论文总字数：20877字

摘 要

现阶段，新型能源技术虽然在不断地发展，但是仍不太成熟，火力发电依然是电能的主要来源。煤矸石电厂所排放的固体废弃物CFB（循环流化床）粉煤灰和炉渣大量堆积填埋。为了实现CFB炉渣的资源化利用，本文对CFB炉渣掺量对喷射混凝土性能的影响进行了研究。根据喷射混凝土凝结时间的要求以及速凝剂对凝结时间的影响，可以确定速凝剂的掺量应大于或等于5%；根据喷射混凝土的坍落度要求，CFB炉渣的掺量应小于或等于25%；经过研究CFB炉渣对抗压强度的影响，得出CFB炉渣掺量为10%、15%、20%、25%、30%、35%时其满足的混凝土强度等级依次为C30、C30、C25、C25、C25、C20；而掺量为10%及以上时对混凝土的渗透性等级无影响。所以CFB炉渣运用在喷射混凝土中其掺量应少于25%，其强度可按施工方要求进行选择。

关键词：CFB炉渣；喷射混凝土；力学性能；流动性

Abstract

At present, although new energy technology is developing continuously, it is still not mature, and thermal power generation is still the main source of power. A large number of fly ash and slag from CFB (circulating fluidized bed) solid waste discharged from coal gangue power plant are piled up for landfill. In order to realize the resource utilization of CFB slag, this paper studies the influence of the content of CFB slag on the performance of shotcrete. According to the requirement of setting time of shotcrete and the influence of accelerator on setting time, it can be determined that the dosage of accelerator should be more than 5%. According to the slump requirement of shotcrete, the content of CFB slag should be less than 25%. After studying the influence of CFB slag on compressive strength, it is concluded that when the content of CFB slag is 10%, 15%, 20%, 25%, 30% and 35%, the concrete strength grade that it can meet is C30, C30, C25, C25, C25 and C20. When the content is more than 10%, it has no effect on the permeability grade of concrete. Therefore, the amount of CFB slag used in shotcrete should be less than 25%, and its strength can be selected according to the requirements of the construction party.

Keywords：CFB slag；shotcrete；mechanical properties；fluidity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 CFB灰渣简介 2

1.3 CFB灰渣国内外研究现状 2

1.3.1 CFB灰渣国外研究现状 2

1.3.2 CFB灰渣国内研究与应用现状 3

1.4 喷射混凝土的国内外研究现状 3

1.5 研究目标及内容 5

1.5.1 研究内容 5

1.5.2 技术路线 5

第2章 原材料及试验方法 7

2.1 原材料 7

2.1.1 水泥 7

2.1.2 CFB渣 7

2.1.3 细骨料 7

2.1.4 粗骨料 7

2.1.5 外加剂 8

2.1.6 水 8

2.2 基准配合比 8

2.3 试验方法 8

2.3.1 速凝剂与水泥适应性检测 8

2.3.2 混凝土工作性能检测 8

2.3.3 混凝土抗压强度检测 9

2.3.4 混凝土抗渗性检测 9

第3章 喷射混凝土性能研究 10

3.1 速凝剂对水泥凝结时间的影响 10

3.2 CFB炉渣对喷射混凝土关键性能的影响 11

3.2.1 喷射混凝土流动性研究 12

3.2.2 喷射混凝土抗压强度研究 14

3.2.3 喷射混凝土抗渗性研究 17

3.3 CFB炉渣掺量影响机理分析 20

3.4 本章小结 20

第4章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

中国是全球上最大发电国家之一，去年整个国家的发电量达到了七万多亿千瓦时，成为世界第一发电国家。其中全国火力发电量占据了百分之七十。由此可见，虽然新型能源技术在不断发展，新能源也不断地在开发，但是目前各种技术仍然不太成熟，火力发电依然是电能的主要来源，并且从今往后的很长一段时间内，燃煤发电依然会是电力的主要来源。我国的优质煤炭资源很少，其中一半以上的硫含量都超过了1％，此外煤矸石、煤泥等低热值燃料也被大量使用于火力发电。传统的火力发电厂利用燃煤锅炉发电，其不仅燃烧效率低，而且大量的SO₂，NOx气体和粉尘释放到大气中，严重污染环境。随着国家绿色可持续发展策略的不断落实，在保护环境中谋发展的观念不断深化，传统的火力发电厂逐渐被淘汰，循环流化床技术在火力发电中占有重要比重。

