CFB鍋爐灰渣活化劑篩選試驗研究

　科學(xué)研究CFB鍋爐灰渣活化劑篩選試驗研究龔洛書楊建新（中國建筑科學(xué)研究院‘黃婉利（鎮(zhèn)海石化公司研究中心柳春圃（中國冶金建筑研究總院重點對N型活化劑及其活化后CFB灰渣主要物理力學(xué)性能作了描述，發(fā)現(xiàn)這種活化后的CFB灰渣具有強度高，收縮變形小，后期略有微膨脹，抗碳化性能好等特點，是適用于制作墻體材料制品的好原材料。

　　09：B 1試驗?zāi)康臑榱烁纳艭FB灰渣的性能，開辟其綜合利用的途徑，我們粉煤灰、硬石音等工業(yè)廢渣的改性經(jīng)驗，采取了摻用活化劑的改性措施，并對多種活化劑進行了篩選試驗，以求得到一種既能活化CFB灰渣使其綜合性能指標(biāo)達到普通建筑石膏水平，而活化成本又較低的適宜活化劑品種和可行的活化工藝。

　　2試驗條件和方法本試驗采用了鎮(zhèn)海公司提供的數(shù)量有限的美、韓兩國的CFB灰渣。試驗條件和方法為：30mm立方體試件的抗壓強度，作為主要控制和比較指標(biāo)；試驗用灰渣的細(xì)度，一律控制在008號篩篩余在14%16%范圍內(nèi)；試件成型Id后拆模，并立即進行抗壓強度試驗，或在50°±3C恒溫烘箱內(nèi)烘干24h后進行破型試驗；試驗均在室溫糾30C條件下進行。

　　3篩選試驗結(jié)果單一型活化劑：主要選用了A型、N型、AS型等單一無機鹽作活化劑。

　　復(fù)合型活化劑：是由兩種以上無機鹽類復(fù)合的活化劑，主要有PS型、DL型、GP型無機鹽及與之復(fù)合的單一型無機鹽。

　　混合型活化劑：是由有機類減水劑和無機鹽組合而成，主要為混I型、混I型及混H型三種。

　　活化劑篩選試驗共使用由12種不同無機鹽和有機鹽配制的30多種活化劑配方，以及其不同摻量進行試驗。現(xiàn)將一些規(guī)律性較好，有價值的試驗結(jié)果列于表1、表2及表3.單一型活化劑篩選試驗結(jié)果序CFB灰渣活化劑p抗壓強度（MPa）美混1號N型美混1號N型美灰1號N型美灰2號A型美灰2號A型韓混2號N型韓混2號N型一韓混2號A型韓混2號AS型韓渣3號磨細(xì)韓灰3號N型韓3號磨細(xì)N型一注：①表中符號：fid―Id拆模后未經(jīng)烘干的抗壓強度（MPa）；*參加本項目研究的還有：肖若平、檀革江等。

　　6/2002粉煤灰fd―ld拆模烘干24h的抗壓強度CMPa）；fm―烘干24h后浸水2h的抗壓強度（MPa）；K一軟化系數(shù)，K=fm/fd；P―氣干表觀密度（kg/m3）；W/C―水灰比。

　�、诨罨瘎�摻量為灰渣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

　　表2 CFB灰渣硬化體的28d強度序號灰渣品種活化劑養(yǎng)護條件抗壓強度f28d（MPa）類型捧量（％）美混1號常溫潮濕養(yǎng)護28d美混1號N型同上美混1號N型同上GP型表3單一型活化劑與石裔復(fù)合的試驗結(jié)果序號灰渣品種類型：-美灰1號GP型N型美灰1號GP型N型美灰1號GP型A型為了驗證N、A型活化劑與石音（GP型）的復(fù)合效果，我們還進行了干CFB灰渣中單摻石膏的對比試驗，結(jié)果證明單摻石音的增強效果不如石膏與N型活化劑的復(fù)合增強效果好。

　　表4經(jīng)活化改性的CFB灰漿的凝結(jié)時間和脫模強度~CFB活化劑w/（：凝結(jié)時間（h：min）抗壓強度（MPa）號品種類型慘量（％）W/C初凝終凝lh6h韓灰3號N型韓灰3號N型GP型韓灰3號N型GP型韓灰3號N型GP型建筑石膏4結(jié)果分析與討論表1表4的試驗結(jié)果說明，采用不同類型、不同摻量的活化劑所配制成的不同品種CFB灰渣試件的抗壓強度相差很大。但從中可以看出一個很明顯的規(guī)律，即除個別者外，摻人活化劑后，其早期強度均可提高一倍至數(shù)倍。Id脫模后的抗壓強度最高可達68MPa，而經(jīng)24h烘干的強度，則最篼可達13 17MPa，即可以達到或超過同條件下普通建筑石膏的從表中還可看出，不同類型、不同摻量活化劑的活化效果也不相同，可以歸納出以下幾點：單一型活化劑活化效果較好，特別是N型活化劑效果更明顯（表1）。摻1%N型活化劑的韓混2號的為不摻時的2. 7倍；而美混1號摻1%型活化劑后為不摻時的4倍。隨著活化劑摻量的增加，其增強效果也在增大。如摻2%N型活化劑的美混1號CFB渣的fd增至9.05MPa，為摻1%時的1.2倍，為不摻活化劑時的4. 6倍，而摻3.3%N型活化劑的美灰1號的fd可高達15MPa，為不摻活化劑的6倍（表1序號5）。但摻量太大試件表面有泛白現(xiàn)象，所以我們認(rèn)為選擇1%2%的摻量，較為適宜。

