趙 波,唐顯鵬

(四川國(guó)檢檢測(cè)有限責(zé)任公司，瀘州 646000)

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFB)最初是從20世紀(jì)70年在中國(guó)開(kāi)始使用，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)日益完善，是我國(guó)火電廠和熱電廠廣泛應(yīng)用的一種適用于劣質(zhì)煤的燃煤技術(shù)。由于該技術(shù)屬于潔凈燃煤技術(shù)，國(guó)家也在大力對(duì)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)進(jìn)行推廣。隨著CFB燃煤技術(shù)的推廣與普及，CFB灰的排放量也在逐步增長(zhǎng)，廢棄灰渣的堆積也會(huì)越來(lái)越多，對(duì)環(huán)境污染特別嚴(yán)重[1]。

由于循環(huán)流化床燃燒爐的燃燒溫度通常在800～900 ℃之間，而傳統(tǒng)煤粉爐燃燒溫度通常在1 200～1 400 ℃之間[2,3]，循環(huán)流化床燃燒爐燃燒的產(chǎn)物多以煤灰和煤渣的形式存在，很少能夠形成融態(tài)的硅鋁玻璃球體[4]，并且采用低熱值劣質(zhì)煤作為燃料，以及在燃燒過(guò)程中加入脫硫劑等原因，所以循環(huán)流化床粉煤灰與傳統(tǒng)煤粉爐粉煤灰在形式上和化學(xué)成分上有很大的不同。

當(dāng)前對(duì)CFB灰的利用程度還不高，多數(shù)廢棄灰渣采用堆放處理，部分應(yīng)用于路基材料、水泥混合材料以及墻體材料等[5]。該研究將CFB灰替代PC灰摻入砂漿中，并對(duì)砂漿各項(xiàng)性能進(jìn)行研究，不僅增加了CFB灰的利用途徑，還可以降低砂漿整體成本，并且在一定程度上對(duì)砂漿基本性能有一定的改善作用，同時(shí)起到了環(huán)保作用和提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 水泥

水泥采用四川某水泥有限公司生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42.5R的普通硅酸鹽水泥(P· O42.5R)，水泥密度為3 030 kg/m3，比表面積360 m2/kg，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別為29.5 MPa和51.5 MPa，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 摻合料

摻合料采用四川某粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的PC灰(試驗(yàn)代號(hào)F)和四川某熱電廠生產(chǎn)的CFB灰(試驗(yàn)代號(hào)CF)，根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596—2017標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法對(duì)兩種摻合料進(jìn)行檢測(cè)，材料理化性能見(jiàn)表1。

表1 摻合料理化性能

1.3 外加劑

外加劑采用廣州浪淘沙新型材料有限公司生產(chǎn)的砂漿增塑劑，外加劑各項(xiàng)指標(biāo)均符合《抹灰砂漿增塑劑》JG/T 426—2013標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 骨料

細(xì)骨料采用機(jī)制砂和天然砂按一定比例摻配使用，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為2.9，表觀密度為2 690 kg/m3，石粉含量為6.3%。天然砂細(xì)度模數(shù)為1.4，表觀密度為2 560 kg/m3，含泥量為2.0%。砂石各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 砂漿性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法與環(huán)境

根據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T 70—2009標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)砂漿進(jìn)行制備和試驗(yàn)，砂漿稠度、表觀密度、保水性、凝結(jié)時(shí)間在溫度(20±5)℃、相對(duì)濕度50%以上的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)定，抗壓強(qiáng)度試件脫模后在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度90%以上的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期后破型，干燥收縮試件成型后在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度90%以上的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)7 d后拆模，再移入溫度為(20±2)℃、相對(duì)濕度(60±5)%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期測(cè)量長(zhǎng)度。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

