1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.1本课题的目的与意义 我国水泥工业从1978年至1985年水泥产量由6500万吨发展到1.45亿吨，7年增长约8000万吨，平均年增长1140万吨；从1985年到1990年水泥产量由1.45亿吨到2.1亿吨，五年增长6500万吨，平均年增长1300万吨；从1990年到1995年水泥产量由2.1亿吨发展到4.7亿吨，5年增长了2.6亿吨，平均年增长5000多万吨；从1995年到2000年水泥产量由4.7亿吨到20世纪末预计可达5.8亿吨，5年增长了1亿吨，平均年增长2000万吨。其间，5000吨水泥生料生产线安装调试成功[1]。2002年，规划水泥产量5.9亿吨，实际生产7.5亿吨；2003年，规划水泥产量7.5亿吨，实际生产8.5亿吨；2004年，规划水泥产量8.5亿吨，实际生产9.5亿吨；2005年，规划水泥产量9.5亿吨，实际生产10.5亿吨。2008年，规划12.5亿吨，实际生产13.8亿吨。连续10年，每年水泥的规划目标与实际水泥产量，相差几乎都在一亿吨以上。所以水泥生产出现了产能过剩现象，同时生产水泥用的原材料增加，造成了资源的浪费，我们要节约资源必须从市场和源头抓起，对资源进行合理利用。 营业执照镜框煤在燃烧过程中，C、S、N、P 等挥发份以气体的形式排入大气中，发生了不同程度的物理和化学变化，绝大部分经熔融、聚合而形成粉煤灰粒子，这些含有大量粒子的烟气在电厂锅炉尾部引风机的抽气作用下，流向炉尾，在排风设备将其排入大气之前，烟气中绝大多数的球形颗粒经过除尘设备分离而被收集，即称为粉煤灰[2]，也叫作飞灰。 世界各国的粉煤灰排放量都呈逐年增加的趋势,但是粉煤灰的利用率却保持在较低水平。我国每年排放的粉煤灰约1.8亿t，利用率约为 30%[3]。欧洲煤炭燃烧产物协会 ( ECOBA)所属会员国家排放的粉煤灰达3714万表面耐磨涂层t，也只利用了其中的 48%[4]。印度每年排放超过1亿t 粉煤灰，其利用率低于20%[5]。 扬起的粉煤灰沉降范围可达10–15万平方公里，对灰场以外较远的范围都能构成威胁[6]。而粉煤灰贮灰场浸出液中有害物质渗入水中，对灰场附近的浅层地下水和地表水造成污染。粉煤灰也会随风扩散，扩散到河流、湖泊中，污染水体。另一方面粉煤灰的堆放占用大量土地，且遇水容易使粉煤灰中的元素渗透到土壤。由于粉煤灰高盐高碱，下渗、扩散到土地导致周边土地盐碱化，不再适于农作物的种植，严重影响农业生产和生态环境。强降雨、洪涝等自然灾害引起山体崩塌、滑坡、泥石流等次生灾害时，灰场中贮存的数十万吨粉煤灰会成为人身安全和生态环境的巨大隐患。因此, 如何合理利用粉煤灰, 我们要提高粉煤灰的利用率，所以将粉煤灰掺入到水泥生产中不仅可以提高粉煤灰的利用率而且还可以降低水泥生产的成本，发展粉煤灰水泥生产线势在必行。 1.2 国内外研究现状分析 新型干法生产技术装备的科研[7]、开发工作，改革开放以来飞速发展。以自行研制开发、自行设计、自行制造、自行施工安装的江西水泥厂扩建工程的建设投产，标志着我国水泥工业进入了一个新的阶段。通过“六五”、“七五”期间对20项水泥生产技术和装备的引进和消化、吸收，使我国在新型干法生产技术和装备水平有了更大的提高。2000t/d一条龙引进消化吸收示范线（吉林省长春市双阳水泥厂现吉林亚泰集团公司水泥厂）的顺利建设投产并迅速达标达产，标志着我国水泥技术和装备、建设和生产管理水平迈上新台阶。“八五”期间4000t/d水泥生产线技术和装备开发迈了新的步伐。河北省冀东水泥厂扩建工程是以国产设备为主的第一条4000t/d熟料示范生产线，设备国产化率近70%，1996年投产很快达标，4000t/d的新型干法水泥生产线技术和装备的国产化已经进入工程应用阶段。“十五”期间新型干法生产更是达到了5000t/d的生产能力。“十五”后，水泥生产技术不断得到改进，水泥生产不断有新的突破。 1.2.1高掺量粉煤灰水泥的研究现状分析 粉煤灰在我国水泥行业及建筑工程中已得到非常广泛的使用，粉煤灰与水泥熟料共磨制成粉煤灰水泥[8]，或在混凝土中作为掺和料取代部分水泥能够在很大程度改善混凝土的微观结构和工作性能[9]，减少泌水和内部缺陷以提高混凝土的耐久性和抗裂性，也具有良好的体积稳定性，同时可以节约大量资源。