脱硝粉煤灰对水泥性能影响的研究.docx

脱硝粉煤灰对水泥性能影响的研究王穆君 1，徐玲玲 2，刘方 2，汪洋 2，叶强 1，杨尚富 1，刘韬 1（1.浙江天达环保股份有限公司，浙江 杭州 310006；2.南京工业大学 材料学院，江苏 南京 210009）摘要：脱硝粉煤灰是火电厂采用脱硝工艺减少 nox 气体排放时的固体副产物，随着脱硝工艺的普及，脱硝粉煤灰将成为主要的粉煤灰种类，因此其综合利用具有重大的实际意义。主要研究了 3 种采集自不同电厂的脱硝粉煤灰以 10%、20%、30%和 40%掺入水 泥中对水泥性能的影响，结果表明，脱硝粉煤灰对水泥性能的作用类似于普通粉煤灰，具有一定的减水作用，提高了水泥的流动度， 但延长了水泥的凝结时间，并降低了水泥的早期强度，这些作用随着粉煤灰掺量的增加而增强。在设计粉煤灰掺量时必须考虑粉煤 灰中 cao 的含量，以保证水泥的安定性合格。关键词：脱硝粉煤灰；水泥；安定性中图分类号：x773文献标识码：a文章编号：1001-702x（2011）06-0012-03investigation on the effect of denitrified fly ash on the properties of cementwang mujun1，xu lingling2，liu fang2，wang yang2，ye qiang1，yang shangfu1，liu tao1（1.zhejiang tianda environmental protection co. ltd.，hangzhou 310006，zhejiang，china；2.college of materials science and engineering，nanjing university of technology，nanjing 210009，jiangsu，china）abstract：denitrified fly ash is a solid by-product of thermal power plant denitrification process used to reduce nox emis sions. with the popularizing of this technique in power plant，fly ash produced by low-nox combustion will be the major type of fly ash. therefore，its comprehensive utilization has practical significance. in this paper three samples of fly ash with low-nox com bustion from different power plants have been studied to replace the cement with weight percentage of 10% ，20%，30% and 40%.their effects on cement properties were tested. the results show that the effect of denitrified fly ash is nearly the same as that of ordinary fly ash. as it has certain water reducing effect，the flowability of cement is increased，setting time is prolonged and the earlier stage strength is lowered. such effect strengthens with the increasing of denitrified fly ash content. to ensure the stabilityof cement with denitrified fly ash，the cao content in denitrified fly ash should be considered when determining the percentage offly ash adding into cement.key words：denitrified fly ash；cement；stability粉煤灰是火力发电厂排出的固体副产物，其化学组成主要为 sio2 和 al2o3，两者的合计含量可达 80%左右，此外还含 有少量的 cao、fe2o3、so3、mgo、na2o 和 k2o 等。煤粉经高温 燃烧后急冷得到的粉煤灰的矿物组成主要是石英、莫来石和 玻璃体等，其中玻璃体是非晶态物质，赋予了粉煤灰潜在的化 学活性。因此，粉煤灰被广泛地应用于水泥、混凝土和建材制 品中1-3。我国的电力建设在迅速发展中，“十一五”期间国家 规划建设的火电为 1.41 亿 kw，由此引起的 so2 和 no（x 包括 no 和 no2）污染日益严重，采用脱硫技术解决 so2 的污染问 题，脱硫粉煤灰的应用也得到了研究开发。