活化剂对CFB粉煤灰水泥性能的影响

林辉，王栋民，王学光，简险峰，郑大鹏，赵计辉

（中国矿业大学（北京），北京 100083）

活化剂对CFB粉煤灰水泥性能的影响

林辉，王栋民，王学光，简险峰，郑大鹏，赵计辉

（中国矿业大学（北京），北京 100083）

本文研究了不同活化剂及其掺量对 CFB 粉煤灰的活性激发。研究结果表明：钠盐类、改性醇胺类活化剂的最佳掺量分别为 3%、0.1%，在此掺量下它们对 CFB 粉煤灰水泥 28d 强度分别提高了 3MPa 和 1.7MPa；在同一掺量下的碱类（NaOH）活化剂，当其摩尔浓度为 0.2mol/L 时，活化效果最好，使 CFB 粉煤灰水泥 28d 强度增加了 4.3MPa。

CFB 粉煤灰；活化剂；水泥

0 前言

循环硫化床（CFB）是近几十年发展的一项绿色燃煤技术[1]。该方法得到的粉煤灰与普通粉煤灰成分类似，在活性上有一定的差异，但也是高附加值的辅助胶凝材料[2]。但由于活性差限制了其在水泥混凝土行业的广泛应用。

国内外对粉煤灰活性的激发主要有物理机械法、化学激发和热力激发[3]。本文主要运用化学激发，选取一些强碱弱酸盐、改性醇胺类物质和不同摩尔浓度的 NaOH 对掺硅灰的CFB 粉煤灰水泥（70% 水泥+30% CFB 粉煤灰）进行活性激发，来探讨各物质对 CFB 粉煤灰的激发效果。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

（1）本试验所用水泥为 95% 熟料+5% 石膏粉磨所得，硅灰取自山东某场，CFB 粉煤灰取自山西朔州，各种矿物的化学成分如表 1～3。

表 1 熟料化学成分 %

表 2 CFB 粉煤灰化学成分 %

表 3 硅灰的化学成分 %

（2） 主要选取三种类型的活化剂，分别如下：

盐类：硅酸钠和羧酸钠；

醇胺类：改性的三乙醇胺 A1 和 A2；

碱类：摩尔浓度分别为 0.2mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L 和0.8mol/L 的 NaOH。

2.2 试验方法

在 Ф500×500 的球磨机进行粉磨试验，熟料 95%+石膏5% 进行粉磨，每次粉磨 3kg，粉磨时间分别为 25min 出磨时间均为 5min。CFB 粉煤灰与水泥按不同的比例混合，然后进行胶砂强度试验，根据 GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检测方法（ISO 法）》来测试胶砂强度；凝结时间按照 GB/ T1346—2001《水泥标稠用水量》测试；标准稠度用水量按照GB/T 1346—2001 测试；

3 试验结果和讨论

3.1 CFB 粉煤灰最优掺量的确定

CFB 粉煤灰在水泥中的掺量对粉煤灰水泥的物理化学性能的影响非常重要，为了研究 CFB 粉煤灰在不同掺量下对粉煤灰水泥性能的影响，本节主要研究当 CFB 粉煤灰在 0%、10%、20%、30%、40% 和 50% 的掺量下对粉煤灰水泥性能的影响，试验方案及配比见表 4。

表 4 不同 CFB 粉煤灰掺量配比方案

按照表 4 的试验方案测得水泥胶砂强度结果见图 1、2。

图 1 水泥抗折强度随粉煤灰掺量的变

图 2 水泥抗压强度随粉煤灰掺量的变化

由图 1 可以看出，当 CFB 粉煤灰掺量在 0～30% 之间时，随着 CFB 粉煤灰掺量的增加，抗折强度基本上在降低，但其降低的速率比较缓慢；当掺量超过30%时，抗折强度减小速率加快；同样，图 2 的抗压强度表现出和抗折强度相似的规律，随着 CFB 粉煤灰掺量的增加而减少，掺加少量的CFB 粉煤灰（0～10%之间），对水泥试块强度有利，当掺量增加到 30% 以内时，抗压强度仍保持在 32.5 水泥级别，但当掺量超过 30% 时，抗压强度急剧下降，CFB 粉煤灰水泥的强度损失很大，因此综合考虑粉煤灰的利用情况，确定 CFB 粉煤灰的最佳掺量为 30%，在此基础上用活化剂对 CFB 粉煤灰活性进行激发。

