质的差别。这是决定这种高钙粉煤灰性能的一个根本因素。为此,我们将立式旋风炉排放的高钙粉煤灰命名为增钙粉煤灰,以示与其它高钙粉煤灰有所区别。各种粉煤灰的化学成分见表1 、2 ,物理性能见表3.
2 f2CaO 的差别
从建材及常用矿物掺合料的材料中,f2CaO 含量较高、影响产品性能的f2CaO 有:
(1) 水泥熟料中的f2CaO 由于熟料在烧成过程中,因热力制度的要求,烧成温度需达1 450 ℃左右,物料在高温区停留时间长。在配制水泥物料组成时的性能要求,选用KH 值较高,熔剂矿物Al2O3 和Fe2O3 的含量取值较大,如果烧成工艺又不尽合理时(例如立窑或小型回转窑) ,结果f2CaO 熔融"死烧" ,结构致密,面层被熔剂矿物包裹,制成水泥应用时极难在短时间得到充分水化,结果在成品结构硬化后继续水化导致体积膨胀,致使构筑物体积发生破坏,造成工程质量事故。(2) 高钙粉煤灰中的f2CaO 一般是由烟煤和褐煤一种或几种混烧,燃烧温度较高(1 500 ℃左右) ,物料在高温区停留时间较长,加以煤中粘土成分含有一定量CaCO3 和Al2O3 、Fe2O3 熔剂矿物成分,入炉前燃料颗粒较粗,形成的f2CaO 常处于被熔剂矿物包裹的结构致密"死烧"状的颗粒,如用作为矿物掺合料,由于其充分水化所需的时间往往迟于水泥终凝时间,其破坏能力常与水泥中的f2CaO 相类同。(3) 增钙粉煤灰中的f2CaO 由于热电厂立式旋风炉生产的需要,在燃煤的同时必须匹配一定量的石灰石混磨后入炉燃烧。虽然燃烧温的较高(1 400 ℃～1 600 ℃) ,但物料在高温区停留时间很短(小于30s) ,而且其燃料中所含熔剂矿物的Al2O3 、Fe2O3 量相对较少,尤其是Fe2O3 的含量较高钙粉煤灰量少很多,因此增钙粉煤灰中绝大部分的f2CaO 其结构发生很大变化,大部分f2CaO 来源于石灰石的分解,具有水化较快并能够在较短时间内充分水化的特点,由于颗粒细、分散度高,以及使用工况条件等诸多因素的影响,因此在我们近15 年工程使用中,从未有因增钙粉煤灰中f2CaO 的安定性问题造成工程质量事故。
3 增钙粉煤灰使用中安全上限的选定
影响f2CaO 体积安定性的因素是多方面比较复杂的。其中包括原状灰的热工过程、基本化学成分、物理性能、使用工况及外加剂品种与数量、灰的存放条件等等。国内外对f2CaO 的研究成果和我们多年来开发应用的结果表明:其中最本征的因素为原燃料的热力过程(最高燃烧温度、高温区停留时间) ;原燃料中的溶剂矿物燃料含量,尤其是Fe2O3 的含量;原燃料的颗粒粒度。这些因素可能基本上决定了粉煤灰中的f2CaO的性能特征。对此我国王善拔、黄文熙、施惠生等知名教授提供了很有价值的研究成果可供参考。
增钙粉煤灰中的f2CaO 含量一般在6 %～8 %。我们认为f2CaO 使用含量的安全上限的选择以及根据安全上限设定的粉煤灰掺量的确定,应根据原状灰的物理、化学性能、工程使用的性能要求及工程使用的工况等条件,通过试验综合斟酌逐渐积累经验而得。只要原状增钙粉煤灰质量稳定(一般情况下使用立式旋风炉的热电厂原燃料、生产工艺等均较稳定) ,工程应用中按规定的要求进行,则工程质量是会有保证的、使用效果是优良的。
4 结语
增钙粉煤灰的生产厂家国内有数十家之多,年排灰量可达百万t 以上,具有良好的性能和市场占有率。在黑龙江省哈尔滨市、佳木斯市等地得到广泛应用,在多种工程(建筑、水利、道桥等) ,各种大型结构(风洞、桥梁、大体积粮库等) ,各种掺量得以应用(混凝土中等量取代水泥达60 %以上) 。使用至今安全可靠,不仅可大量节约水泥降低工程成本,而且改善了混凝土、砂浆的工程性能,获得了各方面的认可。实践证明,增钙粉煤灰是粉煤灰中的精品材料。为了更有利于推广应用、合理利用资源、创造更大的财富,希望有关方面对此给予积极扶持、制定和完善国家相应的技术规程,以利于试验、研究、检测、开发、应用有所遵循。