　　A型單一活化劑的活化效果也比較好，但其泌水性較嚴(yán)重，且價格比N型昂貴，故不推薦。表2的試驗結(jié)果則說明，摻不摻活化劑的試件潮濕養(yǎng)護28d的抗壓強度都可達到1315MPa.復(fù)合型及混合型活化劑的增強效果多數(shù)不夠明顯，只有當(dāng)與石音復(fù)合時，強度才有較大的提篼。為減少CFB灰漿泌水性而摻人減水劑及高效減水劑配成的混I型及混I型活化劑，也只能改善大水灰比的CFB灰漿泌水性，并無明顯的增強效果。

　　單一N型活化劑與半水石音復(fù)合使用，既可取得明顯的活化增強效果（表3又可大大縮短CFB灰漿的凝結(jié)時間，減少其泌水，即綜合改善其凝結(jié)性能）。例如，當(dāng)N型活化劑摻量為1.0%，石膏摻量為25%時，灰漿的終凝時間已可縮短至35min；而當(dāng)石膏摻量增至50%時，其凝結(jié)時間可縮短至25min，但lh脫模強度仍不能滿足生產(chǎn)工藝要求。當(dāng)石音摻量增至100%時，其lh強度已可滿足快速脫模的要求（1.45MPa）。因此，可以認(rèn)為，N型活化劑（摻量1%左右）與半水石膏復(fù)合（摻量25%100%）是較為理想的，用其活化的CFB灰渣Id烘干強度已經(jīng)接近或超過建筑石膏的水平。

　　A型活化劑也可與石膏復(fù)合取得類似的效果，只因A型活化劑成本較篼，才未考慮采用。

　　韓灰、韓渣與韓混灰漿活化后均有假凝現(xiàn)象。

　　5活化CFB灰渣的性能我們還進行了如下試驗驗證工作：抗壓強度是表征材料性能的最主要技術(shù)指標(biāo)，不同試件尺寸和不同養(yǎng)護方法對它有不同影響。

　　1）試件尺寸對強度的影響。為了節(jié)約材料，上述的抗壓強度試驗都是采用3X3X30mm小試件進行的，此種試件的試驗結(jié)果與按GB9776規(guī)定的4X 40X62.5mm標(biāo)準(zhǔn)試件試驗結(jié)果之間的關(guān)系如何，是否可信，為了確定它們之間的換算關(guān)系，我們用普通建筑石膏專門制作了兩種不同尺寸的試件各10組。

　　并在同條件下進行了抗壓強度對比試驗。

　　件的抗壓強度需乘以卩=1.16的換算系數(shù)，即：f40 5mm試件的抗壓強度16，標(biāo)準(zhǔn)差==15，變異系數(shù)較�。⊿=0.115），說明試驗是可信的。

　　2）不同養(yǎng)護條件對強度的影響。選用了干熱、常溫自然養(yǎng)護、低溫養(yǎng)護不同養(yǎng)護方法進行對比試驗，試驗結(jié)果列于表5.表5養(yǎng)護方法對抗壓強度的彩響韓渣2號Id脫模不養(yǎng)護50'C干熱養(yǎng)護（供干）韓渣2號50C蒸氣養(yǎng)護韓灰3號N型在1015C條件下養(yǎng)護韓灰3號同上韓渣3號0室內(nèi)常溫潮濕養(yǎng)護韓渣3號N型室內(nèi)常溫潮濕養(yǎng)護7美混1號08美混4號N型1室內(nèi)常溫潮濕。5養(yǎng)護n室內(nèi)常溫自然。5養(yǎng)護注：試件成型后放置Id脫模后進行養(yǎng)護。

　　表5的試驗結(jié)果說明：CFB灰渣試件采用50C干熱養(yǎng)護（烘干），養(yǎng)護Id后的抗壓強度僅為28d常溫潮濕養(yǎng)護的3%左右。但若采用蒸氣養(yǎng)護，則其強度更低（序號2）。

　　由于CFB灰渣具有一定水硬性，所以，在室內(nèi)常溫（25C左右）潮濕條件下養(yǎng)護，早期強度的增長較在室內(nèi)常溫自然養(yǎng)護（不經(jīng)常澆水）增長快，無論摻與不摻N型活化劑，其14d的強度都可達I3l4MPa（與普通建筑石膏相當(dāng)）。但在常溫自然養(yǎng)護（不澆水）時‘則達不到。從養(yǎng)護溫度的角度看，無論摻與不摻活化劑，其常溫養(yǎng)護的試件，28d的抗壓強度都比在115'C條件下養(yǎng)護的試件強度約高出30%左右�？梢哉J(rèn)為，CFB灰渣試件不宜在5'C條件蒸養(yǎng)，但在常溫潮濕條件下，或先潮濕，后干燥的條件下養(yǎng)護烘干，對其強度的增長是較有利的。

