电厂燃煤炉渣在预拌砂浆中的应用技术研究.pdf
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1、0引言电厂燃煤炉渣渊以下简称炉渣冤是指燃煤电厂中的煤炭在温度超过 1 200 益的锅炉中燃烧后袁在高温熔融状态下经水淬急冷处理后从底部排渣口排出的灰渣1袁属于燃煤电厂除粉煤灰以外的第二大类固体废渣2-3遥 炉渣的粒径范围与天然砂相近袁化学成分与粉煤灰相近袁而粉煤灰在我国的研究与电厂燃煤炉渣在预拌砂浆中的应用技术研究高仁辉1袁曹巍缤2袁庞超明3袁*袁刘家彬2袁秦鸿根3渊1.中山市东峻混凝土有限公司袁广东 中山 528462曰2.东南大学 土木工程学院袁江苏 南京 211189曰3.东南大学 材料科学与工程学院 江苏省土木工程材料重点实验室袁江苏 南京 211189冤摘要院分析了电厂燃煤炉渣的基本
2、性能袁设计了一种炉渣吸水率快速测试方法袁研究了炉渣等体积替代部分河砂对不掺和掺机制砂预拌砂浆工作性和力学性能的影响遥 结果表明院炉渣具有质轻尧多孔尧吸水率高的特点袁其中粒径在 0.60 mm 以下的颗粒占比在 60%左右曰用粒径为 04.75 mm 的烘干炉渣等体积替代 10%尧20%的河砂袁会导致不掺机制砂的 M10 预拌砂浆的稠度和强度降低曰 用粒径为 04.75 mm 的饱和面干状态的炉渣等体积替代 20%尧40%的河砂袁同时掺入适量砂浆改性剂和调节剂袁可制备出性能要求满足 M10 的掺机制砂预拌砂浆袁但其稠度仍明显低于未掺炉渣组的稠度曰用粒径为 00.60 mm 的炉渣等体积替代 38
3、%尧76%的同粒径河砂袁同时掺入适量附加水尧减水剂尧砂浆改性剂和调节剂袁可制备出性能要求满足 M7.5尧M10 和 M15 的掺机制砂预拌砂浆袁且其稠度较大袁强度较高袁其中袁附加水量按炉渣质量乘以炉渣 1 h 吸水率的 60%70%计算曰掺入适量激发剂可提高炉渣细粒料渊粒径 00.60 mm冤的活性遥关键词院电厂燃煤炉渣曰预拌砂浆曰配合比设计曰工作性曰力学性能中图分类号院TU521.4文献标识码院Adoi院10.19761/j.1000-4637.2023.09.080.06Study on application technology of coal-fired slag in ready-
4、mixed mortarGAO Renhui1,CAO Weibin2,PANG Chaoming3袁*,LIU Jiabin2,QIN Honggen3(1.ZhongShan DongJun Concrete Co.,Ltd.,Zhongshan 528462,China;2.School of Civil Engineering,Southeast University,Nanjing 211189,China;3.Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials,School of Materials Science and Engine
5、ering,Southeast University,Nanjing 211189,China)Abstract:The basic properties of coal-fired slag were analyzed,and a rapid testing method for water absorption rate ofcoal-fired slag was designed,and the effects of replacing part of river sand with coal-fired slag on the workability andmechanical pro
6、perties of ready-mixed mortar without and with machine-made sand were studied.The results show that thecoal-fired slag is lightweight,porous,and has a high water absorption rate,and the proportion of particles with the particlesize below 0.60 mm is about 60%.Replacing 10%and 20%of river sand with th
7、e drying coal-fired slag with the particlesize of 04.75 mm can lead to a decrease in the consistency and strength of M10 ready-mixed mortar without machine-madesand.Replacing 20%and 40%of river sand with coal-fired slag in a saturated surface dry state with the particle size of 04.75 mm,and adding a
8、n appropriate content of mortar modifier and regulator,the ready-mixed mortar with machine-madesand that meets the performance requirements of M10 can be prepared,but its consistency is still significantly lower than thatof the group without coal-fired slag.Replacing 38%and 76%of the same particle s
