降低粉煤灰砂浆需水比的方法研究
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根据以上理论分析，合肥水泥设计研究院开发的半终 粉磨工艺流程先将原灰中的合格细粉分选出来，分选后的 粗粉再入磨粉磨，减少了过粉磨现象，有利于降低需水比， 也有利于提高系统的粉磨效率，降低粉磨电耗。实践证明， 这种工艺系统相对于传统的开路粉磨和先粉磨再分选的闭 路系统，更具有降低能耗，提高产品品质的作用。传统闭 路粉磨系统和半终粉磨系统工艺流程见图 3 和图 4。
炉燃烧温度的差异，CFB 灰中未燃尽的碳远高于 PC 灰， 这也是导致 CFB 灰的烧失量偏高的主要原因，如循环流化 床锅炉在燃烧过程中完成固硫，那么 CFB 灰中的 CaO、 SO3 含量也较高，由于 CFB 锅炉脱硫粉煤灰的特殊性，在 美国 ASTMC 618-2000 标准中并没有将这类灰列入其中， 而且在我国标准 GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的 粉煤灰》也没有将 CFB 锅炉脱硫粉煤灰列入，为此本文仅 讨论火室锅炉粉煤灰（PC 灰）。
关键词： 粉煤灰; 细磨; 需水比
中图分类号：TU57+8.1
文献标识码：A
0 前言
目前，我国约有三分之一的燃煤电厂均采用分选粉煤 灰的方式生产商品粉煤灰，效率比较低，分选后的粗灰大 部分作为废弃物排放，又产生二次污染。合肥水泥研究设 计院粉体工程公司通过深入研究及实践，开发出了大规模 工业化生产Ⅰ级粉煤灰的粉磨工艺技术及装备，在电厂原 灰品质低的情况下（主要为需水比高、f-CaO 的含量高）， f-CaO 的含量高的问题可以通过在分选及粉磨过程中粉煤 灰与空气中水气的吸附来解决，而需水比高的问题，单靠 分选加细磨是不能完全解决。本文主要研究降低细磨粉 煤灰砂浆需水比的问题。
外加剂
（2）通过粉磨，粉煤灰颗粒的比表面积增大，使其 在加水拌和时的表面吸附水随之增大，即增大了需水比。
因此，假若生产过程中对粉煤灰的粉磨时间过长，将 造成比表面积过大，不仅会使成品灰的需水比增大，而且 无谓增大其粉磨电耗。因此，选用合理的工艺措施，将合 格成品及时排出磨外，以不至于产生过粉磨现象，对有效 控制需水比显得极为重要。
细度 需水比 烧失量
(45μ m 筛筛余）
1
32.7
2
32.7
3
33.9
4
32.1
5
31.6
97.6
1.38
99.2
1.36
97.6
1.44
98.4
1.52
96.8
1.48
3.0
93.6 1.46
3.0
95.0 1.56
3.0
93.6 1.32
6.6
94.4 1.36
6.1
92.8 1.34
注：表 1 中数据由大唐宁德电厂化验室提供，实验方法参照 GB/T 15962005《用于水泥和混凝土的粉煤灰》
100.0 72.3 72.8 71.7 65.5
由表 4 看出，当外加剂掺量为 0.20% 时，需水比从 97.60% 降低到了 88.00%，降低了 9.60%；掺量为 0.30% 时， 需水比降低了 13.60%；随着外加剂掺量的增加，减水效果 依次增大。从 28 d 抗压强度角度分析，外加剂掺量 0.20% 的 F2，28 d 活性指数比未掺外加剂的 F1 高出 0.50%，但 随着外加剂掺量的增加，试样 28 d 活性指数相对于未掺外 加剂的 F1 有所下降。其主要由于外加剂掺量的增加，使
3结论 采用我院半终粉磨系统工艺生产商品粉煤灰，电耗低，
产量高，能满足大规模工业化生产优质粉煤灰的要求。本 文通过对粉煤灰砂浆需水比的研究，主要得出以下 4 个结 论。
（1）电厂原灰在采用半终粉磨系统工艺进行细磨后， 成品灰的需水比可以降低约 4.00%。
（2）当原灰需水比较高时，还可通过采用外加剂（掺 量约 0.20% 时），能降低需水比约 9.00%，并保持砂浆活 性指数不降低的效果。
（3） 本文理论分析和实验数据，将有助于粉煤灰细 磨工艺的合理选型。
（4）对于循环流化床锅炉产生的粉煤灰（CFB灰）， 其细磨工艺技术有待进一步研究。
参考文献
[1] 姚丕强，柴星腾. 分选与磨细加工对粉煤灰物化性质以及颗粒特性的 影响[J]. 水泥，2005（2）：1-4.
