粉煤灰粒度分布对水泥性能的影响.pdf

中图分类号 T Q l 7 2 文献标识码 B文章编号 1 0 0 7 0 3 8 9 2 0 1 3 0 6 1 6 0 3 粉煤灰粒度分布对水泥性能的影响 卞玉峰 徐振宁 罗翔 苏州中材建设有限公司 江苏昆山2 1 5 3 0 0 摘要 主要研究了不同粉磨时间的粉煤灰密度 比表面积 粒度分布等颗粒特性的变化规律 以及研究了将不同粉磨时间的 粉煤灰按3 0 比例掺人硅酸盐水泥中的水泥性能变化情况 结果表明 随着粉磨时间的增加 粉煤灰颗粒的密度 比表面积 和粒度分布都呈有规律的变化 其中粉磨6 0r a in 时的粉煤灰水泥性能达到最佳 关键词 粉煤灰 粉磨 颗粒特性 水泥性能 E f f e c to ff l ya s hp a r t ic l es iz ed is t r ib u t io no nc e m e n tp r o p e r t ie s B ia nY u f e n g X uZ h e n n in g L u oX ia n g S in o m a S u z h o uC o n s t r u c t io nC o L t d K u n s h a n J ia n g s u 2 1 5 3 0 0 A b s t r a c t T h ec h a n g er u l eo ff l ya s h 7p a r t ic l ec h a r a c t e r is t ic so fd e n s it y s p e c if ics u r f a c ea r e aa n dp a r t ic l es iz ed is t r ib u t io nind if f e r e n t g n n d in gt im eW a Ss t u d ie da sw e l la st h ep e r f o r m a n c ec h a n g er u l eo fP o r t l a n dc e m e n la d d e d3 0 f l ya s ba td if f e r e n t 鲥n d in gt im e T h e r e s u l t ss h o wt h a tw it ht h ein c r e a s in gg r in d in gt im e t h ed e n s it y s u r f a c ea r e aa n dp a r t ic l es iz ed is t r ib u t io no ff l ya s hc h a n g e dr e g u l a r l y a n dt h ep r o p e r t ie so fc e m e n tw it hf l ya s ha t6 0r a ing r in d in gt im ew a st h eb e s t K e yw o r d s f l ya s h g r in d p a r t ic l ec h a r a c t e r is t ic s c e m e n tp r o p e r t ie s 0 前言 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一 我国是个产煤大国 以煤炭为电力生产基本燃料 近年来 我国发电能力年增长率为7 3 电力工业 的迅速发展 带来了粉煤灰排放量的急剧增加 燃 煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加 1 9 9 5 年粉煤灰排放量达1 2 5 亿t 2 0 0 0 年约为1 5 亿t 目 前 我国电站粉煤灰排放量已超过5 亿t a 每增加 lM W 的装机容量 粉煤灰的排放量相应增加8 0 0 t 现在全国粉煤灰的储灰场已超过6 1 万亩 2 大量 的粉煤灰不加处理 就会产生扬尘 污染大气 若排 入水系会造成河流淤塞 而其中的有毒化学物质还 会对人体和生物造成危害 给我国的国民经济建设 及生态环境造成巨大的压力 而另一方面 我国又 是一个人均占有资源储量有限的国家 粉煤灰的综 合利用 变废为宝 变害为利 已成为我国经济建设 中一项重要的技术经济政策 是解决我国电力生产 环境污染和资源缺乏之间矛盾的重要手段 水泥工业是公认的粉煤灰利用量大 且使用范 围宽及使用效果好的行业 在当今水泥工业生产 中 粉煤灰已经得到广泛的应用 粉煤灰的加入不 仅可以改善水泥性能 而且对于经济价值和社会效 