nox 气体的排放问题在近年受到重视，据统计，2010 年 nox 的排放量达到 850万 t，约占我国 nox 环境容量的 1/2，而到 2020 年 nox 的排放 量将达到 2900 万 t，大大超过我国 1800 万 t 的 nox 环境容 量。为了达到排放标准，许多电厂都在进行脱硝技术改造4-5， 新上马的电厂都应用了脱硝技术，由此可见，脱硝粉煤灰的处 置和综合利用的问题也将会越来越突出6-8。本文主要研究了 经过脱硝工艺得到的脱硝粉煤灰用作水泥混合材时对水泥性 能及水化硬化过程的影响。实验11.1脱硝粉煤灰在浙江和上海的 3 个火电厂采集了 3 种脱硝粉煤灰，分 别记为 dn-1、dn-2 和 dn-3，对比试验采用普通粉煤灰，记 为 ds，采集自与脱硝粉煤灰 dn-1 相同的火电厂。粉煤灰的收稿日期：2011-01-05作者简介：王穆君，男，1979 年生，浙江玉环人，工程师。新型建筑材料1220116王穆君，等：脱硝粉煤灰对水泥性能影响的研究化学组成见表 1。表 2水泥的标准稠度用水量、凝结时间和流动度表 1 粉煤灰的化学组成凝结时间/min粉煤灰掺量/%标准稠度用水量/%流动度/mm项 目项目sio2caomgofe2o3al2o3so3k2ona2oloss初凝终凝dsdn-1dn-2dn-349.9049.3755.1045.794.163.258.055.801.060.671.291.076.505.055.855.9933.1737.4026.0037.370.760.810.491.230.840.521.670.910.340.350.790.363.162.510.290.78空白样ds-10ds-20ds-30ds-40dn-1-10dn-1-20dn-1-30dn-1-40dn-2-10dn-2-20dn-2-30dn-2-40dn-3-10dn-3-20dn-3-30dn-3-4001020304010203040102030401020304028.227.927.627.527.627.627.327.527.428.527.526.926.227.927.326.926.692124148160185113121152160116135152185125140170235165203253270300200220260295210230260290210262302335135136154162170140143158159124146155160141153160167由表 1 可知，粉煤灰主要由 sio2 和 al2o3 组成，总量在81.10%86.77%，含有少量 cao 和 fe2o3，含量分别为 3.25%8.05%和 5.05%6.50%。1.2其它原材料 实验选用江南小野田水泥有限公司生产的 pii52.5 级水泥和某厂的 po32.5 级水泥。实验用砂为 iso 标准砂。1.3水泥性能测试按 gb/t 13462001水泥标准稠度用水量、凝结时间、 安定性检验方法、gb/t 24192005水泥胶砂流动度测定方 法和 gb/t 176711999水泥胶砂强度检验方法（iso 法） 测试掺加不同比例不同粉煤灰的水泥性能。1.4xrd 分析 水泥水化至规定龄期后用无水乙醇终止水化，抽真空干燥，磨细至粒度约为 5 m，采用 x-射线衍射仪（日本理学dmax-rb/12 型，cu 靶，40 ma，40 kv）进行水化产物分析。2实验结果及讨论将 4 种粉煤灰分别按质量百分数 10%、20%、30%和 40% 内掺入水泥中，混合均匀，按照国家标准测试所得水泥的各项 性能，研究粉煤灰的品种及掺量对水泥性能的影响。2.1标准稠度用水量、凝结时间和流动度 掺加不同品种、不同掺量粉煤灰后水泥的标准稠度用水量、凝结时间和流动度测试结果见表 2，试验用水泥为 po32.5 级水泥。表 2 的数据显示，粉煤灰的掺入能不同程度降低水泥的标 准稠度用水量，且随着粉煤灰掺量的增加，水泥的标准稠度用水 量越小，表明试验的 4 种粉煤灰均具有减水效果，而且脱硝粉煤 灰和普通粉煤灰的功效相当。相对应地，由于粉煤灰的减水作 用，掺入粉煤灰后水泥的流动度变大，并随着粉煤灰掺量的增加 流动度增大。粉煤灰低掺量时（10%），对水泥性能的影响很小， 因此掺量应高于 20%，这样才能更好地发挥粉煤灰的作用。但粉煤灰的掺入会延长水泥的凝结时间，这是因为粉煤 灰潜在化学活性的发挥需要一段时间，在早期主要是微集料 效应，掺入粉煤灰的水泥满足国家标准初凝不早于 45 min，终 凝不迟于 390 min 的要求。2.2安定性粉煤灰中含有的 cao 有一部分是以 f-cao 的形式存在， 当粉煤灰作为混合材掺入水泥中时带入的 f-cao 将会对水 泥的安定性产生影响。安定性试验发现，粉煤灰中 cao 含量 为 5.80%的脱硝粉煤灰 dn-3 在水泥中掺量达 30%和 40% 时，所得水泥的安定性不良，观察到试饼有裂纹。