[2] 李少辉，赵澜. 粉煤灰的特性及其资源化综合利用[J]. 混凝土，2010， 4（246）：76-78.
理论上，外加剂（即表面活性剂）具有较强的固-液 界面活性作用。在粉煤灰水泥分散体系中，它们能吸附在 粉煤灰水泥粒子表面上，降低其表面能，并形成带负电的 强电场，使粉煤灰水泥凝体产生分散，并在表面形成溶剂 化膜层阻止凝聚结构的形成，降低了砂浆的水灰比，大大 提高了砂浆的流动性，表面活性剂作用机理见图 5。
表4
试验结果
编号
需水量比/ %
28 d 强度/ MPa 抗折 抗压
F0 （纯水泥熟料）
100.0
F1
97.6
F2
88.0
F3
84.0
F4
84.0
8.06 51.14 7.07 36.98 6.84 37.24 7.03 36.67 6.46 33. 49
28 d 强度比/%
抗折 抗压
100.0 87.7 84.9 87.2 80.1
机矿物复合的、与水泥适应性好的外加剂，将其按 0.20%~ 0.50% 加入粉煤灰砂浆进行对比试验。试验采用的粉煤灰 化学组分见表 2，粉煤灰、硅酸盐水泥、外加剂的配料方 案及试验结果分别见表 3 和表 4。
表2
试验用粉煤灰化学组分
%
原料
SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO MgO TiO 2 SO 3
煤灰形态效应”，从而使水泥浆或混凝土的流动性提高，
降低了需水比；宁德电厂原灰和成品灰的扫描电镜图片见
图 1、图 2，实验采用日本电子公司产 JSM-5900 型扫描电镜。
微珠 熔渣
子母珠
被包裹的微珠
图 1 原灰的 SEM 图片
4/2011 粉煤灰
15
排空
收尘器
去成品库
图 2 成品灰的 SEM 图片
[3] 聂铁苗，刘淑贤. 粉煤灰研究进展及展望[J]. 混凝土，2010(4)：62-65. [4] 盛广宏. 循环流化床锅炉粉煤灰的特点及其在水泥工业中的应用[J].
