脱硝粉煤灰对水泥性能的影响研究

莫卫民 田林

（1 杭州斯坦尼新材料有限公司，浙江 杭州 311199；2 浙江杰晖检测认证有限公司，浙江 杭州 321300）

0 前言

脱硝粉煤灰是燃煤电厂烟气脱硝后排放的煤灰副产品，脱硝工艺的特点使排放后的粉煤灰会残留氨氮物质[1，2]，在碱性条件下粉煤灰残留的铵盐不稳定，易挥发。粉煤灰作为混凝土矿物掺和料能够充分发挥其“三大效应”[3，4]，在混凝土生产中得到广泛应用，当前优质粉煤灰短缺，脱硝粉煤灰已充斥市场，有不少企业反映加入脱硝后的粉煤灰出现表面冒泡，体积膨胀等问题[5]，而关于脱硝粉煤灰对水泥混凝土的影响亟待研究。

本文对脱硝粉煤灰的性质进行分析，研究不同掺量的脱硝粉煤灰对水泥性能的影响，以期为脱硝粉煤灰的资源化利用提供理论和技术参考。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

脱硝粉煤灰样品采用由经脱硝工艺改造的浙江省某电厂提供，样品编号为TF，未经脱硝处理的粉煤灰编号为FA，水泥采用市售P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥和粉煤灰的化学组成见表1，水泥的主要性能指标见表2。

表1 水泥和粉煤灰的主要化学组成

砂：采用ISO标准砂。

表2 P.O42.5水泥的性能指标

水：采用自来水，符合JGJ63混凝土拌和用水的技术要求。

外加剂：采用科之杰公司生产的醚类聚羧酸外加剂，含固量17.5%，掺量在0.5%～2.5%。

1.2 试验方法

1）水泥标准稠度需水量、凝结时间和安定性试验参照GB/T 1346-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。

2）水泥胶砂扩展度及1h经时损失的测定：固定聚羧酸外加剂掺量为1.0%，测试不同粉煤灰掺量的水泥胶砂扩展度和1h胶砂扩展度损失。

3）水泥胶砂强度测试按照GB/T 17671-2005 水泥胶砂强度检验方法（ISO法），成型40mm×40mm×160mm的试件，覆膜养护至1d后拆模，放置养护室进行标准养护，测试指定龄期的抗折和抗压强度值。

2 结果与讨论

试验采用内掺粉煤灰%、10%、20%、30%，研究粉煤灰对水泥标准稠度 需水量、凝结时间、水泥胶砂扩展度、水泥胶砂强度等性能指标的影响。

2.1 标准稠度需水量和凝结时间

粉煤灰作为混凝土矿物掺和料，在混凝土中能够改善混凝土工作性能，降低水泥水化热，粉煤灰内掺对水泥标准稠度需水量和凝结时间造成一定影响。粉煤灰掺量0%、10%、20%、30%的水泥标准稠度和凝结时间测试结果见表3。

表3 不同粉煤灰掺量的水泥标准稠度和凝结时间

粉煤灰自身颗粒滚珠状形貌，有利于水分的分布，使得水泥表面能够充分与水分子发生反应，因此粉煤灰加入后水泥的标准稠度需水量有所降低，且随粉煤灰掺量增加，标准稠度需水量降低，且脱硝灰和未脱硝灰之间标准稠度需水量基本相当。粉煤灰的加入降低水泥用量，降低了水泥水化热，使得凝结时间相对滞后，加入脱硝粉煤灰后的水泥初凝时间相比普通粉煤灰延长，终凝时间缩短，这可能是粉煤灰附有的铵盐对水泥凝结时间造成了一定影响[2]。

2.2 水泥胶砂扩展度

固定聚羧酸减水剂掺量为1.0%，研究粉煤灰掺量对水泥胶砂扩展度的影响。测试结果见表4，并对水泥胶砂扩展度1h损失进行分析，结果见图1。

表4结果显示脱硝粉煤灰和普通粉煤灰的加入都使得水泥胶砂初始扩展度和1h胶砂扩展度指标得到显著改善，且随着粉煤灰掺量增加水泥胶砂的工作性能增加。

表4 脱硝粉煤灰对水泥胶砂扩展度的影响

图1 掺入脱硝粉煤灰的水泥胶砂扩展度1h经时损失率

图2 脱硝粉煤灰对水泥胶砂抗折强度的影响

图3 脱硝粉煤灰对水泥胶砂抗压强度的影响

图1所示，相比普通粉煤灰，掺入脱硝粉煤灰后的水泥胶砂扩展度损失率随掺量增加降低，这是因为脱硝工艺并未改变粉煤灰的球状颗粒形貌，对水泥胶砂工作性能的改善具有积极作用。同时可以看出掺相同比例的脱硝粉煤灰水泥胶砂扩展度比普通粉煤灰经时损失更大，这可能是脱硝粉煤灰附着的少量铵盐遇到水泥碱性环境产生的氨气部分逸出导致[6]。

2.3 抗折和抗压强度

对脱硝工艺后的粉煤灰对水泥强度的影响进行了研究，按照GB/T 17671-2005 水泥胶砂强度检验方法（ISO法）进行水泥胶砂抗折和抗压强度试验。

加入粉煤灰后3d和7d水泥胶砂抗折强度都要低于纯水泥胶砂抗折强度，随着龄期的增长，粉煤灰自身火山灰效应和微集料效应使得水泥胶砂的后期抗折强度得到大幅提高，与纯水泥胶砂抗折强度基本相当。

图3的结果显示掺脱硝粉煤灰后早期强度低于纯水泥强度，未脱硝的粉煤灰在28d后强度增长明显[7]，且优于脱硝灰，这可能是脱硝灰自身附有的铵盐产物对水泥的强度发展造成了一定的负面影响。

3 结论

1）粉煤灰的加入降低水泥用量，使得水泥凝结时间延长，加入脱硝粉煤灰后的水泥初凝时间相对普通粉煤灰稍微增加，终凝时间有所降低。

2）脱硝粉煤灰掺量增加水泥胶砂扩展度随之增加，1h水泥胶砂扩展度损失低于纯水泥胶砂，但掺脱硝灰的水泥胶砂扩展度经时损失率高于同掺量未脱硝粉煤灰。

3）脱硝粉煤灰掺量增加，3d和7d水泥抗折和抗压强度降低，随着龄期增长，由于火山灰效应，粉煤灰参与水泥二次水化，后期强度增长明显，但脱硝粉煤灰掺量提高时，后期强度提高幅度低于未脱硝粉煤灰，这可能是脱硝粉煤灰残余的铵盐对水泥强度造成了一定影响。