砂漿性能分析試驗(yàn)采用基準(zhǔn)砂漿和試驗(yàn)砂漿對(duì)比分析的方式，基準(zhǔn)砂漿中總膠材用量為340 kg/m3，其中水泥280 kg/m3、PC灰60 kg/m3，在保證單位用水量、水膠比、細(xì)骨料用量不變的前提下，將CFB灰分別按照20 kg/m3、40 kg/m3、60 kg/m3的替代量等量替代PC灰配制試驗(yàn)砂漿，并對(duì)基準(zhǔn)砂漿和試驗(yàn)砂漿工作性能、物理力學(xué)性能以及收縮性能進(jìn)行分析研究，經(jīng)過(guò)配合比優(yōu)化后的砂漿配合比如表2所示。

表2 砂漿配合比

3 結(jié)果分析

砂漿工作性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，砂漿抗壓強(qiáng)度和干縮性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 砂漿工作性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 砂漿抗壓強(qiáng)度和干縮性能試驗(yàn)結(jié)果

3.1 摻合料性能結(jié)果分析

由表1中兩種摻合料的試驗(yàn)結(jié)果看，CFB灰除需水量比偏高之外，其余指標(biāo)均滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596—2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Ⅲ級(jí)灰的要求。由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度低于煤粉爐鍋爐并且采用低熱值劣質(zhì)煤作為燃料，以及在燃燒過(guò)程中加入脫硫劑等原因，CFB灰的燒失量、需水量比以及三氧化硫含量明顯高于PC灰[6]。而在細(xì)度、安定性以及強(qiáng)度活性指數(shù)方面，CFB灰的細(xì)度略高于煤粉爐粉煤灰，活性指數(shù)相差1%，比較接近，安定性均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 砂漿工作性能結(jié)果分析

由表1中兩種摻合料的試驗(yàn)結(jié)果和表3砂漿工作性能結(jié)果結(jié)合分析可見(jiàn)，CFB灰的需水量比為117%，明顯高于PC灰的100%，由于CFB灰表面微觀形態(tài)多程多孔疏松的不規(guī)則狀，且具有很強(qiáng)的吸水性，對(duì)外加劑的減水效果具有明顯的降低作用。由表3可看出，在保持外加劑摻量不變的情況下，不同的CFB灰替代量的試驗(yàn)砂漿稠度在40～50 mm范圍內(nèi)，表觀密度在1 920～2 005 kg/m3之間，凝結(jié)時(shí)間在410～450 min范圍之內(nèi)，保水率在87%左右。與基準(zhǔn)砂漿相比，砂漿稠度降低幅度在40%以上，砂漿表觀密度有明顯的增大，凝結(jié)時(shí)間也有顯著降低，保水率略微提高。并且，隨著CFB灰對(duì)PC灰替代量的提高，砂漿稠度和凝結(jié)時(shí)間逐漸降低，表觀密度逐漸增大[7]，此時(shí)的試驗(yàn)砂漿的工作性能明顯低于基準(zhǔn)砂漿的工作性能，不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

而隨著CFB灰對(duì)PC灰替代量的增大，試驗(yàn)過(guò)程中適當(dāng)提高外加劑摻量以保證試驗(yàn)砂漿稠度與基準(zhǔn)砂漿基本相同，并且隨著CFB灰替代量增大而增大摻量，此時(shí)試驗(yàn)砂漿稠度均控制在80～85 mm之間，表觀密度在1 811～1 828 kg/m3之間，凝結(jié)時(shí)間在488～548 min范圍之內(nèi)，保水率在88%左右。當(dāng)編號(hào)為SY-6的試驗(yàn)砂漿中CFB灰完全替代PC灰后，此時(shí)外加劑的摻量最大，試驗(yàn)砂漿的稠度、表觀密度和凝結(jié)時(shí)間與基準(zhǔn)砂漿在同一水平，保水性略?xún)?yōu)于基準(zhǔn)砂漿。總體來(lái)看，編號(hào)為SY-6的試驗(yàn)砂漿工作性能略?xún)?yōu)于基準(zhǔn)砂漿，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