水泥工程，2009（5）：79-82. [5] 黄叶，钱觉时. 循环流化床锅炉固硫灰与煤粉锅炉粉煤灰的比较研
究[J]. 粉煤灰综合利用，2009（3）：7-9. [6] S. Tsimas *, A. Moutsatsou-Tsima. High-calcium fly ash as the fourth
2 降低细磨粉煤灰砂浆需水比的研究
2.1 细磨工艺降低粉煤灰砂浆需水比
粉煤灰在细磨过程中对需水比变化的影响主要有两个
因素决定。
（1） 通过粉磨一方面打碎了粉煤灰中的多孔状无定形
熔渣，减少了毛细管吸水效应；同时打碎了其中组合粒子
（即子母珠），释放了包裹在子母珠中的玻璃微珠，玻璃
微珠在加水拌和时发挥“滚珠”作用，即通常所说的“粉
粉煤灰 50.60 29.57 5.42 6.91 1.66 0.83 0.74
表3
编号
配料方案
粉煤灰
硅酸盐水泥
%
外加剂
F0 （纯水泥熟料）
0
100wk.baidu.com0
0
F1
30.0
70.0
0
F2
30.0
69.8
0.2
F3
30.0
69.7
0.3
F4
30.0
69.5
0.5
注：表 3 中粉煤灰为大唐宁德电厂的细磨成品灰，实验方法参照 GB/T 1596-2005《用水泥和混凝土中的粉煤灰》
由表 1 可见，电厂原灰通过分选和细磨后，需水比降 低约 4.00%，这与以上理论分析较吻合。在原灰需水比低 的情况下，可以通过半终粉磨工艺及颗粒形态效应来降低 粉煤灰的需水比，使之达到国家标准规定的Ⅰ级灰范围。 但当原灰需水比高的情况下，单靠此工艺及颗粒形态效应 往往不能完全解决需水比高的问题，此时还需通过外加剂 来解决。 2.2 外加剂降低粉煤灰砂浆需水比 2.2.1 外加剂作用机理
作者简介：殷志峰，工程师，E-mail：yzfhcrdi@163.com. 收稿日期: 2011 年 6 月 3 日
4/2011 粉煤灰
17
1 粉煤灰特性
粉煤灰的物理化学特性主要取决于煤种、锅炉炉型等， 另外与制煤设备和收尘设备也有一定的关系。通常低钙粉 煤灰（F 类）为无烟煤和烟煤的燃烧产物，而高钙粉煤灰 （ C 类）为褐煤和次烟煤的燃烧产物；电厂锅炉类型中火 室锅炉和流化床锅炉占了主导地位，火室锅炉粉煤灰是将 煤粉喷入煤粉锅炉内，在 1 300℃~1 600℃ 高温下燃烧排 出的飞灰（简称 PC 灰），而流化床锅炉（以循环流化床 为主）粉煤灰是在 800℃~950℃ 温度下燃烧后排出的飞灰 （简称 CFB 灰），这两类灰虽然都是电厂燃煤所产生的， 但是由于锅炉技术、燃烧温度与环境等方面的不同，使得 产生的粉煤灰在化学成分、矿物成分和物理性质等方面都 有较大的差异。PC 灰颗粒多为形状规则的致密球状颗粒， CFB 灰颗粒大多呈不规则状，颗粒表面结构疏松；由于锅
constituent in concrete:problems, solutions and perspectives[J]. cement & concrete composites,2005：231-237. [7] 陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M]. 北京：中国计划出版社，2001, 171-184.
16
COAL ASH 4/2011
得粉煤灰水泥凝体分散加强，导致砂浆强度降低。 实验数据表明，外加剂掺量在 0.20% 左右，能很好地
降低粉煤灰作为混合材时砂浆的需水比，并保持砂浆活性 指数不降低的效果。
图 5 表面活性剂作用机理
2.2.2 试验分析 针对以上理论分析，我们配制出合成有机物与天然无
排空
收尘器
粉煤灰原灰 外加剂
去成品库
磨机
图 3 普通闭路细磨工艺流程
磨机 粉煤灰原灰
图 4 半终粉磨系统工艺流程
大唐国际福建宁德电厂采用合肥水泥设计院半终粉磨 工艺的粉煤灰成品的细度、需水比和烧失量三个指标对比 见表 1。
表1
原灰与成品质量对比
原灰/ %
成品/ %
细度 编 号 （45μ m 筛筛余） 需水比 烧失量
以上两种闭路粉磨工艺的区别在于电厂原灰是先进磨 机粉磨还是先进分级机分选出合格细粉。通常情况下，原 灰中的合格细粉已达约 20%~40%，在这种条件下，图 3 的 工艺必然导致过粉磨现象突出，系统效率无法得到提升， 而图 4 的工艺是分选出其中大部分合格细粉，粉磨只针对 分选出的粗粉，通过改善磨内工况而避免过粉磨，对降低 需水比创造了有利条件。
