（材料学专业论文）利用工业余热活化低等级粉煤灰的研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 2 0 0 6 年，我国粉煤灰排放量已经达到3 亿吨，而综合利用率不到5 0 ， 其中i 级，i i 级粉煤灰作为混凝土掺合料得到大规模使用，但低等级粉煤灰 ( i i i 级灰和等外灰) 利用率偏低，应用技术水平也不高。本研究利用电厂低 品位热能，开发一套过热蒸汽粉碎活化系统，针对目前大量未被利用的火电 厂低等级粉煤灰，对其进行活化，提高综合利用价值，从而实现低等级粉煤 灰的低成本、规模化应用。借助激光粒度分析仪、s e m 、x r d 、i r 等手段对所 制备的高活性粉煤灰进行了分析表征；同时也进行了应用研究。 通过对小型设备的中试，成功的运行了自行研发的低等级粉煤灰活化系 统，并进行了生产和参数优化。该系统能有效的对低等级粉煤灰进行活化， 所制备的高活性粉煤灰能作为混凝土的高品质矿物掺合料。活化后的低等级 粉煤灰活性指数达到9 0 以上。d ( 0 5 ) = 1 0um 左右的粉煤灰具有优良的火山 灰活性及减水率，而且具有较高的性价比。熟石灰最佳掺量为2 0 。利用热能 和动能以及激发剂的化学作用，能降低硅氧四面体基团的聚合度，对低等级 粉煤灰起到一定的改性作用。 活化后的粉煤灰作为混凝土和泡沫混凝土掺合料具有良好的效果；合理 级配不同细度的活化粉煤灰，有助于改善混凝土拌和物的施工性能以及力学 性能。在粉煤灰取代率为5 0 的情况下，能配置出2 8 d 抗压强度超过4 0m p a ， 坍落度大于2 0 0 姗的混凝土。 关键字：低等级粉煤灰过热蒸汽粉碎火山灰活性活化 abstrac t t h ep r o d u c t i o no fn ya s hh a sa l r e a d yr e a c h e d30 0m i l l i o nt o n si nc h i n a ， 2 0 0 6 b u tc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nr a t i ow a sl e s st h a n5 0p e r c e n t ，o fw h i c h g r a d eia n dg r a d enn ya s ha sac o n c r e t ea d m i x t u r ew e r el a r g e s c a l ea p p l i c a t i o n ， l o w g r a d en ya s hh a dt h el o wu t i l i z a t i o na n da p p l i c a t i o nl e v e l t h i sr e s e a c hu s e s l o w 。g r a d et h e r m a le n e r g yo fp o w e rp l a n t sa sad r i v i n gf o r c et og r i n dl o w g r a d e f l ya s h ，a tt h es a m et i m em i xe x c i t a n tt oi m p r o v el o w g r a d en ya s ha c t i v i t ya n d i t sa d d e dv a l u e a r e rg r i n d i n gt h ef l ya s hc a nb eu s e da sh i g h q u a l i t yc o n c r e t e a d m i x t u r e a p p l i e dl a s e rp a r t i c l es i z ea n a l y z e rt oe v a i u a t ec o m m i n u t i o n e f f e c t i v e n e s s ，a n d0 b s e r v e dt h em o r p h o l o g yc h a n g i n gb e f o r ea n da f ：亡e rs m a s h i n g b ys e m ，t h em e c h a n i c a 】a n dc h