循环流化床灰对水泥基胶凝材料及碾压混凝土工作性的影响

Effect of Circulating Fluidized Bed Ash on Workability of Cement-based Materials and Roller Compacted Concrete

罗晖1，李欣1，王庆珍2，李莎1，陈航3，王传彪1（1重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆　400074；2重庆市公路局，重庆　401147；3重庆市锦艺硅材料开发有限公司，重庆　401121）



循环流化床灰对水泥基胶凝材料及碾压混凝土工作性的影响

Effect of Circulating Fluidized Bed Ash on Workability of Cement-based Materials and Roller Compacted Concrete

罗晖1，李欣1，王庆珍2，李莎1，陈航3，王传彪1
（1重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆400074；2重庆市公路局，重庆401147；3重庆市锦艺硅材料开发有限公司，重庆401121）

摘要：作为燃煤灰渣之一的循环流化床灰，成分比煤粉炉粉煤灰更加特殊和复杂，综合利用程度低。当将其作为水泥混凝土用辅助胶凝材料时，

明显增加水泥基胶凝材料的标准稠度用水量，降低胶砂流动度。相对于普通塑性混凝土，循环流化床灰更适用于碾压混凝土这种干硬性混凝土体系。

关键词：循环流化床灰；碾压混凝土；干硬性混凝土；改进VC值

基金论文：该论文为重庆市科学技术委员会集成示范计划项目（项目编号：cstc2015jcsf30002）论文之一。

Abstract:Circulating fluidized bed ash, a kind of coal ashes, is less utilized for its special and complex components. When used as supplementary cementious material, it can obviously enhance the standard consistency water volume of cement based materials and reduce the mortar fluidity as well. Compared with ordinary plastic concrete, circulating fluidized bed ash is more suitable for hard concrete system like roller compacted concrete.

Keywords:circulating fluidized bed ash; roller compacted concrete; dry cement mortar; improved VC value

0　引言

煤炭是我国的主要燃料和能源，我国能源结构决定了发电量以燃煤电厂为主，2015年全国电源新增生产能力（正式投产）12974万kw，火电6400万kw[1]，火电新增规模几乎与其它所有电源新增规模相当。当前，火电装机容量占电力总装机容量的73%左右，火力发电量占总发电量的比例超过80%[2]。

火电燃料用煤是我国煤炭的主要消耗部分，燃煤所产生的SO2排放量占全国SO2排放量的90%，因此采用先进高效的燃煤固硫技术至关重要，流化床燃烧固硫技术成为适合我国国情的新一代高效低污染燃烧技术。循环流化床灰则是煤在循环流化床锅炉内经850～900℃燃烧后在烟道排出时收集的固体废弃物[3]。循环流化床灰成分相比其它燃煤灰渣更特殊和复杂，不仅含有一定量的烧粘土质矿物，还含有较多的固硫矿物如Ⅱ-CaSO4、游离CaO等，烧失量也高，且成分受到的影响因素较多，不同流化床电厂排出的循环流化床灰在品质上差异很大，这些都加大了其利用难度。另外，由于循环流化床灰出现时间相对较晚，目前对其基本特性研究和认识不足。因此，循环流化床灰的综合利用程度低，现阶段基本上采用堆积或填埋方式处理。如图1。

1　原材料

图1　循环流化床灰堆场

1.1循环流化床灰

循环流化床灰在煤的燃烧方式和燃烧温度，灰的化学成分与外观形貌等多方面都不同于煤粉炉粉煤灰。循环流化床灰的颜色一般呈灰或深灰色，但不同电厂、不同煤种灰在颜色上呈现出较大的差异。原煤的赤铁矿（以Fe2O3形式存在）和含碳量对流化床灰颜色影响较大，赤铁矿含量越大红褐色越深，含碳量较高则灰的颜色呈黑紫色或黑色；另外，灰中游离氧化钙的含量较高时，灰颜色偏浅。流化床灰颗粒大多呈不规则状，表面粗糙且疏松多孔。研究所用循环流化床灰来自重庆市某电厂，其形貌如图2，密度测试值为2.56 g/cm3，比表面积测试值为512m2/kg。