益具有十分重要的意义 因此将熟料和粉煤灰作 为一个体系来研究变得十分重要 本文研究了经 过不同粉磨时间后的粉煤灰物理性质的变化 及其 对粉煤灰水泥性能的影响 从而确定最佳的粒度分 布和粉磨时间 对实际生产具有一定的指导意义 1 试验材料与方法 1 1 试验原材料 水泥熟料 江苏某水泥厂 化学成分见表1 熟 料的率值及矿物组成见表2 粉煤灰 江苏某电厂 化学成分见表1 石膏 江苏某水泥厂天然石膏 化 学成分见表1 1 2 试验方法 物料粉磨采用中5 0 0m m 5 0 0m m 试验磨 将水 泥熟料与4 石膏共同粉磨制得硅酸盐水泥 再将 干燥后的粉煤灰粉磨不同时间 0 1 5 3 0 6 0 9 0 1 5 0 2 4 0 m in 共7 份试样 测定其密度 细度 并将 其以3 0 的掺量制备粉煤灰水泥 研究不同粉磨时 间粉煤灰颗粒性质的变化及其对粉煤灰水泥物理 表1 原材料化学成分质量分数 一1 6 一 水淀工程型燮 表2 熟料的率值及矿物组成 性能的影响 水泥胶砂强度 按照G B T1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶 砂强度检测方法 所规定的方法进行 标准稠度用 水量 凝结时间按照 G B 仃 1 3 4 6 2 0 0 1 水泥标准稠 度用水量 凝结时间 安定性 规定的方法进行 f g 3 蝴 喀 鼷 蛏 2 结果与讨论 2 1 粉煤灰物理性质的变化 2 1 1 不同粉磨时问粉煤灰密度的变化 不同粉磨时间粉煤灰颗粒的密度和比表面积 见表3 和图1 2 从表3 和图1 可以看出 随着粉磨时间的增加 粉煤灰的密度呈有规律的变化 在粉磨前期 粉煤 灰的密度随粉磨时间的增加而增加 但在粉磨超过 表3 不同粉磨时间粉煤灰颗粒的密度 粉磨时l 司 m in 图1 密度与粉磨时间的关系曲线 暑 艇 恒 甍 粉磨时间 m in 图2 比表面积与粉磨时间的关系曲线 1 5 0 m in 时 粉煤灰的密度却降低了 这是由于开始 时粉煤灰颗粒较粗 粉煤灰中的多孑L 玻璃体和空心 玻璃体微珠较多 因而体积相对较大 所以密度较 小 当粉磨时间增加时 其中的多孔玻璃体和部分 空心玻璃体微珠被粉碎 从而改善了粉煤灰的颗粒 级配 形状和结构 因而密度变大 随着粉磨时间 增长 超过1 5 0 m in 时 颗粒细化 比表面积增大 表 面活性增加 细化的颗粒发生了团聚现象 从而会 使质量密度呈下降趋势 粉煤灰比表面积随粉磨时间的变化见表3 和图 2 从粉煤灰比表面积随粉磨 时间的变化曲线看 在粉磨的 前6 0 m in 内比表面积增加明 显 之后比表面积随粉磨时间 延长而增长的趋势趋于平缓 在粉磨时间1 5 0 m in 后 比表面 积又出现了减小现象 这是 由于在粉碎过程中 开始粉体 的分散度与粉磨时间基本呈 线性关系 颗粒间相互作用可忽略 粉碎能量大体 上正比于产生的新生表面积 随着粉磨过程的进 行 颗粒比表面积和粉磨时间呈指数关系 原因是 粉粒体中已存在粒间作用 所增加的表面积并不正 比于输入的功 此阶段颗粒的比表面积和比表面自 由能都发生变化 其后 随着颗粒粒径变小 在范 德华力作用下 颗粒发生团聚 I 从而使比表面积 又有下降 2 1 2 不同粉磨时间粉煤灰粒度分布的变化 不同粉磨时间粉煤灰粒度分布的变化见表4 表4 不同粉磨时间粉煤灰颗粒的粒度分布 水淀工程些墅 一1 7 一 从表4 可以看出 经1 5 m in 粉磨后 0 1 0 m 内的颗粒量增加很大 这是由于经过粉磨 粗大的 颗粒被细化 因而颗粒的粒径分布向较小的方向变 化 随着粉磨时间的增加 1 0 3 0 m 范围的颗粒量 占主要部分 粉煤灰的中位径D 随粉磨时间的增 加有一定的变化规律 粉磨开始阶段 D 迅速下 降 此时粉磨过程处于破碎 颗粒细化的阶段 随着 粉磨的继续进行 大颗粒逐渐被细化 细颗粒量增 多 使D 向小的方向移动 当粉磨时间继续增加时 D 又略有上升 说明随着粉煤灰颗粒的不断细化 颗粒表面活性增加 产生团聚现象 在粉磨时间达 到2 4 0 m in 时 D 已接近3 0 m in 的程度 这时颗粒团 聚已很严重了 2 2 粉煤灰水泥性能的测试 将粉磨后的粉煤灰以3 0 的比例掺人硅酸盐 水泥中 进行水泥胶砂强度和凝结时间的测试 试 验结果见表5 和图3 6 2 2 1 强度的变化 表5 不同掺量粉煤灰水泥的物理性能 1 0 垒9 越8 匏5 7 6 璃5 4 3 日 山 窆 划 燃 赳 端 图3 抗折强度与粉磨时间的关系图4 零3 0 霪2 9 雠2 8 警2 7 