e m i c a le f f e c t si nt h ep r o c e s so fc r u s h i n gw e r e r e s e a r c h e db yx r d ，i r ；a tt h es a m et i m es t u d i e dt h el a wo fm i c r o a g g r e g a t e g r a d e di nt h eh i g h - v o l u m ef l ya s hc o n c r e t e b ym e a n so fd e b u g g i n ge q u i p m e n t 锄ds y s t e mp a r a m e t e r so p t i m i z i n g ，i t a c h i e v e dt h ed e s i r e de f f - e c t o p e r a t i o n a lt e s tp a r 锄e t e r so fd i f f e r e n tp a r t so ft h e s y s t e mw e r ea l li nt h es c o p eo fd e s i g n e di n d i c e s p r o c e s sn o w sa n dp a r a m e t e r d e s i g ni sr e a s o n a b l yp r a c t i c a b l e t h a ti n d i c a t e s1 0 w g r a d eh e a tp o w e ro fp o w e r p l a n tc a nb em a d ef u l lu s eo f i t ss t a b l ei np r o d u c t i v i t y p a r t i c l es i z ei sa d ju s t a b l e s t e a m je tm i l ls y s t e mc a ng r i n dn ya s ha tal o wc o s t a c t i v i t ya n dw a t e rr e d u c eo fd i f f e r e n ts i z ef l ya s hw a sr e s e a r c h e d t h er e s u l t s h o w st h a ta c t i v i t yi n d e xi n l p r o v e da f t e rg r i n d e d ，o v e rg r i n d i n gr e s u l t e di ns l u m p d e c r e a s es h a r p l y t h ep a r t i c l es i z eo fo p t i m a lw a t e rr e d u c e di sa b o u t1o u ma n d h i g hp e r f o n n a n c ea n dl o wc o s t d u r i n gg r i n d i n g ，h e a t ，k i n e t i ce n e r g ya n de x c i t a n t h a sd e p o l y m e r i z a t i o no fs i l i c at e t r a h e d r o na n dm o d i f i e df l ya s h t h ep e r f e c t d o s a g eo f 、 ，h i t el i m ew a s2 0 a p p l i c a t i o no fa c t i v a t e df l ya s hs h o w st h a tq u a l i t yw a t e rr e d u c e da sa d d i t i v e o fc o n c r e t e g r a d ed i f f e r e n ts i z en ya s hr a t i o n a l l yc a n i n l p r o v em e c h a n i cs t r e n g t h a n dw o r k a b i l