粉煤灰的需水量比对强度影响

杨庆林

摘 要：粉煤灰需水量比是指按规定的水泥标准砂浆流动性试验方法，以30%粉煤灰取代硅酸盐水泥时所需的水量与硅酸盐水泥标准砂浆需水量之比。需水量比是评价粉煤灰品质及影响其工程应用的重要物理指标，粉煤灰的需水量比越小，其工程利用价值就越高。高品质粉煤灰减水效果明显，可显著降低混凝土的拌合用水量，提高混凝土品质，而低品质粉煤灰会增加混凝土的用水量，对混凝土性能产生不利影响。

关键词：粉煤灰;需水量比;细度;烧失量;锅炉负荷

粉煤灰的减水效应，对细度、烧失量和颗粒形态等影响粉煤灰需水量比的因素进行了分析，介绍了目前国内外降低粉煤灰需水量的技术和方法，以提高粉煤灰品质，提升电厂粉煤灰经济效益。

一、影响粉煤灰需水量比的主要因素

1.细度。粉煤灰的细度是评价其品质的重要指标之一，通常以45μm筛余量（%）作为粉煤灰细度指标。粉煤灰细度较大时，其颗粒表面疏松多孔，蓄水能力强;同时，细小玻璃微珠较少，粉煤灰的滚珠轴承润滑作用减弱，降低浆体的流动性，导致需水量比增大。粉煤灰的需水量比并不是随着细度的逐渐增大而增大，而是在一定范围内随着细度的增大而增大。当45μm筛余量小于20%时，随着粉煤灰细度的增大，需水量比降低，与研究结果并不一致。原因可能是不同来源粉煤灰品质存在较大差异，这也表明虽然细度对粉煤灰需水量比影响很大，但并不能起到决定性作用，还需考虑其他因素（如烧失量）的影响。在总结大量试验数据的基础上，给出了烧失量一定的情况下，需水量Y与粉煤灰细度X 1（45μm筛余量）之间的关系：当烧失量为3%～4%時，Y=88.76+0.25X 1（相关系数R2=0.86）;当烧失量为5%～11%时，Y=89.32+0.38X 1（相关系数R2=0.85）。两个关系式反映了粉煤灰需水量比与一些因素之间存在着一定的关系，且函数式的计算结果与试验结果有较好的吻合度。但由于上述公式中的细度指标不一定有普遍意义，且影响粉煤灰需水量的因素较多，因此公式的实用意义不大。一般而言，磨细粉煤灰的需水量比小于原状粉煤灰，若按上述公式，则会得出相反的结果。磨细粉煤灰时，粉磨打碎了粉煤灰中的多孔状无定型熔渣，减少了毛细管吸水作用，同时也打碎了粉煤灰中的组合粒子，减少了开口空心颗粒，从而使得水泥浆体或新拌混凝。

2.烧失量。烧失量是表征未燃烧完全有机物（包括炭粒）数量的指标，烧失量越大，表明粉煤灰中可燃物越多。从粉煤灰用于水泥和混凝土掺合料的角度，粉煤灰烧失量对需水量比有一定的影响，烧失量大的粉煤灰中残留炭多，而炭粒本身粗大多孔且无胶凝性，容易吸水，从而导致粉煤灰的需水量比增大。研究认为，粉煤灰的需水量比随烧失量的增大呈线性增大，相关系数R2高达0.90。该研究结果表明，烧失量对粉煤灰的需水量有负面作用。此外，粉煤灰中过量的未燃炭降低了混凝土中掺加的引气剂的引气效果，对混凝土的耐久性产生负面影响。因此，水泥和混凝土用粉煤灰对烧失量有严格的要求，烧失量过大的粉煤灰将增加拌制混凝土时的用水量，从而降低混凝土强度和耐久性。从燃煤电厂的角度考虑，粉煤灰中未燃炭含量过高，不仅造成了能源的浪费，而且由于炭颗粒导电性强，降低了静电除尘的效果。燃烧负荷小的锅炉，粉煤灰烧失量相对较大，对粉煤灰的应用存在很大的影响;而负荷大的锅炉，粉煤灰烧失量则较小，这主要是因为大负荷燃烧时，锅炉相对较大且燃烧温度较高，煤粉燃烧比较充分，烧失量较小。目前世界各国对应用于混凝土中粉煤灰的烧失量均有限制，除了中国和俄罗斯的粉煤灰最大烧失量值较高以外，其他各国的粉煤灰烧失量标准值基本相似。