3.2 盐类活化剂对 CFB 粉煤灰的活化效果

所用的盐类活化剂为硅酸钠和羧酸钠，掺量均为 1%、3%、5%，下面为两种强碱弱酸盐对 CFB 粉煤灰水泥活性激发效果。

图 3 盐类对 CFB 粉煤灰水泥的影响

从图 3 可以看出，盐类物质的加入对 CFB 粉煤灰活性有了一定激发作用，硅酸盐和羧酸盐对强度的影响结果不同。随着硅酸盐量的增大，强度表现出先变大，后变小，当掺量为 3% 时， 28d 强度相比于空白样高出了 3MPa，随着掺量的增多，CFB 粉煤灰的活性减弱；羧酸盐为阴离子表面活性剂[4]，它对 CFB 粉煤灰活性的激发效果是随着羧酸盐量的增多CFB 粉煤灰活性就增大。

3.3 改性醇胺类活化剂对 CFB 粉煤灰的活化效果

两种改性醇胺类物质分别为醋酸和磷酸与三乙醇胺等物质在一定温度、规定时间内合成的。改性的醇胺类有机物是助磨剂的重要组分，其不仅能够增加粉磨效率，同时也能诱导水化，它们的掺量和试验结果如图4所示。

图 4 改性醇胺类物质 A1、A2对 CFB 粉煤灰活性的激发

从图 4 可以看出，改性醇胺类物质对 CFB 粉煤灰也有一定的活化作用，A1、A2 两种改性物质的最佳掺量分别为0.1% 和 0.2%。在此掺量下，它们对 CFB 粉煤灰水泥 28d 强度分别提高了 1.7MPa 和 1.2MPa，当掺量增大时强度逐渐减小。

3.4 碱类活化剂对 CFB 粉煤灰的活化效果

碱类活化剂主要为不同摩尔浓度的 NaOH，掺量均为2%，它们对 CFB 粉煤灰活性的影响如图 5 所示。

图 5 不同摩尔浓度的 NaOH对 CFB 粉煤灰活性的激发

从图 5 可以看出，不同摩尔浓度的 NaOH 对粉煤灰的激发效果有所不同，当氢氧化钠的摩尔浓度为 0.2mol/L 时，对CFB 粉煤灰活性激发最好，在此浓度下，它对强度的增强相比于空白样高出了 4.3MPa，但是高于此浓度以后，强度下降。这主要因为 NaOH 的这种激发效果主要与其氢氧根离子浓度有关，当氢氧化钠浓度小于 0.2mol/L 时，此时氢氧根的解聚作用得到了充分发挥。这是因为在 NaOH 的作用下，-Si-OH- 和 -Si-O-Si- 生成为 -Si-ONa，-Si-ONa 中的钠离子可以被钙离子置换，生成水化硅酸钙，置换出来的钠离子可以继续反应，使循环不断进行[5]，但随着氢氧化钠摩尔浓度的增大，由于氢氧根和钙离子的同离子效应使钙离子浓度迅速下降。虽然，此时体系中氢氧根的解聚能力很强，但是钙离子的缺乏使水化产物生成量减少，对强度产生不利。

4 试验结论

（1）CFB 粉煤灰的加入对水泥强度有不同程度的影响，当掺量小于 30% 时，强度的下降率较小，当大于 30%时，强度的下降率增大，综合考虑， CFB 粉煤灰的最佳掺量为 30%。

（2）活化剂的加入对 CFB 粉煤灰活性有很大提高，其中活化效果最好的是 0.2mol/L 的 NaOH，盐类次之，醇胺类物质的活化效果一般，但是他们的加入都对掺 CFB 粉煤灰水泥的强度有不同程度的提高。

[1] 裴亚利．循环流化床粉煤灰的特征及其综合利用[D]．吉林大学硕士论文，2006．

[2] 姚志通，夏枚生，叶瑛，等．循环流化床锅炉脱硫灰和普通粉煤灰的特性研究[J]．粉煤灰综合利用，2010(1):6-8．

[3] 白轲．浅谈粉煤灰活性激发[J]．广东建材，2011(8):35-37. [4] 辛霞．水溶性高分子的物化性质及其与羧酸盐表面活性剂的相互作用[D]．山东大学博士论文，2008．

[5] 陈若莉．激发剂对粉煤灰活性的激发作用[J]．陕西科技大学学报，2010,5(28):76-79.