共2 6 蠖2 5 粉磨时间 m in 图5 标准稠度需水量与粉磨 时间的关系 粉磨时I 目 m in 抗压强度与粉磨时间的关系 4 5 0 4 0 0 弱 球2 5 0 2 0 0 1 5 0 粉磨时间 m in 减小 对于抗压强度 与抗折强度的变化规 律基本一致 且都以掺人粉磨6 0m in 粉煤灰 的水泥达到最大值 这是由于当粉煤灰经 过磨细处理后 活性得到提高 在与水反应 过程中 加快了粉煤灰的水化反应速度 从 而提高了它的强度值 本实验中 以粉磨 6 0m in 的粉煤灰颗粒 粒度集中在1 0 3 0p m 的活性最佳 水化反应最迅速 因而 其水泥强度最大 2 2 2 标准稠度需水量的变化 随着粉煤灰粒径的减小 粉煤灰水泥的 标准稠度需水量也随之减少 但粉煤灰粉磨 1 5 0 m in 时的粉煤灰水泥的标准稠度需水量 却开始增大了 因随着粉磨时间的增加 粉 煤灰的粒径减小 球状微珠数量增多 因而 I 1 6 凝结时间与粉磨时间的关系活性增大 减水效果明显 使标准稠度需水 从表5 可以看出 掺入未经粉磨的粉煤灰后 水 泥3 d 和2 8 d 抗折强度下降到最低值 而掺人不同粉 磨时间的粉煤灰后 水泥3 d 和2 8 d 抗折强度都比纯 硅酸盐水泥低 但随着粉磨时间的加长 抗折强度 先逐渐增加 经过磨细6 0m in 时达到最大值 5 1 6M P a 和9 11M P a 已接近纯硅酸盐水泥 然后又 一1 8 一 量减小 在1 5 0 m in 时 由于颗粒发生了团 聚 使颗粒的活性减小 因而减水效果较差 标准稠 度需水量增加 2 2 3 凝结时间的变化 粉煤灰水泥的凝结时间随着掺人不同粉磨时 间的粉煤灰而呈有规律的变化 当粉磨时间较短 永淀工程丝型 下转第2 l 页 2 3 消防给水系统 根据 建筑设计防火规范 G B5 0 0 1 6 2 0 0 6 表 8 2 2 1 规定 工厂基地面积小于等于l O Oh a 附有居 住区人数小于等于1 5 万人 同一时间内的火灾次数 为1 次 厂区消防水量按需水量最大的建筑物计 算 水泥工厂符合此条款要求 故按同一时间内的 火灾次数为1 次 厂区消防水量按需水量最大的建 筑物计算 因 4 线含有燃油系统 厂区设有油库 根据规范 并按照油库体积计算油库消防用水量为1 6 0 L s 该 流量即为厂区消防水量 消防用水采用独立的系 统 消防水储存在原水池中 发生火灾后使用经机械 加速澄清池预处理的水补充消防水 有效降低水处 理制水成本 消防供水采用消防电泵与柴油消防泵 组合供水 并配备消防稳压泵 提高消防供水安全 性 2 4 循环冷却水系统 4 线的循环冷却水系统供水流程 冷水池一水 泵加压一循环水塔一用水车间一循环回水池一水泵 加压 热水池一水泵加压一冷却塔一冷水池 见图 2 此循环冷却水系统较其它项目的复杂 中间流程 较多 控制连锁关系复杂 投资略有增加 但此循环 系统若经合理调试并运行管理得当 具有如下优点 首先 采用水泵一水塔联合供水 控制连锁关系简 单 供水压力稳定 且水塔有一定调节容积 供水安 全性较高 其次 部分循环水经全自动过滤器过滤处 理 可有效保证循环水水质稳定 且全自动过滤器与 无阀过滤器相比 占地面积小 管理简单 设备投资 省 控制简单 第三 设置了循环回水池 可有效解决 部分用水点距离循环泵房过远 水压不足引起的冷 却效果差的问题 也便于后期调试及运行管理 2 5 排水系统 水泥工厂排水系统包括污水排水系统及雨水排 水系统 厂区排水采用分流制 污水与雨水各自设置 独立管渠 其中 8 4 线厂区雨水均采用明沟排水 便 于清掏 而污水则设置了深度处理及中水回用 用于 厂区绿化 道路洒水等 系统 既节约了水资源又实 现了污水的零排放 3 结语 在国内水泥产能过剩 水泥工程建设大幅减少 的市场环境下 我集团公司在境外所承接的项目越 来越多 而在国外总承包项目中 业主及咨询公司会 提出很多要求 使得国外项目的履约风险更大 实施 难度更大 给排水系统也不例外 因此在国外项目 的工程设计中 设计人员需在总结国内工程众多经 验教训的基础上 要充分考虑国际工程建设国家的 具体地理 天气 环境 人文 标准 充分尊重和采取 业主和咨询公司提出的各种合理要求 在工程方案 设计中 要强化优化 要注重技术先进性 稳定性与 经济性的平衡 强调技术可靠性与创新性的结合 要 考虑工程的建设成本可控 参考文献 1 G B5 0 0 1 6 2 0 0 6 建筑设计防火规范 s 2 G B T1 4 8 4 8 地下水质量标准 S 3 G B3 8 3 8 地表水环境质量标准