图2　循环流化床灰及扫描电镜（SEM）下微观形貌

循环流化床灰的化学成分主要跟使用的煤种和脱硫剂有关，原煤中有部分粘土质矿物，如蒙脱石、高岭石、绿泥石、云母等，含硫煤中还有硫铁矿和有机硫。燃烧后主要有CaO、SiO2、Al2O3等几种氧化物，一般占比为70%左右；结晶矿物相主要以f-CaO、Ⅱ-CaSO4、α-SiO2、石灰石、赤铁矿等矿物为主。如表1。

表1　试验用流化床灰化学成分（%）

1.2水泥

研究所用基准水泥主要成分及性能如表2、表3。

表2　水泥主要化学成分（%）

表3　水泥性能

2　试验研究及分析

相关研究显示流化床灰具有火山灰活性和水硬性[4-5]，因此可以考虑用作水泥混凝土的辅助胶凝材料，而工作性又是水泥混凝土的重要施工性能之一。改变胶凝材料中流化床灰的掺量（掺量由10%～35%），试验研究了与工作性相关的水泥-循环流化床灰胶凝材料体系的标准稠度用水量，胶砂流动度。

2.1流化床灰对水泥基胶凝材料标准稠度用水量的影响

表4　胶凝材料组成及标准稠度用水量

通过表4可以看出水泥-循环流化床灰胶凝体系标准稠度用水量随着灰掺量的增加而逐渐增加，当灰掺量达到35%时其标准稠度用水量与基准组相比绝对值增大了13.6%，相对增加比例超过50%。这与钱觉时[6]等的研究结果一致，流化床灰的标准稠度用水量高于粉煤灰。

表5　材料组成及胶砂流动度

2.2流化床灰对胶砂流动度的影响

通过表5可以看出：随着循环流化床灰的增加胶砂流动度在不断减小，反映出流化床灰需水量大的特点，当流化床灰掺量超过30%时，胶砂的流动性非常差，流化床灰掺量达到35%时胶砂流动度相比基准组减少了42%。

水泥-循环流化床灰胶凝材料体系中随着灰的比例增加，标准稠度用水量的明显增加及胶砂流动度的迅速下降与流化床灰疏松多孔的颗粒微观形貌及化学组成直接相关。流化床灰疏松多孔的结构会吸附较多的自由水；流化床灰中含有游离氧化钙和硬石膏，水化反应生成氢氧化钙和二水石膏也需要更多的水。可见，水泥-循环流化床灰胶凝材料体系的工作性随流化床灰的掺量增加而显著下降。

2.3对碾压混凝土改进VC值的影响

针对以上分析，循环流化床灰的掺入会显著降低水泥基胶凝材料的流动性，因此研究者担心其对普通塑性混凝土工作性的影响，但将其用于碾压混凝土时，该缺陷就不是那样明显了，这是由于碾压混凝土（简称RCC）是一种振动碾压成型的干硬性水泥混凝土，其并不要求混凝土有好的流动性。与普通塑性混凝土采用坍落度所不同，改进VC值（Modified VC Value）是反映碾压混凝土工作性的重要质量控制指标，是用于测定碾压混凝土拌合物稠度的一种改进的维勃工作度。碾压混凝土改进VC值试验方法按照现行《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[7]JTG E30中T0524的规定。从表6中的试验结果可以看出，在碾压混凝土配合比基本不变的条件下，胶凝材料中内掺流化床灰20%时增加了改进VC值，本研究中在增加用水量4.2%的情况下，其改进VC值也延长了15s。

表6　碾压混凝土配合比及改进VC值

3　结论

由于循环流化床灰粗糙的形貌、疏松多孔的结构及含游离氧化钙和硬石膏，使得将其与水泥共同组成胶凝材料体系时，会明显增加胶凝材料的标准稠度用水量、降低胶砂流动度。在相同配合比情况下，内掺流化床灰等量取代水泥时，虽然也会延长碾压混凝土的改进VC值，但相对于普通塑性混凝土，循环流化床灰更适用于碾压混凝土这种干硬性混凝土体系。

参考文献：

[1]国家能源局.2015年全社会用电量[EB/OL].[2016-01-15].http:// www.nea.gov.cn/2016-01/15/c_135013789.htm.