9、ize river sand with coal-fired slag withthe particle size of 00.60 mm,and adding an appropriate content of additional water,water reducing agent,mortar modifierand regulator,the ready-mixed mortar with machine-made sand that meets the performance requirements of M7.5,M10 andM15 can be prepared,and t
10、he consistency and strength are high.Among which,the additional water content can becalculated by multiplying the coal-fired slag mass by 60%70%of the 1 h water absorption rate of coal-fired slag.Addingan appropriate content of activator can improve the activity of fine-grained coal-fired slag with
11、particle size of 00.60 mm.Keywords:Coal-fired slag;Ready-mixed mortar;Mix proportion design;Workability;Mechanical property基金项目院 国家重点研发计划项目渊2021YFB3802000尧2021YFB3802004冤曰珠海春禾研究院项目遥圆园23 年第 9 期混 凝 土 与 水 泥 制 品圆园23 晕燥.99 月悦匀陨晕粤 悦韵晕悦砸耘栽耘 粤晕阅 悦耘酝耘晕栽 孕砸韵阅哉悦栽杂September80-表 1水泥的性能参数Table 1Performance parame
12、ters of cement表 2水泥和粉煤灰的主要化学成分Table 2Main chemical compositions of cement and fly ash应用已趋于成熟袁 但目前关于炉渣的研究相对较少袁主要集中在以下几方面院淤用作细骨料取代部分天然砂袁这通常对混凝土的后期强度有利袁但会造成混凝土的工作性和早期强度降低曰于磨细后用作水泥混合材或混凝土渊砂浆冤掺合料4曰盂用于蒸压加气混凝土尧填料尧固体吸附剂等方面5-8遥近年来袁出于环境保护需要袁各地相继出台了限制天然砂石开采的相关政策袁导致天然砂石资源出现供应紧缺的问题袁因而预拌混凝土和预拌砂浆中大量使用机制砂遥而机制砂相比于天然
13、砂通常存在细度模数较大尧颗粒级配较差等问题袁常需要复掺适量的细砂或特细砂以调整骨料级配满足工程要求9-10遥本文在了解炉渣基本性能的前提下袁研究炉渣对不掺和掺机制砂预拌砂浆 渊本文指湿拌砂浆冤工作性和力学性能的影响袁以期为提高炉渣的资源化利用率尧降低预拌砂浆原材料成本等提供参考遥1试验概况1.1原材料水泥院南京海螺 P 窑 O 42.5 级水泥袁性能参数见表 1袁主要化学成分见表 2遥标准稠度用水量/%比表面积/渊m2/kg冤安定性凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3 d28 d3 d28 d26.0354合格1812965.67.725.851.6名称CaOAl2O3S
14、iO2Fe2O3P2O5SO3K2OTiO2Cl-MnOLOI水泥粉煤灰55.4905.72011.41024.31021.54057.7102.3706.3300.1401.1402.4101.1700.6801.9400.5401.3500.0200.0070.1600.1601.200要%粉煤灰院江苏智晟节能科技有限公司提供的玉级粉煤灰袁细度为 7.8%袁密度为 2 267 kg/m3袁烧失量为 3.7%袁28 d 活性指数为 86.8%袁需水量比为 92%袁主要化学成分见表 2遥石粉院 中山神湾冠通厂提供的花岗岩石粉袁0.045 mm 方孔筛筛余小于 20%袁28 d 活性指数为65%
15、68%遥河砂院细度模数为 1.4袁属于特细砂袁表观密度为 2 600 kg/m3袁堆积密度为 1 560 kg/m3袁试验前筛除粒径在 2.36 mm 以上的粗颗粒遥机制砂院 由中山市东峻混凝土有限公司提供袁细度模数为 2.9袁表观密度为 2 620 kg/m3袁石粉含量为 4.2%袁亚甲蓝值为 1.0袁含水率为 8.4%遥炉渣院由珠海电厂提供遥砂浆改性剂院由广州益丰建材科技有限公司提供袁含有一定的增稠和引气组分袁主要用于调节预拌砂浆的工作性遥砂浆调节剂院由广州益丰建材科技有限公司提供袁含有一定缓凝与减水组分袁主要用于调节预拌砂浆的保塑时间遥减水剂院 江苏苏博特新材料股份有限公司提供的聚羧酸系