2.3胶砂强度粉煤灰 ds 和 dn-1 对胶砂试件抗压强度的影响见表 3。表 3 粉煤灰 ds 和 dn-1 对胶砂试件抗压强度的影响抗压强度/mpa项 目3 d7 d28 d90 dds-10dn-1-10ds-20dn-1-20ds-30dn-1-30ds-40dn-1-4030.1230.2127.2827.5824.8624.3422.3522.8538.9739.5737.2837.2533.9834.1230.1030.2153.3453.2351.4151.1249.8649.1343.5844.2556.8554.3053.6055.3549.4052.3446.5046.80由表 3 可知，相同掺量下普通粉煤灰 ds 和脱硝粉煤灰dn-1 对水泥胶砂抗压强度的影响差别不大，同一电厂经过 脱硝工艺排放出的粉煤灰与普通粉煤灰对水泥力学强度的作 用效果相近。13n ew bb u i l dd i n g m a t e r i a l s 图 1 脱硝粉煤灰 dn-1 对水泥胶砂强度的影响图 2 脱硝粉煤灰 dn-2 对水泥胶砂强度的影响图 3 脱硝粉煤灰 dn-3 对水泥胶砂强度的影响ac3s；bc2s；chca（oh）2；t托勃莫来石；m莫来石图 4 粉煤灰 ds 和 dn-1 掺量 20%时水化浆体的 xrd 图谱王穆君，等：脱硝粉煤灰对水泥性能影响的研究图 1、图 2 和图 3 分别是脱硝粉煤灰 dn -1、dn -2 和dn-3 以10%、20%、30%和 40%内掺入 pii52.5 水泥后，胶砂 试件在不同龄期的强度。由图 1图 3 可见，脱硝粉煤灰的掺入一定程度上降低了水泥胶砂的强度，对于抗压强度的影响更明显。粉煤灰掺量在10%时对水泥的强度基本没有影响，在 20%和 30%时有较小的 影响，当掺量达到 40%时，3 d 和 7 d 的抗压强度降低幅度较大。2.4xrd分析粉煤灰ds 和 dn-1 掺量为 20%时的水泥水化浆体28 d的 xrd 图谱见图 4。由图 4 可见，2 种浆体中的水化产物相同，主要的水化产物是由水泥矿物水化形成的托勃莫来石和 ca（oh）2，还有部 分未水化的 c3s 和 c2s，莫来石是由粉煤灰引入的。3结论（1）脱硝粉煤灰具有减水效果，粉煤灰的掺入能不同程度降低水泥的标准稠度用水量，且随着粉煤灰掺量的增加，水泥 的标准稠度用水量减小、流动度增大。（2）粉煤灰中含有的 cao 对水泥安定性有影响，cao 含量 为 5.80%的脱硝粉煤灰 dn-3 在水泥中掺量达 30%和 40% 时，导致水泥的安定性不良。（3）脱硝粉煤灰掺量在 10%时对水泥的强度基本没有影 响，在 20%和 30%时影响较小，当掺量达到 40%时，3 d 和7 d 的抗压强度降低幅度较大。（下转第 58 页）新型建筑材料1420116赵科明，等：改性异佛尔酮二胺环氧固化剂的合成与性能研究子中引入了可促进胺基与环氧基反应的酚羟基团，并且含有长脂肪链和刚度较高、稳定性较好的六元环结构。王德中.环氧树脂生产与应用m.北京：化学工业出版社，2004：6-7.钱军民，李旭祥.环氧树脂改性研究进展j.绝缘材料，2001（5）：27-29.speranza george p，lin jiang jen.paired alkyl phenol 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树脂（e-51）按质量比 m（固化剂）m（e-51）=37 混合制得的 涂膜，附着力可达 1 级。（2）甲醛、异佛尔酮二胺用量对合成固化剂胺值、黏度及 固化涂膜性能影响较大，腰果酚醛胺固化剂的合成配比以 n（腰 果酚）n（甲醛）n（异佛尔酮二胺）1.01.11.3 时效果最佳。通 过热重分析结果表明，采用合成腰果酚醛胺固化剂固化的环 氧固化膜的耐热性能优于市售普通酚醛胺固化剂。（3）合成腰果酚醛胺固化剂与市售普通酚醛胺固化剂的 环氧涂膜性能测试结果表明，合成固化剂涂膜具有更适宜的 适用期，良好的铅笔硬度、拉伸强度、弯曲强度、抗冲击性和耐 腐蚀性等综合性能。678910111213参考文献：1 周盾白，周子鹄，贾德民.环氧地坪涂料的研究及应用进展j.中 国涂料，2007，22（10）：17-19.2 熊联明，舒万艮，王进，等.无溶剂自流平环氧地坪涂料的配制及施工j.新型建筑材料，2003（4）：23-25.1415蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉（上接第 14 页）保护，2008，24（3）：26-29.pedersen k h，jensen a d，berg m，et al.the effect of combustion conditions in a full -scale low -nox coal fired unit on fly ash properties for its application in concrete mixturesj.fuel processing technology，2009，90：180