i t y ，a l s or e d u c e dc o s t c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n ds l u m pr e a c h e d 4 0 m p aa n d2 0 0 m m r e s p e c t i v e l ya s5 0 d o s a g eo ff l ya s h k e yw o r d s ：l o wg r a d en ya s h ；s u p e r h e a t e ds t e a mg r i n d ；p o z z o l a n i ca c t i v i t y ； a c t iv a t e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：b 飙： 对芳j6 。l 午 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可 以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 日期 凇扎午 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1 研究背景及目的意义 2 0 0 6 年全国工业固体废弃物排放量为l5 亿吨，其中粉煤灰年排 放量约3 亿吨，存贮量高达2 5 亿屯，综合利用固体工业废物迫在眉 睫。在众多的技术中，固体工业废物在水泥及混凝土中的应用是实 现其减量化与资源化最有希望的途径之一。但由于固体废物加工成本昂 贵或活性不足，长期以来在水泥及混凝土中的掺量不大，远不能达到逐步减少 固体废物堆存数量的目的。 本课题针对目前大量未被利用的火电厂低等级粉煤灰，研究开发 一种以火电厂低品位过热蒸汽作动力的微细粉体制备系统。该系统可 实现粉煤灰潜在火山灰活性激发与改性一体化，将低等级粉煤灰制备 成可作为水泥及混凝土矿物掺合料的高活性粉煤灰，从而实现低等级 粉煤灰的低成本、规模化应用，大幅度提高低等级粉煤灰的综合利用 价值。 由于现行超微细粉体加工手段的局限，大量低等级粉煤灰被遗弃 而未能充分利用。因此，开发一项低成本大规模制备高性能粉煤灰技 术，使废弃的粉煤灰变成一种高价值的有用资源，减少粉煤灰对环境 的污染。这对于充分利用大量堆积的低等级粉煤灰、治理环境污染、 节约资源与能源、为火电企业创造高附加值的产品，具有十分重要的 意义。 1 2 粉煤灰活化的研究现状 粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出被收尘器收 集的粉状灰粒，国外把它叫做“飞灰”或者“磨细燃料灰 。粉煤灰是一种 灰褐色，为球状的颗粒。粉煤灰的主要氧化物为s i o 。、a l 。o 。和f e 。o 。，三者总 和一般均超过7 0 。对于普通低钙粉煤灰( 又称f 级灰) ，c a o 含量不超过1 0 ， 一般少于5 。典型的粉煤灰中还有钙、镁、钛、硫、钾、钠和磷的化合物。 主要晶体相物质为莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿、铝酸三钙、黄长石、默 硅镁钙石、方镁石、石灰等，在所有晶体相物质中莫来石占最大比例，可达 到总量的6 1 5 。 粉煤灰作为一种资源，特别是作为建筑材料的原材料，其价值主要体现 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 在火山灰活性，粉煤灰的利用主要也是对其活性的利用。火山灰活性是指硅 质或铝硅质材料在水存在的情况下与c a o 化合将会形成水硬性固体的性质。 粉煤灰从化学组成上看是一种比较典型的火山灰质材料，火山灰活性是粉煤 灰最基本的特性，粉煤灰在建筑工程中的利用大部分都是建立在对粉煤灰这 种潜在的火山灰活性的利用上，对此，国内外做了大量研究“。，。因此提高粉煤 灰的利用率必须提高其活性。粉煤灰的火山灰活性与煤粉的化学成分和粉煤 灰在锅炉中的形成条件有很大关系。煤粉的s i 0 ：和a l ：o 。越高，粉煤灰中的 铝硅玻璃体含量越高，粉煤灰活性越高协，。 1 2 。