［通讯地址］北京市海淀区学院路中国矿业大学（100083）

河南省：一季度水泥产量同比增速位居全国第一

5月中下旬从河南省建材工业协会获悉，今年一季度河南省建材工业规模以上企业 2513 家，主营业务收入 1057.60亿元，同比增长 11.1%；实现利润总额 103.1 亿元，同比增长7.6%。其中，水泥生产企业 230 家，本月产量 1696.6 万吨，累计产量 3825.9 万吨，同比增长 8.8%，居全国第一位；江苏省产量 3803.1 万吨，同比下降 0.2%，居全国第二位；四川省产量 3468 万吨，同比增长 1.3%，居全国第三位。

据了解，全国水泥企业 3374 家，本月产量 2.05 亿吨，1～3 月累计产量 4.48 亿吨，同比增长 3.98%；产品销售收入1918.68 亿元，同比增长 9.1%；利润总额 99.5 亿元，同比增长 169.1%。 据河南省建材工业协会会长王爱贞介绍，河南省1～3 月水泥总产量占全国总产量 8.55%，产品销售收入占全国销售收入的 9.32%，利润总额占全国利润总额的 11.77%。

其中，全国混凝土与水泥制品企业 7485 家，1～3 月产品销售收入 1962.71 亿元，同比增长 18.7%；利润总额82.81 亿元，同比增长 20.4%；亏损 2097 家，亏损额 26.37亿元，同比增长 12.9%。第一季度河南省混凝土与水泥制品企业 474 家，产品销售收入 155.75 亿元，占全国产品销售收入 7.94%，同比增长 10.3%；利润总额 15.65 亿元，同比增长 8.4%；企业亏损 20 家，企业亏损额 985 万元，同比降低 41.5%。第一季度河南省累计生产水泥混凝土电杆 15.77 万根，同比增长 11.89%；排水管产量 7513.52 千米，同比下降 0.43%；商品混凝土产量 1575.22 万立方米，同比增长 19.09%；预应力混凝土桩产量 569.92 万米，同比下降 5.35%；分别占全国比重为 7.04%、36.74%、6.37% 和8.77%。

3 月份全国水泥产量增速为 5.9%，有所回升但放缓趋势未变，累计水泥产量为 4%，低于去年同期 8% 和全年 9.6%的水平。河南省水泥价格基本稳定。目前豫北一带以袋装水泥销售为主，袋装发货量相对较好。豫南一带需求恢复稍缓，部分厂家到 3 月初才开窑生产，且主要消化库存为主。

作为全国水泥生产和消费大省，河南省市场竞争格局比其他省份都要激烈。当前河南省城镇化率只有 42%，在中部地区倒数第一，在全国倒数第五，河南省城镇化率最具提升空间，也最具紧迫性。中原城市群具有大城市、大农村、大工业、大农业并存的特点。在城市群建设和新农村建设双轮驱动下，河南省城镇化进程进入加速期，必将带动水泥需求的持续增长。根据测算，2013～2015 年河南水泥需求增速将分别为 10.4%、8% 和 8.1%。

来源：中国建材报

The impact of activator on the performance of the CFB fl y ash cement

Lin Hui, Wang Dongmin, Wang Xueguang, Jian xianfeng, Zheng Dapeng, Zhao Jihui
( School of China University of Mining & Technology, Beijing,100083 China)

The effects of different activators and its content on the activity inspiring of CFB ash are researched. The results show that the 28d strength of CFB fl y ash cement increased 3MPa and 1.7MPa, when the sodium salts and modifi cation alcamines activators were at the dosage of 3% and 0.1%. The alkali (NaOH) activator, in the same dosage, when the molar concentration of 0.02mol/L , its effect is preferably activated which made the 28d strength of CFB fl y ash cement increased 4.3 MPa.

CFB ash; activator; concrete

林辉（1989—），男，主要研究水泥助磨剂复配和应用和固废利用方面。