16、减水剂袁含固量为 25%袁减水率为 25%遥激发剂院硫酸钠袁分析纯遥水院自来水遥1.2试验方法1.2.1炉渣性能试验方法颗粒级配尧表观密度尧堆积密度和空隙率院按照GB/T 14684要2022叶建设用砂曳进行测试遥吸水率院本文针对炉渣的特点袁设计了一种吸水率快速测试方法袁具体如下院从随机选取的两组炉渣中各取 500 g袁混合后在温度为渊105依2冤益烘箱中烘干至少 24 h袁然后称取 300 g 炉渣放入 500 mL 的细口容量瓶中袁并在 1 min 内加水至所标注的某一刻度线袁 立即称量此刻容量瓶的总质量袁 当水位线下降时袁用吸管加水保持水位线不变袁定时称量袁并计算炉渣在 24 h 内的吸
17、水率时变规律遥化学成分院用 X 射线荧光光谱仪分析炉渣的化学成分遥烧失量院按照 GB/T 176要2017叶水泥化学分析方法曳中的灼烧差减法进行检测遥 由于炉渣具有不均匀性袁且颜色差异较大袁考虑到其中的黑色颗粒可能含碳量偏高袁 故选取三组样品进行烧失量测试袁一组为挑选的炉渣中的黑色颗粒袁另外两组为随机选取的炉渣遥 将样品在 950 益的高温下灼烧20 min 后进行烧失量检测遥微观形貌院用荷兰 FEI 公司生产的 FEI 3D 型扫描电子显微镜观察炉渣的微观形貌遥1.2.2砂浆性能试验方法电厂燃煤炉渣在预拌砂浆中的应用技术研究高仁辉袁曹巍缤袁庞超明袁等81-表 4炉渣的烧失量测试结果Table
18、 4Test results of ignition loss of slag图 1炉渣的粒径分布Figure 1Particle size distribution of coal-fired slag表 3炉渣的基本性能试验结果Table 3Test results of basic properties of coal-fired slag稠度尧保水率和力学性能院按照 JGJ/T 70要2009叶建筑砂浆基本性能试验方法标准曳进行袁其中袁力学性能包括抗压强度和抗折强度遥保塑时间院按照 GB/T 25181要2019叶预拌砂浆曳进行测试遥2炉渣的基本性能2.1物理性能不同地区的炉渣因燃煤时
19、间及处理方式不同袁其性能往往存在较大差异11遥 本试验用炉渣来自珠海电厂袁试验时袁随机选取两组炉渣袁测试其物理性能袁结果见表 3尧图 1 和图 2遥由表 3尧图 1 可知袁两组炉渣的物理性能区别不大袁粒径基本为 04.75 mm袁细度模数为 1.471.71袁处于细砂和特细砂之间袁其中袁粒径小于 0.60 mm 的颗粒占比为 60%左右遥 由表 3 还可知袁炉渣的表观密度与优质粉煤灰的密度 渊2 0002 300 kg/m3冤相近袁且低于河砂的密度渊2 600 kg/m3冤袁堆积密度在800 kg/m3左右袁空隙率在 60.0%左右遥由图 2 可知袁炉渣在前 10 min 内的吸水速率较快袁1
20、0 min 时的吸水率在 23.0%左右袁此后吸水率随时间的变化不大袁并逐渐趋于稳定遥 其中袁炉渣的 1 h吸水率为 23.7%袁24 h 吸水率为 24.8%遥2.2化学成分炉渣的主要化学成分试验结果见图 3遥由图 3 可知袁本文所用炉渣中的 SiO2含量较平均水平4稍低袁而 Al2O3和 CaO 含量则略高于平均水平4遥 SiO2含量较少可能会导致二次水化过程中的水化硅酸钙含量减少袁 进而造成砂浆的强度降低袁但Al2O3又可以在二次水化过程中生成水化铝酸钙袁从而弥补 SiO2含量较少带来的不足遥 总体上袁本文所用炉渣中的 SiO2尧Al2O3和 CaO 含量总和接近 80%袁与平均水平4相
21、差不大袁且粒径小于 0.15 mm 的细粒具备一定的火山灰活性遥炉渣的烧失量试验结果见表 4遥由表 4 可知袁 炉渣中的黑色颗粒含碳量略高袁其烧失量为 4.38%袁但仍满足玉级粉煤灰的要求遥随机 选 取 的 两 组 炉 渣 的 烧 失 量 分 别 为 2.66%和3.18%遥 因此袁整体看来袁炉渣内部的含碳量较少袁体积稳定性较高袁可用作混凝土渊砂浆冤原材料遥2.3微观形貌炉渣的微观形貌见图 4遥由图 4渊a冤可知袁炉渣颗粒呈不规则状尧球状等袁形状差异大袁结构复杂且多孔袁故炉渣相比于天然砂更轻尧更脆袁且吸水率较高遥 由图 4渊b冤可知袁块状或球状的炉渣颗粒孔隙较大袁推测炉渣掺入砂浆中会吸收部分拌
22、和水袁进而降低砂浆的工作性遥3炉渣对不掺机制砂预拌砂浆性能的影响参照 JGJ/T 98要2010 叶砌筑砂浆配合比设计规堆积密度/渊kg/m3冤空隙率/%粒径/mm细度模数78084060.058.604.7504.751.471.71表观密度/渊kg/m3冤1 9502 030炉渣第一组第二组1008060402000.15 0.30 0.60 1.18 2.36 4.75 9.50粒径/mm芋区域区玉区第一组炉渣第二组炉渣图 2炉渣的 24 h 吸水率Figure 224 h water absorption rate of coal-fired slag26242220181614121
23、0804008001 2001 600时间/min3026221814100204060时间/min1009080706050403020100SiO2Al2O3CaO SiO2+Al2O3+CaO化学成分本文所用炉渣平均水平4图 3炉渣的主要化学成分Figure 3Main chemical compositions of coal-fired slag类型炉渣中的黑色颗粒第一组炉渣第二组炉渣烧失量/%4.382.663.18圆园23 年第 9 期混凝土与水泥制品总第 329 期82-表 7掺机制砂预拌砂浆的初步配合比和性能试验结果Table 7Preliminary mix proport
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