1 机械活化的研究现状 要更好地利用粉煤灰，常常要对它迸行予处理，粉煤灰虽然是粉状颗粒， 但是粒径大小差别大，它的一些颗粒在某些方面应用时可能显得较粗，会影 响粉煤灰作为辅助料时的均匀度和稳定性；粉煤灰颗粒粒径分布宽，对其在 应用中的控制会产生难度；粉煤灰颗粒中的棱角会影响粉煤灰在液相材料使 用中的流动性。 目前，在对粉煤灰的处理措施中，一些电厂利用机械分选可以将电厂排放 的原灰分成i 级灰、i i 级灰和低等级灰，设计良好的分选设备可以将各级别 的灰的粒度控制得很稳定。另一些电厂利用静电分选设施进行分级，这种方 式分选的灰的级别不够稳定，当这种灰用做混凝土、水泥或者减水剂的掺和 料时，会表现出最终产品的不稳定性。对粉煤灰的细化处理是根据对粉煤灰 的最终要求所决定，这是其一。其二，要结合所生产的产品的经济效益来决 定，。要使粉煤灰的颗粒细化，机械分选、机械研磨等都是可以使用的手段。 通过细磨可破坏粉煤灰表层结构，将粗的粉煤灰颗粒磨成细小的碎粒。 一方面，粉碎粗大多孔的玻璃体，解除玻璃颗粒粘结，改善了表面特性，减 少了配合料在混合过程的摩擦，改善了集料级配，提高了物理活性( 如形态效 应，微集料效应) ；另一方面，粗大玻璃体尤其是多孔和颗粒粘连体的破坏， 破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶性s i o 。、a l 。o 。溶出，s 卜o 、a 卜0 断键增多，比表面积增大，使反应接触面增加，活化分子增加，粉煤灰早期 化学活性提高。因此，机械磨细提高粉煤灰的活性有一定效果。特别是颗粒 粗大的粉煤灰，如i i i 级灰。 但单纯磨细提高粉煤灰火山灰活性是有限的。一般磨细设备，如球磨、 柱磨等，磨细效率和细度都不高。其他磨细设备生产效率也不高，投资大， 能耗高，产量低。试验证明：粉煤灰的磨细时间与其比重、容重、比表面积、 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 标准稠度需水量及表面状态特征等特性参数有很大的关系。 在磨细初期，能使粉煤灰的比重、比表面积、硅铝溶出度增大和容重、 标准稠度需水量减小，但磨细一段时间后，增加磨细时间对粉煤灰物化性能 改善就不明显，甚至没有多少变化。这是由于粉煤灰结构致密，聚合度大， s i - 0 、a 卜0 键能大，强度高所决定的 儿引。 1 2 2 化学激发的研究现状 1 2 2 1 碱激发 氧化钙等碱性物质与粉煤灰中的硅、铝氧化物反应生成水化硅酸钙、水 化铝酸钙等胶凝物质，称为碱激发。 碱这类物质对硅酸盐玻璃体网络具有直接的破坏作用，所以碱溶液对粉 煤灰具有最强的作用。但是在粉煤灰中单加氢氧化钠水化后并不产生强度。 这是因为虽然玻璃体结构解体了，但并未生成具有胶凝性的水化产物。利用 硅酸钠和氢氧化钠做复合激发剂，水化生成沸石相，前期强度高，但后期强 度发展十分缓慢。 用氢氧化钙或氧化钙作为粉煤灰的碱性激发剂，和粉煤灰中矿物构成典 型的钙一硅一铝体系。而且o h 一使粉煤狄玻璃体中的s i o 、a 1 一o 键断裂，提高 了玻璃体的活性，促进了水化反应，加快了水化速度； c a 2 + 参与了物料的火 山灰反应，生成具有胶凝性的水化产物( 如水化硅酸钙、水化铝酸钙) ；促使 水化产物转化形成更稳定的、具有高强度的水化产物1 。氧化钙等碱性物质与 粉煤灰中的硅、铝氧化物反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，称 为碱激发伸，。碱这类物质对硅酸盐玻璃体网络具有直接的破坏作用，所以碱溶 液对粉煤灰具有最强的作用。但是在粉煤灰中单加氢氧化钠水化后并不产生 强度。这是因为虽然玻璃体结构解体了，但并未生成具有胶凝性的水化产物， 而利用氢氧化钙作为粉煤灰的碱性激发剂，在蒸养条件下产生强度，。主要是 o h 一使粉煤灰玻璃体中的s i o 、a 卜o 键断裂。提高了玻璃体的活性，促进了 水化反应，加快了水化速度； c a 2 + 参与了物料的火山灰反应，生成具有胶凝 性的水化产物( 如水化硅酸钙、水化铝酸钙) ：促使水化产物转化形成更稳定 的、具有高强度的水化产物。正是由于氢氧化钙同时具有以上三种作用才 被广泛用来做粉煤灰硅酸盐的碱性激发剂。但是氢氧化钙的碱度小于氢氧化 钾或氢氧化钠，因此适量掺加k o h 或n a o h ，可以加速玻璃体结构的解体， 有利于水化反应的进行“。 