　　為了驗證活化CFB灰渣硬化體的收縮膨脹性能，我們采用摻入1%N型活化劑及不慘活化劑的CFB灰渣與普通建筑石膏，同時制作40X 160mm的試件各一組，經(jīng)一d后脫模，在恒溫恒濕試驗室中進行收縮試驗，其試驗結(jié)果列于表6.活化CFB灰渣收縮率比較（mm/m）號品種類型摻量（d）6/2002粉煤灰3d略大于普通建筑石儋，7d后水份蒸發(fā)基本停止，不僅不收縮還略有膨脹，摻入N型活化劑的試件微膨脹現(xiàn)象更為明顯。

　　前面表2的試驗資料已經(jīng)說明，CFB灰渣CaO/S03（鈣硫比）較高（1. 562.22），與水拌合后呈堿性，pH值達1213，（而普通建筑石儋則呈酸性，其PH值僅為67），說明CFB灰渣屬強堿性材料。

　　試驗還發(fā)現(xiàn)，成型后室內(nèi)放置三個多月的試件，破型后用酚酞溶液檢驗，其碳化深度已達左右，說明其碳化速度是很快的。

　　由此可見，硬化后的CFB灰渣，其水化產(chǎn)物中存在著較多的Ca（OH）2，故呈堿性。它在空氣中與C02相互作用，形成碳酸鈣（CaC03）。這即是CFB灰渣的碳化過程。

　　為了了解CFB灰渣試件碳化后強度的變化情況，我們將兩。組40X40X40mm的活化CFB灰渣試件，放人C02濃度為20%的人工碳化箱內(nèi)，碳化5d后進行破型試驗，發(fā)現(xiàn)已全碳化，其深度大于20mm，碳化后試件的表觀密度比碳化前增長約11%，抗壓強度增長24%以上，試驗結(jié)果見表7.表7 CFB灰渣硬化體的碳化后性能序*洛活化劑表觀密度（kg/m3）抗壓強度（MPa）號品種類型接童《）W/C拔化前《化后拔化前碳化后增（妓注：試件自然養(yǎng)護14d后進行碳化。

　　吸水率與軟化系數(shù)試驗說明，無論摻與不摻活化劑的CFB灰渣，其吸水率與軟化系數(shù)都差不多。其吸水率一般為20%30%，其軟化系數(shù)為。30.5.與普通建筑石音硬化體相比，吸水率較低，而軟化系數(shù)稍高，說明其耐水性能較好。

　　為了便于比較，現(xiàn)將上述活化CFB灰渣硬化前后的主要物理力學(xué)性能，連同其標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間、表觀密度等性能指標(biāo)，與未活化灰渣和普通建筑石音硬化體的有關(guān)指標(biāo)匯總列于表8.相對比較之下，可以使我們了解到活化CFB灰渣的一些獨特的性能。

　　表8活化CFB灰*主要物理力學(xué)性能項目名稱號活化CFB灰未活化CFB（摻Nil%）灰渣建筑石膏1標(biāo)準(zhǔn)稠度（％）2凝結(jié)時間，初S不小于終不大于3表觀密度，（kg/m3）4抗壓強度，虬烘干，（MPa）5軟化系數(shù)6收縮率（mm/m）7碳化強度系數(shù)8吸水率（％）9外觀顏色淺灰到深灰白至灰白色6結(jié)論摻人N型活化劑對低品位的CFB灰渣有較好的活化作用。與不摻活化劑的灰渣相比，摻人1%2%的N型活化劑可使其硬化體的早期抗壓強度有較大提高，對其凝結(jié)性能也有一定改善。雖然其ld烘干強度僅為普通石膏的50%，但后期強度仍繼續(xù)增長，至28d則與之相當(dāng)或超過它。

　　為了大幅度改善灰漿的凝結(jié)性能，除摻人N型活化劑外，還可根據(jù)使用要求，摻人一定量普通石音粉。

　　與普通建筑石膏相比，活化CFB灰渣還具有碳化速度快、碳化后密度增加、強度提高、硬化過程中有微膨脹現(xiàn)象、收縮率小和吸水率較小、耐水性較好等特點。

　　試驗證明，活化CFB灰渣硬化體的水化產(chǎn)物以二水石音為主，同時還含有相當(dāng)數(shù)量的Ca（OH）2，呈強堿性�；罨瘎┰谒�化過程中只起催化作用，促進水化產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)的形成，提篼硬化體的早期強度。

　　2韓混4建筑石膏―一一一一注。e-正值為收縮率（mm/m）；負(fù)1則為膨脹率（/m）了‘△Q―水份蒸發(fā)率（％）。