循环流化床（Circulating Fluidized Bed简称CFB）燃煤技术是一项近二十年来迅速发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术^[1]。因循环流化床相比于传统技术而言具有显而易见的优势，自其出现以来，循环流化床锅炉在全球范围内得到推广应用，而中国也逐渐发展起来。随着循环流化床技术的普及，燃烧生成的CFB灰渣（经烟道排出的飞灰为“CFB粉煤灰”，从炉底排出的炉渣称为“CFB炉渣”）也在不断地增加，为了减少对环境造成的污染，实现CFB灰渣的回收利用，国内外许多学者对CFB灰渣的特性进行了研究，并将CFB灰渣作为烧制水泥熟料的组分、混凝土的掺合料以及应用于路基材料中，但是各种回收方法仍然不太成熟，导致CFB灰渣不能实现大规模的有效应用，大多数CFB灰渣只能被堆弃。

混凝土是使用最广的人造材料之一，被广泛应用于建筑行业当中。随着建筑行业的发展，混凝土技术也同时得到发展，喷射混凝土在基础交通建筑中的地位也越来越重要。自二十世纪初开始，喷射混凝土在国内外应用广泛，尤其应用于支护工程中。经过研究表明，在喷射混凝土中加入合适的矿物掺合料能够有效地提高喷射混凝土的力学性能，而CFB灰渣满足作为混凝土矿物掺合料的要求（具有火山灰活性、自硬性和膨胀性等），这就使其能够回收作为喷射混凝土矿物掺合料成为可能。

1.1.2 研究意义

本文用CFB炉渣替代不同比例的碎石作为喷射混凝土的粗骨料，对喷射混凝土的力学性能进行了检测，主要对坍落度、抗压强度、流动性等进行了测定，并对实验结果进行了分析，得出相关结论，实现CFB炉渣在喷射混凝土中的回收利用。

1.2 CFB灰渣简介

循环流化床（CFB）锅炉具有广泛的燃烧适应性，高燃烧强度优势以及燃烧煤矸石、煤泥等低热值燃料的能力。因其具有传统燃煤技术没有的各种优势，循化流化床技术在煤矸石电厂得到广泛的应用。而CFB粉煤灰就是利用循环流化床技术燃烧燃料后从烟道排出的飞灰，CFB炉渣则是从窑炉底部排出的炉渣。CFB粉煤灰和炉渣的主要化学成分均是二氧化硅和三氧化二铝，而且比较而言，CFB炉渣的SiO₂和Al₂O₃含量较多，总和可达85%以上，其他化学成分相对稳定，由于其燃烧时间比粉煤灰要长，因此烧失量比较低。

1.3 CFB灰渣国内外研究现状

1.3.1 CFB灰渣国外研究现状

CFB灰渣目前在国内的研究处于初步阶段，但是其在国外的研究相对来说发展的更快一点。其中对于CFB灰渣进行预水化处理最出名的就是CERCHAR水化法和波兰开发的AWDS（Ash Water Dense Suspension）法^[2]。

而且，德国的相关学者对脱硫灰渣的基本性能及在建材中应用的可行性也进行了研究。Jackson N Mike等人将循环流化床锅炉的炉渣和粉煤灰作为局部砂土和路面基层材料的稳定剂。在北佛罗里达市场地区的实验室测试和现场应用结果表明，这种副产品在路面和道路施工中可以得到应用，这就为CFB灰渣的回收利用提供了思路依据^[3]。 Gleb G. Mejeoumov等人^[4]探讨了CFB炉渣在道路基层施工中的应用潜力，其除了可以用作堆存材料中细粉的稳定剂外，还可以将堆存的灰分团聚体视为骨料，测试结果表明堆灰具有很少的残余胶凝活性，用少量水泥（3%）处理后，则满足水泥处理基层所需的强度标准。

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