0 引言
随着电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，年排放量已接近2亿t，而被利用的粉煤灰仅占排放粉煤灰量的25%～30%，造成粉煤灰的大量堆积。未被利用粉煤灰的堆放不仅占用大量土地，而且严重污染环境。
大量粉煤灰未被利用是由于粉煤灰的活性低，因此要提高粉煤灰的利用率，必须提高粉煤灰的活性。笔者较系统地进行了提高粉煤灰活性的不同方法研究，试图寻找一种简易可行的活化方法，以拓宽粉煤灰的利用途径。
1 提高粉煤灰活性的方法
1.1 磨细粉煤灰
粉煤灰越细，需水量越小，火山灰反应能力越好。我们以江油火电厂排出的粉煤灰为原料，通过粉磨研究粉煤灰细度对活性的影响，结果见表1。
注：未掺粉煤灰的水泥细度为4900孔筛筛余5.4%。
1.2 化学物质活化
利用化学物质活化粉煤灰，可采用：
1)碱性物质：NaOH、Ca(OH)2、水泥熟料等；
2)碱金属盐：Na2CO3、Na2O·nSiO2等；
3)硫酸盐：Na2SO4、CaSO4等；
4)Φ-2激发剂：其组成见表2。
表3～6分别列出了添加Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2和Φ-2激发剂对粉煤灰活性的影响。
注：水泥熟料28d抗压强度56.4MPa，水泥细度0.08mm方孔筛筛余5.2%，以下同。
表3～6数据表明，Na2SO4、Na2CO3活化粉煤灰效果欠佳，且带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.0%～1.4%；模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰效果较好，但模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰时水泥初凝时间较快，使用时需加缓凝剂，同时用Na2O·nSiO2作激发剂的生产成本较高，不利市场竞争，且使用Na2O·nSiO2将带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.5%左右，采用活性集料，在潮湿环境下有可能发生碱集料反应，建议不采用Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2作粉煤灰的活化剂。Φ-2激发剂活化粉煤灰的效果好，且带入粉煤灰的碱量较低，按Na2O计仅0.4%左右。实践证明，Φ-2激发剂是活化粉煤灰较理想的物质。
这里特别要说明的是，不能用含Cl-的化学物质作激发剂，因为这种物质会加速混凝土中钢筋的锈蚀，缩短混凝土的使用寿命。
1.3 改变粉煤灰组成与物相结构
粉煤灰中的主要矿物相为玻璃体、莫来石、石英，水硬性矿物很少，粉煤灰的活性主要来自玻璃相。为增加粉煤灰中的水硬性矿物以提高其活性，可采用加入石灰石、矿化剂，利用低温煅烧来改变粉煤灰的化学组成与矿物结构。
其主要影响因素为石灰石的加入量、矿化剂加入量、煅烧温度及煅烧时间。各影响因素的变化范围为：
石灰石： 37%～69%
矿化剂： 4%～10%
煅烧温度： 800～1000℃
煅烧时间： 80～150 min
该实验采用正交设计法，其实验方法如下：将烘干的石灰石、矿化剂磨细至通过0.08mm方孔筛的筛余为10%左右，后按拟定的石灰石、粉煤灰、矿化剂量称取、混合、搅拌均匀，加水成球，放入匣钵于箱式电阻炉内按拟定的煅烧温度、煅烧时间进行煅烧。煅烧结束后，取出急冷，将煅烧样品进行X射线衍射分析及密度、fCaO含量、安定性、凝结时间、抗压强度、抗折强度等性能测定，实验结果如下：
1)X射线衍射图表明，燃烧试样的主要矿物为β-C2S等；
2)煅烧试样的物理性能检测结果示于表7。
3)增钙粉煤灰的应用效果示于表8。
表8数据表明，采用煅烧法改变粉煤灰的化学组成与物相结构得到的粉煤灰，其活性很高，掺量高达50%时水泥强度指标仍能达到425号。
1.4 热力活化法
利用热力激活粉煤灰，其主要影响因素是石灰的加入量、压蒸温度、压蒸制度、脱水温度与脱水时间等，各影响因素的变化范围为：
