蒸压流化床粉煤灰混凝土砌块养护优化设计

徐正坦， 翁仁贵

（福建工程学院 环境与设备工程系，福建 福州 350108）

0 引 言

南方某发电厂一期规模500t／d，装备2台250t／d循环流化床焚烧炉，每天产生的粉煤灰量为50t。粉煤灰是人工火山灰质混合材料，它们的主要化学成分有SiO2，Al2O3，Fe2O3等无机物质[1]。粉煤灰本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，特别是在水热处理（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其它碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，质地坚硬，具有一定强度，有机质含量低、坚固性好，属于具有高多孔率、与天然矿物质有相似成分、吸水性较高的轻质材料，同时满足建筑材料的大多数工程特性要求。

循环流化床锅炉是一种燃烧效率高、煤种适应性强、对热负荷变化适应范围大、污染物排放量较少，在燃烧中掺入了石灰石且易于在锅炉燃烧过程中实现脱硫脱氮而达到环保要求的锅炉炉型[2]。

随着循环流化床（CFBC）锅炉技术的推广，其粉煤灰排放量大幅度增长，给环境带来巨大压力。蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块的生产工艺主要是以循环流化床粉煤灰、砂子为集料、水泥为胶结料，经原材料制备、配料、混合搅拌、成型、蒸汽高压养护而成为硅酸盐建筑制品[3]。

1 实验方法

1.1 原材料和仪器设备

1.1.1 循环流化床粉煤灰

循环流化床粉煤灰的化学组成见表1。

表1 CFB粉煤灰化学组成

XRD衍射图如图1所示。

图1 循环流化床粉煤灰XRD图

粒度分布表见2。

表2 循环流化床粉煤灰粒度分布表

1.1.2 其它原料及仪器设备

普通硅酸盐水泥，代号P·O，强度等级32.5，永安市融盛水泥有限公司；

砂子，河砂，经过20目过筛；

Na2SiO3·9H2O，分析纯，天津市福晨化学试剂三厂；

模具，100mm×100mm×100mm；

振筛机；

YZF－2A型压蒸釜，无锡市麦拓建材检测仪器有限公司；

NYL－300型压力试验机，无锡市建筑材料仪器机械厂。

1.2 蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块组分确定

在研究循环流化床粉煤灰课题中，课题组人员对循环流化床粉煤灰混凝土砌块进行了大量的实验研究。本实验所采用的蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块组分为：循环流化床粉煤灰650g、水泥150g、砂子200g、激发剂Na2SiO3·9H2O 24g、水520g[4]。

1.3 坯体的制备

本研究采用蒸压法制备蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块，以“粉煤灰－砂子－水泥”体系的蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块生产工艺流程为：经筛分的砂及粉煤灰；水泥和水分别经计量－混合搅拌－成型－蒸压养护－成品[5]。

1.4 性能测试

采用GB／T2542－2003砌墙砖试验方法中提供的方法测试样品的抗压强度。

2 研究方法

2.1 正交实验设计

同一切反应一样，CaO和SiO2之间的反应随温度升高而加速。此时，水化硅酸盐新生产物增多，制品强度增高[6]。

根据本实验的实际情况，选用三水平四因素的正交实验L9（34）方案，因素水平表见表3。

表3 正交实验因素和水平的设计

2.2 实验结果

相应于表3，以蒸压循环流化床粉煤灰混凝土砌块的抗压强度为考核指标，测试结果以及指标的极差分析见表4。

表4 正交试验方案及试验结果分析

2.3 极差分析

极差R是同一列3个水平的最大值与最小值之差，极差大的意味着该因素对测定指标的影响大，通常是主要影响因素；极差小，则意味着该因素的影响程度小，是次要影响因素。由表4正交试验极差分析结果可以看出，在蒸压养护制度中，影响CFB粉煤灰混凝土试块抗压强度的主要因素为升温时间，其次是恒温时间，即因素的主次顺序为：升温时间＞恒温时间＞降温时间＞恒温压力。可以确定最佳的蒸压养护制度为：升温时间3h、恒温时间6h、恒温压力1MPa、降温时间为1.5h。

3 结 语

综上所述，通过正交实验不仅可以找出蒸压养护制度中4个因素影响CFB粉煤灰混凝土试块强度的主要因素与次要因素，而且还可以确定最优的蒸压养护制度。为实际生产循环流化床粉煤灰混凝土砌块提供了科学的参考依据。

[1]Anthony E J.Fluidized bed combustion of alternative solid fuels，status，successes and problems of the technology[J].Prog Energy Combust Sci.，1995，21（3）：239－268.

[2]杨久俊，张茂亮.粉煤灰活性激发影响因素研究[J].粉煤灰综合利用，2007（5）：15－17.

[3]崔崇，朱守东.高性能粉煤灰活化研究及应用[J].武汉工业学院学报，2000（8）：15－17.

[4]Ramamurthy K，Narayanan N.Factors influencing the density and compressive strength of aerated concrete[J].Mgazine of Concrete Research，2000（6）：163－168.

[5]Yinghai Wu，Edward J，Anthony，et al.Steam hydration of CFBC ash and the effect of hydration conditions on reactivation[J].Fuel，2004（83）：1357－1370.

[6]杨久俊，张海涛.粉煤灰高强微珠泡沫混凝土的制备研究[J].粉煤灰综合利用，2005（1）：50－51.