文章编号：1007-046X(2011)04-0015-03
粉煤灰
降低粉煤灰砂浆需水比的方法研究
Study of Method of Decrease of Fly Ash Water Demand Ratio
殷志峰，郑 青，何 敏，刘 昊
（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）
摘 要： 实验研究了降低粉煤灰需水比的方法及效果，用半终粉磨工艺可降低粉煤灰需水比 4%，加入外加剂可降低粉煤灰需水 水比 9%。
炉燃烧温度的差异，CFB 灰中未燃尽的碳远高于 PC 灰， 这也是导致 CFB 灰的烧失量偏高的主要原因，如循环流化 床锅炉在燃烧过程中完成固硫，那么 CFB 灰中的 CaO、 SO3 含量也较高，由于 CFB 锅炉脱硫粉煤灰的特殊性，在 美国 ASTMC 618-2000 标准中并没有将这类灰列入其中， 而且在我国标准 GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的 粉煤灰》也没有将 CFB 锅炉脱硫粉煤灰列入，为此本文仅 讨论火室锅炉粉煤灰（PC 灰）。
关键词： 粉煤灰; 细磨; 需水比
中图分类号：TU57+8.1
文献标识码：A
0 前言
目前，我国约有三分之一的燃煤电厂均采用分选粉煤 灰的方式生产商品粉煤灰，效率比较低，分选后的粗灰大 部分作为废弃物排放，又产生二次污染。合肥水泥研究设 计院粉体工程公司通过深入研究及实践，开发出了大规模 工业化生产Ⅰ级粉煤灰的粉磨工艺技术及装备，在电厂原 灰品质低的情况下（主要为需水比高、f-CaO 的含量高）， f-CaO 的含量高的问题可以通过在分选及粉磨过程中粉煤 灰与空气中水气的吸附来解决，而需水比高的问题，单靠 分选加细磨是不能完全解决。本文主要研究降低细磨粉 煤灰砂浆需水比的问题。
外加剂
（2）通过粉磨，粉煤灰颗粒的比表面积增大，使其 在加水拌和时的表面吸附水随之增大，即增大了需水比。
因此，假若生产过程中对粉煤灰的粉磨时间过长，将 造成比表面积过大，不仅会使成品灰的需水比增大，而且 无谓增大其粉磨电耗。因此，选用合理的工艺措施，将合 格成品及时排出磨外，以不至于产生过粉磨现象，对有效 控制需水比显得极为重要。
细度 需水比 烧失量
(45μ m 筛筛余）
1
32.7
2
32.7
3
33.9
4
32.1
5
31.6
97.6
1.38
99.2
1.36
97.6
1.44
98.4
1.52
96.8
1.48
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93.6 1.46
3.0
95.0 1.56
3.0
93.6 1.32
6.6
94.4 1.36
6.1
92.8 1.34
注：表 1 中数据由大唐宁德电厂化验室提供，实验方法参照 GB/T 15962005《用于水泥和混凝土的粉煤灰》
100.0 72.3 72.8 71.7 65.5
由表 4 看出，当外加剂掺量为 0.20% 时，需水比从 97.60% 降低到了 88.00%，降低了 9.60%；掺量为 0.30% 时， 需水比降低了 13.60%；随着外加剂掺量的增加，减水效果 依次增大。从 28 d 抗压强度角度分析，外加剂掺量 0.20% 的 F2，28 d 活性指数比未掺外加剂的 F1 高出 0.50%，但 随着外加剂掺量的增加，试样 28 d 活性指数相对于未掺外 加剂的 F1 有所下降。其主要由于外加剂掺量的增加，使
3结论 采用我院半终粉磨系统工艺生产商品粉煤灰，电耗低，
产量高，能满足大规模工业化生产优质粉煤灰的要求。本 文通过对粉煤灰砂浆需水比的研究，主要得出以下 4 个结 论。
（1）电厂原灰在采用半终粉磨系统工艺进行细磨后， 成品灰的需水比可以降低约 4.00%。
（2）当原灰需水比较高时，还可通过采用外加剂（掺 量约 0.20% 时），能降低需水比约 9.00%，并保持砂浆活 性指数不降低的效果。
（3） 本文理论分析和实验数据，将有助于粉煤灰细 磨工艺的合理选型。
（4）对于循环流化床锅炉产生的粉煤灰（CFB灰）， 其细磨工艺技术有待进一步研究。
参考文献
[1] 姚丕强，柴星腾. 分选与磨细加工对粉煤灰物化性质以及颗粒特性的 影响[J]. 水泥，2005（2）：1-4.