随着目前水泥熟料质量的提高，现在粉煤灰水泥熟料掺入量多在50%以下大功率led光源，对掺有大掺量粉煤灰水泥的性能研究较少，所以现在我们主要研究的是高掺量粉煤灰的研究。 杜雷[10]、张波等人对水泥中掺入大量粉煤灰后进行了研究，将达到1级细度要求的粉煤灰掺入到水泥中，对粉磨0.5h、1h、2h后的粉煤灰进行粒度分布和物理力学性能分析，通过原状和磨细后的粉煤灰按不同掺量40%-70%和龄期7d-90d的大掺量粉煤灰水泥胶砂试验，按内掺60%粉煤灰水泥与普通水泥进行性能对比和干缩试验。用扫描电镜(SEM)观察分析微观形貌及激光粒度分析粒度分布情况，对粉煤灰水泥的硬化机理进行分析,以保证大掺量粉煤灰水泥的良好性能。 李宁[11]等人将水泥熟料、石膏、粉煤灰、矿渣及粉煤灰激活剂等原材料按不同的比例进行拌和，从而进行各种配比的试验。采用辽河熟料配制大掺量粉煤灰水泥，进行了熟料掺量为 10%、12%、20%、30%、40%、50%、58.5%及 59%等共 24 组试验，对水泥熟料掺量对大掺量粉煤灰、粉煤灰掺量对大掺量粉煤灰、矿渣掺量对大掺量粉煤灰水泥强度的测定得出：随着熟料掺量的增加，水泥的强度呈现增大的趋势，单掺粉煤灰的强度<粉煤灰加矿渣的双掺强度<单掺矿渣的强度。 2004年胡明玉[12]等人按GB/T17671-1999(即ISO)水泥胶砂强度试验方法,将胶凝材料和中国ISO标准砂按质量计以1∶3混合，用0.5的水胶比按规定方法制成40 mm×40 mm×160 mm的试件，在标准条件下养护，分别测定其3d和28 d的抗折强度和抗压强度，再利用正交试验和作图方法得出在42.5普通硅酸盐水泥中掺入≥50%粉煤灰,化学外加剂和矿物掺合料分别为1%和5%时，水泥各项技术性能都达到GB1344-1999标准32.5强度等级的要求。 2007年万雪峰[13]等人采用活化剂（Al）来提高粉煤灰活性，试验采用熟料，粉煤灰，石膏共同粉磨，颗粒细度通过选粉机进行控制，以水泥比表面积为主要考核指标来调控磨机台时产量，试验期间原料稳定，各原料比例不变。结果表明：采用复合活化 (加有自动污化剂A1一起粉磨) 比单纯机械活化对粉煤灰水泥有更好的激发效果；在粉体勃氏比表面积保持不变的情况下，复合活化对磨机台时产量略有提高，水泥标准稠度用水量增大，凝结时间缩短，3 d，28 d强度分别提高了3.6 Mpa，6.9 Mpa，强度达到了42.5R粉煤灰水泥的标准。 综上所述，掺入大量粉煤灰可能使水泥早期强度降低，但是在一定的外加剂、钢渣、活化剂、和其他矿物掺合料共同作用下可以使粉煤灰的用量增加，这样也可以使水泥的强度达到国家的规定，还使粉煤灰的利用率增加了，加大了资源的利用。 1.2.2高掺量增钙粉煤灰水泥的研究现状分析 增钙粉煤灰，是煤粉和石灰石的混合物按一定比例在立式旋风炉内燃烧后通过收尘器收集的粉体，增钙灰主要由CaO-SiO2-Al203玻璃体组成，还有较多的结晶矿物如β-C2S、fCaO及少量莫来石、石英，是一种可用于建筑材料生产的活性混合材，具有很好的化学活性，因此研究掺钙量是非常必要的。 江苏巨龙水泥集团公司的陈松生等人进行试验[14]，配料方如下：熟料25%-30%；增钙粉煤灰为58%-65%；石膏为2%；激活剂为8%。通过严格的计量，喂入Φ1.83m×6.3m球磨机进行球磨，成品细度控制在0.08mm筛余<5%，生产出来后就行检验，得出结论,掺入5%-8%激活性剂时，使增钙粉煤灰掺量为42%和63%和的水泥达到32.5级粉煤灰水泥和275砌筑水泥的性能标准。 2003年刘润芬等人研究了[15]以高钙粉煤灰水泥为粉喷桩的加固剂,将高钙粉煤灰与525#普通硅酸盐水泥熟料按不同配比制成高钙粉煤灰水泥，并做胶砂强度试验，将高钙粉煤灰、水泥、水和外加剂按一定配比拌合均匀，分别装入5×5×5(cm)试模中成型，养护温度为20℃ ±3℃，湿度>90%，然后测定试块的无侧限抗压强度。结果表明高钙粉煤灰有助于促进加固土强度的生成。高钙粉煤灰水泥采用水泥：高钙粉煤灰=1：1的比例时，其胶砂强度可达到425普通硅酸盐水泥的要求。 综上所述，在水泥生产中增加钙的含量可以很好的增强水泥的强度，这样更能节约生产成本，达到资源的最大化、最优化利用，所以水泥中加钙是势在必行的。 