生石灰和熟石灰对粉煤灰活性激发的效果是不同的，试验数据及动力学 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 分析均表明：以等c a o 当量为比较条件，熟石灰比生石灰更有利于粉煤灰活 性激发，具有技术经济优势。基本系统采用生、熟石灰的主要差别是：采用 熟石灰体积安定性好、系统水灰比小、细度大，而用生石灰的消解要受到硫 酸盐的抑制n 町n 。，。 1 2 。2 。2 硫酸盐激发 二水石膏、半水石膏、无水石膏或以硫酸钙为主要成分的工业品或工业 废渣，能与粉煤灰中的活性氧化物反应生成水化硫铝酸钙( 钙矾石) 等物质， 提高粉煤灰的活性和制品性能，。重庆大学建材系还开发出以石膏粉煤灰为 主要原料的新型胶结材料一二水石膏粉煤灰胶结材、无水石膏粉煤灰胶结材、 半水石膏粉煤灰胶结材、天然硬石膏粉煤灰胶结材等，都有较好的力学性能、 抗劣耐久性能和使用性能，如用无水石膏粉煤灰胶结材生产混凝土空心砌块 比石膏空心砌块耐水性好，比普通混凝土砌块质轻、绝热、耐火性好。盐城 工学院在硬石膏中掺入1 焦碳粉混合磨细煅烧产生的c a 0 和结构松弛的无 水石膏，对粉煤灰有更高的激发作用，试验测得s i o ：的反应度较用二水石膏 提高4 6 7 2 阳。c a s o 。有利于水泥一粉煤灰体系胶凝材料的早期强度发展， 但后期活性较c a s 0 。2 h 。o 低引。 1 2 2 3 矿渣激发 矿渣做为活性掺和料，比粉煤灰具有较好的活性，在石灰、石膏的激发下 能较快地溶解、水化，形成水化硅酸钙、钙矾石的过饱和溶液，它们分散在 粉煤灰周围，可成为粉煤灰水化新相形成的晶核，从而有利于粉煤灰水化产 物的结晶与长大。正是基于这一激发作用，国内外都有矿渣、粉煤灰“双掺” 水泥、“双掺”混凝土问世，并取得了较矿渣或粉煤灰“单掺 的水泥和混 凝土更好的技术经济效益“。 1 2 2 4 晶种激活 据报道n ”，在粉煤灰制品中掺入1 左右的品种( 如磨细加气混凝土) 经 过短时间蒸压养护，由于晶种对离子优先吸附的界面作用和优先沉淀的结晶 中心作用，缓和了粉煤灰周围屏蔽作用和界面近程结晶，消除了水化产物优 先在孔区生长的局部现象，增加了胶凝物质的反应率，改善了水化产物的相 分布、相尺寸及相粘连，因而抗压强度由不掺晶种的2 4 m p a 提高到 2 9 2 m p a ”。重庆大学研制的粉煤灰矿渣无熟料水泥，也由于晶种的掺入而使 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 水泥强度得到提高。 1 2 2 5 复合激活 实践证明，单独采用某一化学激活方法，对粉煤灰激活效果往往不太充 分。所以在配制粉煤灰这类胶凝材料及粉煤灰硅酸盐制品时，往往采用复合 激发办法n 1 ，国内外对此也做了大量研究n 一“。 掺c a ( 0 h ) 。、n a z s 0 。、c a c l ：等复合激发剂，能有效提高粉煤灰早期活性和 后期活性1 ：采用碱性激发剂、盐激发剂与混凝土外加剂等来激发粉煤灰的活 性“”。通过多种激发剂复掺，寻找粉煤灰化学活性激发的最佳效果，得到最佳 强度，使粉煤灰能得到很好的利用。并通过扫描电镜分析、x 射线衍射试验和 差热分析等方法探讨其水化机理。激发剂的种类和掺量对低质粉煤灰水泥砂 浆的强度有较大影响，合适的复合激发剂对低质粉煤灰的活性激发有明显效 果。粉煤灰吸收c a 0 的火山灰反应的特征是分阶段性的，其中n a o h 、n a c l 和 c a c l ：作用下粉煤灰分快速吸收和缓慢吸收两个阶段，而n a 。s 0 。作用下的粉煤 灰反应分3 个阶段进行乜引；激发剂的作用是通过离子独立进行的，o h 一和n a + 能增强四面体网络的解体能力，而c a 2 + 和s 0 。 则促进水化产物的形成；同时 还得出粉煤灰对石灰溶液中的c a 2 + 和0 h 的吸收是非平衡的。 采用物理活化( 机械磨细) 与化学活化( 加复合化学激发剂) 相结合的高效 复合活化技术对低等级粉煤灰进行活化处理，可得到高活性粉煤灰。该粉煤 灰可用于生产高掺量粉煤灰水泥、各种免烧的高强新型绿色墙体材料与地面 材料以及配制中低强度等级高掺量粉煤灰混凝土等幢“。