[2] 李少辉，赵澜. 粉煤灰的特性及其资源化综合利用[J]. 混凝土，2010， 4（246）：76-78.
理论上，外加剂（即表面活性剂）具有较强的固-液 界面活性作用。在粉煤灰水泥分散体系中，它们能吸附在 粉煤灰水泥粒子表面上，降低其表面能，并形成带负电的 强电场，使粉煤灰水泥凝体产生分散，并在表面形成溶剂 化膜层阻止凝聚结构的形成，降低了砂浆的水灰比，大大 提高了砂浆的流动性，表面活性剂作用机理见图 5。
表4
试验结果
编号
需水量比/ %
28 d 强度/ MPa 抗折 抗压
F0 （纯水泥熟料）
100.0
F1
97.6
F2
88.0
F3
84.0
F4
84.0
8.06 51.14 7.07 36.98 6.84 37.24 7.03 36.67 6.46 33. 49
28 d 强度比/%
抗折 抗压
100.0 87.7 84.9 87.2 80.1
机矿物复合的、与水泥适应性好的外加剂，将其按 0.20%~ 0.50% 加入粉煤灰砂浆进行对比试验。试验采用的粉煤灰 化学组分见表 2，粉煤灰、硅酸盐水泥、外加剂的配料方 案及试验结果分别见表 3 和表 4。
表2
试验用粉煤灰化学组分
%
原料
SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO MgO TiO 2 SO 3
煤灰形态效应”，从而使水泥浆或混凝土的流动性提高，
降低了需水比；宁德电厂原灰和成品灰的扫描电镜图片见
图 1、图 2，实验采用日本电子公司产 JSM-5900 型扫描电镜。
微珠 熔渣
子母珠
被包裹的微珠
图 1 原灰的 SEM 图片
4/2011 粉煤灰
15
排空
收尘器
去成品库
图 2 成品灰的 SEM 图片
[3] 聂铁苗，刘淑贤. 粉煤灰研究进展及展望[J]. 混凝土，2010(4)：62-65. [4] 盛广宏. 循环流化床锅炉粉煤灰的特点及其在水泥工业中的应用[J].
水泥工程，2009（5）：79-82. [5] 黄叶，钱觉时. 循环流化床锅炉固硫灰与煤粉锅炉粉煤灰的比较研
究[J]. 粉煤灰综合利用，2009（3）：7-9. [6] S. Tsimas *, A. Moutsatsou-Tsima. High-calcium fly ash as the fourth
2 降低细磨粉煤灰砂浆需水比的研究
2.1 细磨工艺降低粉煤灰砂浆需水比
粉煤灰在细磨过程中对需水比变化的影响主要有两个
因素决定。
（1） 通过粉磨一方面打碎了粉煤灰中的多孔状无定形
熔渣，减少了毛细管吸水效应；同时打碎了其中组合粒子
（即子母珠），释放了包裹在子母珠中的玻璃微珠，玻璃
微珠在加水拌和时发挥“滚珠”作用，即通常所说的“粉
粉煤灰 50.60 29.57 5.42 6.91 1.66 0.83 0.74
表3
编号
配料方案
粉煤灰
硅酸盐水泥
%
外加剂
F0 （纯水泥熟料）
0
100wk.baidu.com0
0
F1
30.0
70.0
0
F2
30.0
69.8
0.2
F3
30.0
69.7
0.3
F4
30.0
69.5
0.5
注：表 3 中粉煤灰为大唐宁德电厂的细磨成品灰，实验方法参照 GB/T 1596-2005《用水泥和混凝土中的粉煤灰》
由表 1 可见，电厂原灰通过分选和细磨后，需水比降 低约 4.00%，这与以上理论分析较吻合。在原灰需水比低 的情况下，可以通过半终粉磨工艺及颗粒形态效应来降低 粉煤灰的需水比，使之达到国家标准规定的Ⅰ级灰范围。 但当原灰需水比高的情况下，单靠此工艺及颗粒形态效应 往往不能完全解决需水比高的问题，此时还需通过外加剂 来解决。 2.2 外加剂降低粉煤灰砂浆需水比 2.2.1 外加剂作用机理