石 灰： 10%～30%
压蒸温度： 150～200℃
压蒸时间： 6～10h
脱水温度： 700～900℃
脱水时间： 30～90 min
实验方法如下：将石灰、粉煤灰磨细至通过0.08mm方孔筛筛余10%左右，后按拟定的石灰、粉煤灰量称取、混合、搅拌均匀，成型，放入高压釜内，按拟定的压蒸温度、压蒸时间进行热力活化后，从高压釜内取出试样放入箱式电阻炉内按拟定的脱水温度、脱水时间脱水，脱水结束后，取出冷却，并测定试样强度。直观分析所得实验数据，找出热力活化粉煤灰的最佳条件，并按最佳条件活化粉煤灰，测定其物理性能等，测定结果列于表9。
按热力活化粉煤灰最佳条件活化粉煤灰，并将活化后的粉煤灰配制粉煤灰水泥，其试验结果列于表10。
实验结果表明，采用热力活化法可得到活性很高的粉煤灰，掺量高达50%时强度指标仍可达到425号。
2 活化粉煤灰方法比较
2.1 磨细粉煤灰
采用该方法工艺简单，不需增加设备投资。但该方法提高粉煤灰的活性是有限的，生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰的加入量通常少于25%。
2.2 化学物质活化
Φ-2激发剂活化粉煤灰生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰掺量高，同时该方法简单，不需改变原来生产工艺和增加设备投资。但采用该方法受铁路交通限制，远离铁路的水泥厂使用该方法，激发剂的运输费用太高。
2.3 改变粉煤灰化学组成与物相结构
采用该方法活化粉煤灰，粉煤灰掺量高，大幅度降低水泥生产成本，对交通不方便的水泥厂采用此法更适宜。但采用这种方法，需要一低温煅烧设备。
2.4 热力活化
用热力活化粉煤灰作混合材生产水泥，其掺量高。但采用该法，需要一高压釜与高温(900℃左右)脱水设备，其工艺过程较上述方法相对复杂。
3 结论
磨细粉煤灰、化学活化、改变粉煤灰的化学组成与矿物结构、热力活化等均可提高粉煤灰的活性，提高粉煤灰的利用量，各厂可根据本厂的具体情况选择适合自己厂的活化方法。
0 引言
随着电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，年排放量已接近2亿t，而被利用的粉煤灰仅占排放粉煤灰量的25%～30%，造成粉煤灰的大量堆积。未被利用粉煤灰的堆放不仅占用大量土地，而且严重污染环境。
大量粉煤灰未被利用是由于粉煤灰的活性低，因此要提高粉煤灰的利用率，必须提高粉煤灰的活性。笔者较系统地进行了提高粉煤灰活性的不同方法研究，试图寻找一种简易可行的活化方法，以拓宽粉煤灰的利用途径。
1 提高粉煤灰活性的方法
1.1 磨细粉煤灰
粉煤灰越细，需水量越小，火山灰反应能力越好。我们以江油火电厂排出的粉煤灰为原料，通过粉磨研究粉煤灰细度对活性的影响，结果见表1。
注：未掺粉煤灰的水泥细度为4900孔筛筛余5.4%。
1.2 化学物质活化
利用化学物质活化粉煤灰，可采用：
1)碱性物质：NaOH、Ca(OH)2、水泥熟料等；
2)碱金属盐：Na2CO3、Na2O·nSiO2等；
3)硫酸盐：Na2SO4、CaSO4等；
4)Φ-2激发剂：其组成见表2。
表3～6分别列出了添加Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2和Φ-2激发剂对粉煤灰活性的影响。
注：水泥熟料28d抗压强度56.4MPa，水泥细度0.08mm方孔筛筛余5.2%，以下同。
表3～6数据表明，Na2SO4、Na2CO3活化粉煤灰效果欠佳，且带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.0%～1.4%；模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰效果较好，但模数为1.5的Na2O·nSiO2活化粉煤灰时水泥初凝时间较快，使用时需加缓凝剂，同时用Na2O·nSiO2作激发剂的生产成本较高，不利市场竞争，且使用Na2O·nSiO2将带入水泥中的碱量(按Na2O计)约为1.5%左右，采用活性集料，在潮湿环境下有可能发生碱集料反应，建议不采用Na2SO4、Na2CO3、Na2O·nSiO2作粉煤灰的活化剂。Φ-2激发剂活化粉煤灰的效果好，且带入粉煤灰的碱量较低，按Na2O计仅0.4%左右。实践证明，Φ-2激发剂是活化粉煤灰较理想的物质。