3.3 砂漿力學(xué)性能結(jié)果分析

由表4可看出，在未提高外加劑摻量的情況下，試驗(yàn)砂漿表觀密度有明顯的增大，含氣量有所降低，不同的CFB灰替代量的試驗(yàn)砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度和28 d抗壓強(qiáng)度分別在8.4～11.4 MPa和14.8～20.0 MPa之間，與基準(zhǔn)砂漿相比，7 d抗壓強(qiáng)度和28 d抗壓強(qiáng)度的提高幅度分別在38%～82%和48%～100%之間，抗壓強(qiáng)度具有較大幅度的提高。而隨著CFB灰對(duì)PC灰替代量的增大，試驗(yàn)過(guò)程中適當(dāng)提高外加劑摻量的情況下，此時(shí)的試驗(yàn)砂漿7 d抗壓強(qiáng)度和28 d抗壓強(qiáng)度分別在6.1～7.8 MPa和10.8～13.1 MPa之間，與基準(zhǔn)砂漿相比，7 d抗壓強(qiáng)度和28 d抗壓強(qiáng)度的提高幅度分別在0～18%和8%～31%之間，整體抗壓強(qiáng)度略有提高。而當(dāng)CFB灰完全替代PC灰后，試驗(yàn)砂漿7天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)砂漿相等，28 d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)砂漿高0.8 MPa[8]。

3.4 砂漿收縮性能結(jié)果分析

通過(guò)表4基準(zhǔn)砂漿和試驗(yàn)砂漿的收縮性能結(jié)果來(lái)看，試驗(yàn)砂漿的28 d干燥收縮率略高于基準(zhǔn)砂漿，試驗(yàn)砂漿較基準(zhǔn)砂漿的28 d干燥收縮率增加幅度在0.03%之內(nèi)，其中試驗(yàn)編號(hào)為SY-3與JZ-1同為0.06%，試驗(yàn)編號(hào)SY-2和SY-6較JZ-1增幅為0.03%。由于CFB灰中的游離氧化鈣含量?jī)H為0.01%，并且SO3含量為2.0%，SO3含量并未超出《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596—2017標(biāo)準(zhǔn)限值3.0%，并且在相對(duì)濕度為(60±5)%的干燥環(huán)境下，砂漿在水化反應(yīng)的過(guò)程中生成的膨脹性產(chǎn)物較少，此時(shí)各組試驗(yàn)砂漿，整體表現(xiàn)為具有收縮性。

4 結(jié) 論

由于各地循環(huán)流化床燃燒爐使用的燃煤品種及化學(xué)組分各不相同，CFB灰的各組分含量也有比較大的差別，通過(guò)對(duì)四川某熱電廠CFB灰的應(yīng)用于砂漿試驗(yàn)研究得出如下結(jié)論：

a.材料性能方面：由于循環(huán)流化床燃燒爐溫度為800～900 ℃，比傳統(tǒng)的煤粉爐溫度低，導(dǎo)致部分碳粉燃燒不夠充分，使得燒失量、需水量比以及細(xì)度比較大。而且由于在燃燒過(guò)程中摻入了脫硫劑，使得燃燒產(chǎn)生的飛灰中三氧化硫含量比較高。

b.工作性方面：由于CFB灰的需水量比比較大，采用CFB灰替代PC灰后，增加了砂漿的容重，降低了稠度和凝結(jié)時(shí)間，對(duì)保水率影響不大。并且CFB灰對(duì)外加劑也有一定程度的影響，隨著CFB灰替代PC灰比例的增大，采用相應(yīng)的提高外加劑摻量的手段，可以使試驗(yàn)砂漿在稠度、凝結(jié)時(shí)間、表觀密度和保水率等工作性能與基準(zhǔn)砂漿保持同一水平。

c.強(qiáng)度方面：采用CFB灰替代PC灰后，試驗(yàn)砂漿強(qiáng)度比基準(zhǔn)砂漿有一定幅度的提高，當(dāng)提高外加劑摻量使工作性能與基準(zhǔn)砂漿保持同一水平后，試驗(yàn)砂漿與基準(zhǔn)砂漿強(qiáng)度保持同一水平。

d.干燥收縮性能方面：在干燥養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，試驗(yàn)砂漿和基準(zhǔn)砂漿均表現(xiàn)為一定程度的收縮。