在作为混凝土掺和料 方面，有研究采用等采用化学激发、水热激发与机械磨细相结合的三位一体 的高效复合活化技术对低等级粉煤灰进行活化处理，可得到高活性粉煤灰， 综合运用该高活性粉煤灰的活性作用、高效减水剂的超塑化增强作用、复合 早强剂的早强作用以及复合掺合料的超叠加作用，可保证用低等级粉煤灰配 制绿色高性能混凝土的成功扭”。 1 3 粉煤灰活化利用存在的问题 虽然已经有众多方法激发粉煤灰的活性，但粉煤灰自身的特性和传统活 化工艺也决定了很多不足，主要原因如下： 1 3 1 活化成本高 利用机械磨机等传统粉磨设备对粉煤灰进行细化，能耗高，粉碎效率低， 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 与国家节能降耗方针不符。所制备的磨细粉煤灰成本高，在市场中没有竞争 力。 1 3 2 激发速度幔 粉煤灰作为混合材生产粉煤灰硅酸盐水泥，但掺量一般不能超过3 0 ， 不然这种水泥早期强度发展相当慢，虽然后期强度，例如9 0 天以后的强度可 能超过其它硅酸盐水泥的一个标号，但绝大多数情况下对于工程应用来说是 难以接受的幢”。作为混凝土掺和料，虽然会提高工作性，但也会引起缓凝和 早期强度下降等负面影响。粉煤灰硅酸盐水泥以及粉煤灰建材制品的后期强 度增长都比较明显，说明粉煤灰的活性并不是比其它工业废渣低，只是粉煤 灰的早期活性未被快速激发。 1 3 3 激发程度低 国内外不少研究者对激发程度做了大量的工作，对今后深入研究有很大 参考价值，但从目前的研究结果来看这方面的研究很不满意，粉煤灰制品早 期强度低一直未能得到有效的解决招”。 1 4 解决措施 粉煤灰能否成为真正的资源，其关键在于寻找快速、有效和经济的激发 剂或者激发方式，否则粉煤灰的利用将永远停留在只处理这种工业废渣为目 的的所谓利用，而粉煤灰的资源化则无从实现。因此深入研究与推广粉煤灰 的激活技术十分迫切。 1 4 1 利用工业余热作为热源 工业余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能 源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽 废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热 以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗 总量的1 7 6 7 ，可回收利用的余热资源约为余热总资源的6 0 ，例如火电 厂低品位过热蒸汽、水泥厂余热、钢铁厂余热等。 工业余热易得而且价格便宜；以工业余热作动力的超微粉体制备设备减 少了中间的能源转换过程，降低了能量消耗，因而节能效果非常显著，其能 量转换形式为：燃料一余热的势能和热能一余热的动能一物料颗粒的微细化。 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 与其他类型的能量相比，少了二个损失较大的过程，即余热的势能一电 能一磨机的粉磨能量。燃料转化为电能的过程中，能量损失十分严重， 即使是高参数蒸汽动力厂，其实际效率也只有4 0 左右；而燃料转化 为余热势能与热能的效率通常在7 6 8 7 ，以工业余热作动力的粉 煤灰活化设备的能耗远远低于其他利用电能的机械活化设备。 1 4 2 高效的活化方式及廉价的激发剂 蒸汽工质因为临界速度高，动能大。过热蒸汽的动能比空气高1 7 0 。粉 碎同样的物料，蒸汽工质的气固比较之空气工质的气固比为小。所以粉碎单 位重量的物料，过热蒸汽工质的成本，大约只有空气工质成本的四分之一。 在同一温度下，过热蒸汽的粘度比空气低得多。高的临界速度又配合有低的 粘度。在相同的压力、温度条件下，用小分子量的余热粉碎物料，比用压缩 空气作介质能得到更细的产品。 水玻璃、n a o h 以及一些表面活性剂对粉煤狄的激发效果好，但价格偏高。 工业级生石灰和熟石灰价格低廉，而且同样具有较高的碱度，也可以作为激 发剂。 1 5 本课题的主要研究内容及技术方案 1 5 1研究内容 1 5 1 1 活化粉煤灰制备设备的调整以及工艺的优化 ( 1 ) 通过对蒸汽气流磨工况的调整，制备不同粒度的粉煤灰微粉，预计 制备2um 一1 2um ( 中位径) 的微粉数种。 ( 2 ) 确定生产l oum 粒径粉煤灰的工艺参数，为以后工业上的大规模生 产奠定基础。 ( 3 ) 测试不同细度活化粉煤灰微粉的性能参数。 