这里特别要说明的是，不能用含Cl-的化学物质作激发剂，因为这种物质会加速混凝土中钢筋的锈蚀，缩短混凝土的使用寿命。
1.3 改变粉煤灰组成与物相结构
粉煤灰中的主要矿物相为玻璃体、莫来石、石英，水硬性矿物很少，粉煤灰的活性主要来自玻璃相。为增加粉煤灰中的水硬性矿物以提高其活性，可采用加入石灰石、矿化剂，利用低温煅烧来改变粉煤灰的化学组成与矿物结构。
其主要影响因素为石灰石的加入量、矿化剂加入量、煅烧温度及煅烧时间。各影响因素的变化范围为：
石灰石： 37%～69%
矿化剂： 4%～10%
煅烧温度： 800～1000℃
煅烧时间： 80～150 min
该实验采用正交设计法，其实验方法如下：将烘干的石灰石、矿化剂磨细至通过0.08mm方孔筛的筛余为10%左右，后按拟定的石灰石、粉煤灰、矿化剂量称取、混合、搅拌均匀，加水成球，放入匣钵于箱式电阻炉内按拟定的煅烧温度、煅烧时间进行煅烧。煅烧结束后，取出急冷，将煅烧样品进行X射线衍射分析及密度、fCaO含量、安定性、凝结时间、抗压强度、抗折强度等性能测定，实验结果如下：
1)X射线衍射图表明，燃烧试样的主要矿物为β-C2S等；
2)煅烧试样的物理性能检测结果示于表7。
3)增钙粉煤灰的应用效果示于表8。
表8数据表明，采用煅烧法改变粉煤灰的化学组成与物相结构得到的粉煤灰，其活性很高，掺量高达50%时水泥强度指标仍能达到425号。
1.4 热力活化法
利用热力激活粉煤灰，其主要影响因素是石灰的加入量、压蒸温度、压蒸制度、脱水温度与脱水时间等，各影响因素的变化范围为：
石 灰： 10%～30%
压蒸温度： 150～200℃
压蒸时间： 6～10h
脱水温度： 700～900℃
脱水时间： 30～90 min
实验方法如下：将石灰、粉煤灰磨细至通过0.08mm方孔筛筛余10%左右，后按拟定的石灰、粉煤灰量称取、混合、搅拌均匀，成型，放入高压釜内，按拟定的压蒸温度、压蒸时间进行热力活化后，从高压釜内取出试样放入箱式电阻炉内按拟定的脱水温度、脱水时间脱水，脱水结束后，取出冷却，并测定试样强度。直观分析所得实验数据，找出热力活化粉煤灰的最佳条件，并按最佳条件活化粉煤灰，测定其物理性能等，测定结果列于表9。
按热力活化粉煤灰最佳条件活化粉煤灰，并将活化后的粉煤灰配制粉煤灰水泥，其试验结果列于表10。
实验结果表明，采用热力活化法可得到活性很高的粉煤灰，掺量高达50%时强度指标仍可达到425号。
2 活化粉煤灰方法比较
2.1 磨细粉煤灰
采用该方法工艺简单，不需增加设备投资。但该方法提高粉煤灰的活性是有限的，生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰的加入量通常少于25%。
2.2 化学物质活化
Φ-2激发剂活化粉煤灰生产425号粉煤灰水泥，粉煤灰掺量高，同时该方法简单，不需改变原来生产工艺和增加设备投资。但采用该方法受铁路交通限制，远离铁路的水泥厂使用该方法，激发剂的运输费用太高。
2.3 改变粉煤灰化学组成与物相结构
采用该方法活化粉煤灰，粉煤灰掺量高，大幅度降低水泥生产成本，对交通不方便的水泥厂采用此法更适宜。但采用这种方法，需要一低温煅烧设备。
2.4 热力活化
用热力活化粉煤灰作混合材生产水泥，其掺量高。但采用该法，需要一高压釜与高温(900℃左右)脱水设备，其工艺过程较上述方法相对复杂。
3 结论
磨细粉煤灰、化学活化、改变粉煤灰的化学组成与矿物结构、热力活化等均可提高粉煤灰的活性，提高粉煤灰的利用量，各厂可根据本厂的具体情况选择适合自己厂的活化方法。
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发表于 2008-5-20 19:04:35
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