掺超细循环流化床粉煤灰水泥的特性研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 9次 | 上传用户:etzhenghao2
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随着清洁燃煤技术的发展,循环流化床锅炉燃烧技术因其高效、低污染及清洁生产的优势,在火力发电领域迅速发展。由于燃烧温度较低,原状循环流化床粉煤灰(Raw circulating fluidized bed fly ash,简称RCFA)与普通粉煤灰的形成机理有着根本性的不同,两者的物化特性存在巨大差异,但也具有火山灰活性,甚至具有自硬性,可作为辅助胶凝材料应用于水泥混凝土。未经处理的循环流化床粉煤灰物化特性通常很差(如表面疏松多孔、高硫高钙等),引起水泥混凝土工作性和后期膨胀的问题,对粉煤灰等工业废渣进行机械粉磨细化能够显著改善其颗粒表面性质、提高水化活性及其在水泥混凝土中的应用性能,尤其超细粉煤灰、超细矿渣粉等已在水泥混凝土中被广泛应用。为改善循环流化床粉煤灰在水泥混凝土中的应用性能,本论文以循环流化床粉煤灰为研究对象,对其进行超细粉磨处理,在分析其物理化学特性的基础上,系统研究了掺超细循环流化床粉煤灰(Ultrafine circulating fluidized bed fly ash,简称UCFA,D50<5μm)水泥的流变性能、水化与硬化性能及体积变形特性等,并探讨其对水泥性能的优化。研究结果表明:(1)超细粉磨显著改善循环流化床粉煤灰的颗粒形貌和孔隙结构,提高堆积密度和粉体流动性,降低其需水量比;超细粉磨破坏了循环流化床粉煤灰部分晶体有序结构,增加晶格缺陷,从而提升了其中活性硅铝的溶出速率,使得火山灰活性增强,促进水化产物生成以及微结构的优化,进而提高其胶凝材料的宏观力学性能。(2)超细粉磨使得循环流化床粉煤灰与聚羧酸减水剂具有更好的相容性,对掺循环流化床粉煤灰水泥流动性有较好的改善效果,但未改变浆体的流体模型(宾汉姆模型);掺超细循环流化床粉煤灰水泥的颗粒分布是影响流变性能的主要因素,超细粉磨改善了颗粒表面粗糙度和多孔结构,有利于系统内自由水含量的增加,有效改善了水泥浆体触变性;在10wt%掺量时,掺超细循环流化床粉煤灰水泥颗粒的De降低,n值增大,浆体屈服应力τ0和塑性粘度η均下降,新拌水泥浆体的流变性能得到改善,水泥浆体触变性最小。(3)循环流化床粉煤灰使水泥水化诱导期延长,第二放热峰推迟,峰值降低,峰宽变宽,超细粉磨改善了这一现象,提高总放热量;超细粉磨使得循环流化床粉煤灰水化程度提高,水化速率更快,水化产物更多,硬化浆体结构更加致密,对强度的贡献率更高,尤其是对后期强度的提高显著。(4)掺循环流化床粉煤灰水泥的体积膨胀率随着掺量的增大而增大,膨胀率曲线复合对数函数模型:F(t)=a-bln(t+c)超细粉磨促进Ⅱ-硬石膏的溶解,加速Ⅱ-CaSO4转变为CaSO4?2H2O的进程,加速早期膨胀释放,提升了Ⅱ-硬石膏总溶出量,降低总膨胀率;掺循环流化床粉煤灰水泥在不同龄期膨胀的来源不同:3d-主要是钙铝相与SO42-生成的钙矾石,及Ⅱ-CaSO4转变为CaSO4?2H2O发生的膨胀,28d-主要是循环流化床粉煤灰中铝的溶出生成延迟钙矾石及Ⅱ-CaSO4转变为CaSO4?2H2O过程中发生的膨胀,长期-主要以循环流化床粉煤灰颗粒内核的CaO裸露转为化CH发生的膨胀;循环流化床粉煤灰颗粒结构与中心为CaO内核、中间为无定型物和表层富集Ⅱ-硬石膏的理想颗粒模型类似。(5)超细循环流化床粉煤灰对复合水泥的强度有较好改善作用,尤其是后期,小幅度增加水泥需水性和凝结时间,掺量不宜大于20%,5%时最优;在UCFA:RCFA:石灰石粉=60:25:15比例下,可制备优良的复合矿物掺和料,其需水量比97.5%,7d和28d活性指数为74.1%和91.1%,30%掺量内,混凝土初始坍落度没有变化,减少1h坍落度损失,和易性良好;后期强度没有影响。
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