作者简介：殷志峰，工程师，E-mail：yzfhcrdi@163.com. 收稿日期: 2011 年 6 月 3 日
4/2011 粉煤灰
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1 粉煤灰特性
粉煤灰的物理化学特性主要取决于煤种、锅炉炉型等， 另外与制煤设备和收尘设备也有一定的关系。通常低钙粉 煤灰（F 类）为无烟煤和烟煤的燃烧产物，而高钙粉煤灰 （ C 类）为褐煤和次烟煤的燃烧产物；电厂锅炉类型中火 室锅炉和流化床锅炉占了主导地位，火室锅炉粉煤灰是将 煤粉喷入煤粉锅炉内，在 1 300℃~1 600℃ 高温下燃烧排 出的飞灰（简称 PC 灰），而流化床锅炉（以循环流化床 为主）粉煤灰是在 800℃~950℃ 温度下燃烧后排出的飞灰 （简称 CFB 灰），这两类灰虽然都是电厂燃煤所产生的， 但是由于锅炉技术、燃烧温度与环境等方面的不同，使得 产生的粉煤灰在化学成分、矿物成分和物理性质等方面都 有较大的差异。PC 灰颗粒多为形状规则的致密球状颗粒， CFB 灰颗粒大多呈不规则状，颗粒表面结构疏松；由于锅
constituent in concrete:problems, solutions and perspectives[J]. cement & concrete composites,2005：231-237. [7] 陈建奎. 混凝土外加剂的原理与应用[M]. 北京：中国计划出版社，2001, 171-184.
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COAL ASH 4/2011
得粉煤灰水泥凝体分散加强，导致砂浆强度降低。 实验数据表明，外加剂掺量在 0.20% 左右，能很好地
降低粉煤灰作为混合材时砂浆的需水比，并保持砂浆活性 指数不降低的效果。
图 5 表面活性剂作用机理
2.2.2 试验分析 针对以上理论分析，我们配制出合成有机物与天然无
排空
收尘器
粉煤灰原灰 外加剂
去成品库
磨机
图 3 普通闭路细磨工艺流程
磨机 粉煤灰原灰
图 4 半终粉磨系统工艺流程
大唐国际福建宁德电厂采用合肥水泥设计院半终粉磨 工艺的粉煤灰成品的细度、需水比和烧失量三个指标对比 见表 1。
表1
原灰与成品质量对比
原灰/ %
成品/ %
细度 编 号 （45μ m 筛筛余） 需水比 烧失量
以上两种闭路粉磨工艺的区别在于电厂原灰是先进磨 机粉磨还是先进分级机分选出合格细粉。通常情况下，原 灰中的合格细粉已达约 20%~40%，在这种条件下，图 3 的 工艺必然导致过粉磨现象突出，系统效率无法得到提升， 而图 4 的工艺是分选出其中大部分合格细粉，粉磨只针对 分选出的粗粉，通过改善磨内工况而避免过粉磨，对降低 需水比创造了有利条件。
文章编号：1007-046X(2011)04-0015-03
粉煤灰
降低粉煤灰砂浆需水比的方法研究
Study of Method of Decrease of Fly Ash Water Demand Ratio
殷志峰，郑 青，何 敏，刘 昊
（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）
摘 要： 实验研究了降低粉煤灰需水比的方法及效果，用半终粉磨工艺可降低粉煤灰需水比 4%，加入外加剂可降低粉煤灰需水 水比 9%。