1 5 1 2 机械活化与化学活化相结合改性粉煤灰 ( 1 ) 运用超音速蒸汽对原状粉煤灰进行粉碎分级，在粉碎过程中加入碱 性激发剂c a ( o h ) 。，实现机械活化和化学活化的一体化。 ( 2 ) 按g b t1 8 0 4 6 2 0 0 0 对改性后的粉煤灰活性进行测试。 ( 3 ) 通过对比粉煤灰磨前与磨后的x r d 以及i r 图谱的变化，对其中物相 的变化进行研究。 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 1 5 1 3 活化粉煤灰应用研究 ( 1 ) 研究活化粉煤灰对混凝土力学性能和工作性能的影响。对不同细度 微粉进行级配，对微集料问的级配规律进行一定研究。 ( 2 ) 作为泡沫混凝土掺合料对相关性能的影响。 1 5 2 研究技术路线 本课题主要是针对合理利用工业废弃物粉煤灰，有效提高附加值提出的。 实验主要以机械活化工艺为基础，在原料中引入碱性激发剂改性，制备高活 性粉煤灰粉体。原料的粉碎和活化在高速碰撞中完成，并运用涡轮分级机可 以有效的保护粉煤灰的球状结构，达到提高工作性能的要求，见图卜l 。 采用先进的测试方法对样品进行性能测试分析( x r d ，i r ，s e m ) 对样品进 行物相结构及形貌分析，最终制备出高活性的粉煤灰微粉。 1 6 课题来源 本课题为“十一五 支撑计划高性能水泥绿色制造工艺技术与装 备子课题( 2 0 0 6 b a f 0 2 a 2 4 ) 。 磊一 圈 匦匿一 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 2 原材料的选择及测试方法 2 1原材料的选择 2 1 1粉煤灰 粉煤灰是电厂燃烧煤粉后排放的工业废料，是一种灰褐色，为球状的颗 粒。煤粉经过燃烧后的剩余物( 主要由硅，铝和铁的化合物组成) 呈熔融状态， 即而将其快速冷却，可形成细小的颗粒物，将其收集以防止大气污染，收集到 的烟灰就是粉煤灰b ”。为了处理工业废弃物粉煤灰，保护环境，早在2 0 世纪 5 0 年代中后期，国内外就开展了大量利用粉煤灰的研究。3 “。 本实验中采用四川江油巴蜀火电厂的粉煤灰其主要化学组成见表2 1 。 表2 1粉煤灰的化学成分( ) t a b 2 1t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no ff l ya s h ( ) 2 1 2水泥 水泥是构成混凝土和砂浆材料的主要胶凝材料，结合国家标准和本课题 对水泥性能的要求，选择绵阳江油双马4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，2 8 d 抗压强度 为4 6 0 4 m p a ，化学成分如表2 2 所示。 表2 2水泥的化学成分( ) t 抽2 - 2t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc e m e n t ( i j ) 西南科技大学硕士研究生学位论文第10 页 2 1 3激发剂 火山灰性质是粉煤灰最为重要的品质，粉煤灰中含有的活性s i o ：，a l 。0 。 与水泥水化产物c a ( o h ) ：会发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙 胶体。可以利用化学方法，通过改变粉煤灰玻璃质颗粒的表面特性从而提高 表面层的反应能力”。采用石灰作为碱性激发剂，考虑到成本问题，选取江 油前锋石灰厂生产的工业级生石灰，有效氧化钙7 5 ；绵阳圣玉石灰厂生产的 工业级熟石灰，有效c a o 含量6 9 。 2 1 4 减水剂 f d n ，高浓萘系减水剂，n a ：s 0 。浓度为1 5 一3 。 2 1 5卵石，砂，水 卵石：5 2 0 m m ，级配合格。 砂：粉煤灰活性检测以及砂浆用i s 0 标准砂；混凝土实验用河砂，细度模数 m = 2 5 ，级配合格。 水：可饮用的普通自来水( 含量低于国家标准要求) ，符合混凝土拌合用 水标准j g j 6 3 8 9 的要求。 2 2 实验仪器 主要仪器如下： x 射线衍射仪 扫描电子显微镜 扫描电子显微镜 型激光粒度分析仪 d m a xi ia 型 s t e r e