[2]中国报告大厅.2015年我国火电企业布局分析[EB/OL]. [2015-06-10].http://www.chinabgao.com/k/huodian/17411.html.

[3]宋远明，钱觉时，王志娟.流化床燃煤固硫灰渣水硬性机理研究[J].硅酸盐学报，2007，26（3）：417-421.

[4]朱文尚，颜碧兰，江丽珍.循环流化床燃煤固硫灰渣研究利用现状[J].粉煤灰,2011（3）:25-26,33.

[5]杨娟.固硫灰渣特性及其作水泥掺和料研究[D].重庆：重庆大学，2006.

[6]钱觉时，郑洪伟，宋远明.流化床燃煤固硫灰渣的特性[J].硅酸盐学报，2008 36（10）:1396-1400.

[7] JTG/E30公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].北京：中华人民共和国交通运输部，2005.

责任编辑：孙苏，李红

施工经验

建筑干挂石材幕墙与窗边防水措施

一、幕墙施工过程防水隐患及处理方法

（1）干挂石材幕墙饰面板安装的预埋件和连接件安装固定后，外墙面须采取一道柔性防水层或者抹防水砂浆。

（2）在成品饰面板进行二次切割过程中，切口需顺直，并在打胶前清理干净。为解决不锈钢挂件与石材线膨胀系数的差异，消除应力，在锚固时，切勿硬性接触，用低硅油耐候胶将挂件一侧柔性固定。饰面板之间胶缝的宽度需考虑地震及风荷载作用产生变形及温度应力的变化，为了给板材之间预留足够的胶缝来消除变位，胶缝宽需按设计要求严格控制。注胶时应注意影响质量的四个不利因素：多孔性、粉尘性、石材的不均匀性和污染性。

二、窗施工过程中防水隐患及处理方法

首先，在抹灰施工收尾过程中，窗框横、竖向线条要使用防水砂浆填塞顺直。窗框与洞口之间的缝隙内腔采用泡沫塑料、发泡聚苯乙烯等弹性材料分层填塞，填塞不宜过紧。填塞后撤掉临时固定用木楔或垫块，其外部空隙也采用防水砂浆填塞密实。最后窗框外部填塞砂浆部位采取2道涂膜防水进行加强，要求防水覆盖窗框塞缝部位。在窗框内外两面靠墙的周边上，以及框与框之间的接缝处，需清洗干净与胶接触的物体表面，然后用胶枪沿缝隙压注密封胶，并使胶面平整、均匀、光滑和无气孔，打胶后须保证在24h内不受振动，确保密封牢固。

三、幕墙与窗框交接部位处理

首先，工序要合理，常态化施工一般由窗框安装完成后进行幕墙收头施工，幕墙施工前要对窗框进行成品保护，以避免窗框划伤。窗台板安装过程中严禁打孔或者开槽，紧贴窗框安装，拼缝严密。如遇外遮阳轨道施工则要求遮阳轨道上下抵住窗台板及上盖板部位，遮阳轨道严禁伸入窗台板下，否则雨水会顺轨道槽口进入。安装完成后对饰面板和窗框交接部位进行清洗，完全干后进行缝口注胶，注胶严格按设计图纸所注尺寸进行，注胶前将清洗好的铝框贴上双面胶带或泡沫垫条，位置应符合图纸要求，以满足用胶设计强度及胶量。完成注胶后仍需采取必要的保护措施以防止胶体剥落。

在当今社会对建筑施工要求越来越高的前提下，我们有必要对各种施工质量通病采取有效的防范措施，尤其是外墙渗水，一旦发生，后期修补难度高，所产生的经济损失也大。同时，作为建筑业的从业人员有必要把好每道施工工艺，把优秀的建筑交付给业主也是我们职业道德体现的一部分。

（摘自：《建筑工人》）

作者简介：罗晖（1974-），男，江西抚州人，博士，教授，主要从事材料科学与工程研究。

收稿日期：2016-02-26

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.028

中图分类号：TU52

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）03-0028-03