3.颗粒形态。粉煤灰需水量比与粉煤灰的颗粒形貌有很大关系。高品质粉煤灰以球形颗粒为主，表面光滑，多孔组分很少。粉煤灰中表面光滑的球形颗粒越多，相应需水量比越少，而多孔颗粒越多，则需水量比也必然增加。煤粉炉炉膛内煤粉燃烧温度为1200～1500℃，煤粉燃烧时，黏土物质熔融成微液滴，在炉内湍流的热空气作用下高速自旋，形成浑圆的硅铝球体，并随烟气被除尘器收集。因此，虽然各电厂锅炉燃烧条件不同，但煤粉炉粉煤灰颗粒的表面形态基本相似，均为形状规则、表面致密且光滑的球状颗粒。所述，诸多因素影响了粉煤灰的品质。有资料指出，不能完全以细度、烧失量和颗粒形态等指标来反映粉煤灰的需水性，不同来源的粉煤灰品质差异较大，不同因素对其需水量比的影响也不尽相同，需水量比受多因素影响，需综合考虑。但整体而言，粉煤灰细度和烧失量可视为影响粉煤灰需水性的最主要因素，可在这两方面采取相应的措施。

二、通过磨细工艺降低粉煤灰需水量比

1.通过磨细工艺，可打碎粉煤灰中的多孔状无定型熔融渣，降低熔融渣的毛细管吸水效应，还可打碎粉煤灰中的组合粒子，使包裹在组合粒子中的玻璃微珠释放出来，玻璃微珠能够使新拌混凝土或砂浆中水泥颗粒的絮凝结构解絮并分散颗粒，增加润滑作用，从而改善新拌混凝土或砂浆的需水量比和流变性能，发挥粉煤灰的形态效应。

2.通过磨细工艺，粉煤灰的部分颗粒破碎，比表面积增大，加水拌合时其颗粒表面吸附的水也随之增加，即增大了粉煤灰的需水量比。若生产过程中粉煤灰的磨细时间过长，将造成粉煤灰比表面积过大，不仅会使成品灰的需水量比增大，也增加了电耗。因此，选用合理的工艺，将合格的成品及时排出粉磨外，避免过磨细现象，对有效控制需水量比极为重要。某设计研究院开发了半终磨细工艺流程，先将粉煤灰中的合格细粉分选出来，然后对分选后的粗粉进行磨细，有效降低了过磨细现象。实践表明，相对于传统的开路磨细系统和先磨细再分选的闭路系统，该工艺不仅可有效降低粉煤灰的需水量比，而且有利于提高系统的磨细效率，降低电耗。某发电厂建成了年产72万tⅠ级粉煤灰的半终磨细生产线，通过先分选后磨细的方式，有效地保持了原灰的颗粒形貌，在确保产品细度的条件下，既提高了粉煤灰的活性，也使其需水量比不超标。此外，实践发现，粉煤灰产品粒度的均匀性和颗粒的球形度是决定粉煤灰需水量比的关键。

总之，影响粉煤灰需水量比的主要因素为粉煤灰颗粒细度和烧失量，目前国内外采用的手段主要有磨细、静电分离、泡沫浮选、提高入炉煤煤粉细度和改善锅炉燃烧条件等。比较而言，粉煤灰磨细工艺、静电分离工艺和提高入炉煤煤粉细度这些措施对于改善粉煤灰品质并降低粉煤灰需水量比具有较好的效果，且有较强的可操作性。

参考文献

[1]张仁，浅谈粉煤灰的需水量比对强度影响.2017.

[2]安维祖，关于粉煤灰需水量比检测问题的一点思考.2017.