1.2.3粉煤灰水泥路用性能研究 低标号粉煤灰水泥的生产，可专用于公路路面半刚性基层。由于粉煤灰颗粒呈封闭结实的球形，且内表面积小，使得粉煤灰的和易性较好。由于粉煤灰水泥具有较小的干缩性，有利于防止砂浆和砼的裂缝和保持砼的体积稳定性,可显著提高路面基层质量并降低施工难度。 2002年孙金栋等人由实验[16]用水泥熟料、粉煤灰和石膏制成水泥取各个掺量下的粉煤灰水泥制成2×2×2cm小试件，根据《水泥小试件强度试验》进行力学性能测试。从而得出粉煤灰的掺量不同，对水泥的性能有不同的影响。粉煤灰的存在，使得早期强度降低，但对长期强度有益。 2000年付兴华等人研究了公路粉煤灰水泥[17]，下表1.1 表1.1
表1.2
按表1.1的配比，将各原料配好后入磨，粉磨相同的时间后，得到编号为A1—A4的水泥。然后按照GB177-85的方法成型，试模在（20±2）℃、相对湿度大于90%的养护箱中养护48h，脱模后放入水中标养，养护到各龄期后，测试各试体的强度，结果见表1.2。 综上所述，掺加大量粉煤灰生产低标号粉煤灰水泥是可行的，该低标号水泥可用于公路路面半刚性基层，不仅提高了路面基层质量，而且降低了筑路难度和筑路成本，但也要注意粉煤灰的量，要在一定的范围内才能完好的保证公路水泥的强度。 参考文献 [1]于润如，严生.水泥厂工艺设计.北京：中国建材工业出版社，1995.7：196-239 [2]王福元，吴正严.粉煤灰利用手册[M].北京：中国电力出版社，2004:89-91. [3]郑宾国，刘军坛，崔节虎等.粉煤灰在我国废水处理领域的利用研究[ J].水资源保护，2007，23(3)：36-38. [4]Snigdha Sushil，Vidya SBatra.Analysis of Fly Ash Heavy Metal Contentand Disposal in Three Thermal Power Plants in India[J].Fuel，2006，85：2676-2679. [5]Manjit Singh，Mridul Garg.Durability of Cementing Binders Based on FlyAsh and Other Wastes[J].Construction and Building Materials，2007，21：2012-2016. [6]张莉.粉煤灰的环境影响与综合利用[J]自动麻将桌中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司1007-0370（2011）11-0239-01. [7]姜洪舟.无机非金属材料热工设备，第2版.武汉：武汉理工大学出版社，2009.5：26-84. [8]用于水泥和混凝土中的粉煤灰[J].北京.中国标准出版社.2005.1一13. [9]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[J]北京.中国铁道出版社.1999.135. [10]杜雷.大掺量粉煤灰水泥的体积稳定性研究[J].建筑技术，2009，07(40)，629一631. [11]螺杆并联压缩机组李宁，张大岩，丽君.大掺量粉煤灰水泥性能[J]2008.2 第27卷第1期. [12]胡明玉，朱晓敏,雷斌，丁成平，李细保.大掺量粉煤灰水泥研究及其在工程中的应用[J]2004.3第26卷第1期，南昌大学学报. [13]万雪峰，马保国，李相国，余小刚，向波涌.高掺量粉煤灰水泥的复合活化研究[J]1007-0389(2007)04- 0027- 03. [14]陈松生，沈卫国，周明凯.高掺量增钙粉煤灰水泥的研制[J]江苏巨龙水泥集团公司2004.8，中国水泥37. [15]刘润芬，许兵华.高钙粉煤灰水泥作软基加固材料的研究[J]. [16]孙金栋，鲁国丽，韩美玲.公路粉煤灰水泥研究[J]北京建筑工程学院学报2002.6第18卷第2 期. [17]付兴华.公路粉煤灰水泥的研制(一)[J]1007-0389(2001)04-0011-04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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