粉煤灰—水体系pH值研究

粉煤灰—水体系pH值研究

作者：凌俊东

来源：《城市建设理论研究》2012年第35期

摘要：研究了粉煤灰加入蒸馏水和氢氧化钙溶液中pH值的变化情况，并采用SEM对粉煤灰颗粒表面进行了观察。试验结果表明：试验采用的粉煤灰加入蒸馏水中后，溶液的pH值呈碱性，水固比对pH值的影响较小，而粉煤灰的品种对pH的影响较大。当粉煤灰掺入Ca(OH)2溶液后，初始pH值增大，但不管水固比和Ca(OH)2掺量的大小，初始pH值均在12.0以上。浸泡在水中的粉煤灰颗粒表面无明显变化，而浸泡在Ca(OH)2溶液中的粉煤灰颗粒在7d前表面没有变化，28d时超细粉煤灰和Ⅰ级粉煤灰表面出现刻蚀现象。 关键词：粉煤灰，pH值，SEM 中图分类号：TU528 文献标识码：A PH Value of Fly ash-water System LIU Bao-ju, LIANG Hui, YANG Yuuan-xia

(Civil Engineering and Architecture Collage, Central South University, Hunan Changsha 410075) Abstract: The pH value of fly ash in distilled water and Ca(OH)2 solution was studied, and the surface of fly ash particles was observed by SEM. The testing results show that the pH value for given fly ash in distilled water is alkaline, the influence of water-fly ash ratio is little, but the kind of fly ash is more. When the fly ash is added into Ca(OH)2 solution, the initial pH value increases, and is above 12.0 regardless of water-fly ash ratio and Ca(OH)2 content. The surface of fly ash particles added in water has no clear change, that in Ca(OH)2 solution before 7days has too. At 28-day age, the surface of UFA and Grade Ⅰfly ash has eroded trace. Key words: fly ash, pH value, SEM

由于粉煤灰的主要成分是酸性氧化物，所以通常认为粉煤灰呈弱酸性[1]。文献[2]中引用Joshi对10余种粉煤灰的试验结果，几乎所有粉煤灰刚加入水中溶液均呈酸性，然后pH值逐渐上升，只有个别粉煤灰的溶液在较长的时间内仍呈酸性。毕银丽等人[3，4]的试验结果表明，粉煤灰浸后水后的pH值在7以上。张军等人[5]对风化粉煤灰的pH值进行了测试，粉煤灰的pH值基本呈碱性，且随着粉煤灰风化时间的延长而降低。宋晓红等人[6]试验结果表明，灰场外排水pH值较冲灰用水的pH值略有增大， pH值与粉煤灰中碱性氧化物(氧化钙)含量有关。

本文主要研究超细粉煤灰(UFA)和Ⅰ级粉煤灰在水中和在氢氧化钙溶液中pH值的变化。

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1原材料及试验方法 1.1原材料

粉煤灰：湖南省湘潭电厂生产的Ⅰ级、Ⅱ级和超细粉煤灰，45μm筛余分别为9.2%、14.7%和2.6%，勃氏比表面积分别为630m2/kg、300m2/kg和790m2/kg。粉煤灰的化学成分见表1。Ca(OH)2：市售，分析纯。 表1 粉煤灰的化学成分 1.2 试验方法

按不同的水固比(水与粉煤灰的比例)加入蒸馏水，再按比例加入Ca(OH)2，最后加入粉煤灰，搅拌后密封于容器中，然后测定不同时间澄清液的pH值。pH值测试采用PHS-25C型数字酸度计。

2 试验结果与分析

2.1 粉煤灰—水体系pH值变化

粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3 和CaO。通常SiO2 和 Al2O3 的质量分数占化学成分的70 %以上。粉煤灰中的活性成分主要是CaO、SiO2、Al2O3和MgO，存在于硅铝玻璃体中，尤其可溶性SiO2和Al2O3几乎全部来源于玻璃体。

粉煤灰中的活性成份CaO、SiO2、Al2O3 和MgO与水接触后，可能发生下列反应： CaO + H2O →Ca2 + + 2OH- (1) △r Gmθ(298K) =-26.76kJ / mol Kθ= 104. 52

MgO + H2O →Mg2 + + 2OH-(2) △r Gmθ(298K) =-37.79kJ / mol Kθ= 106. 6

SiO2 + H2O + OH- →SiO(OH) -3(3) △r Gmθ(298K) = -26.25kJ / mol Kθ= 104. 6

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Al2O3 + 3H2O + 2OH- →2Al (OH) -4 (4) △r Gmθ(298K) =-41.86kJ / mol Kθ= 107. 33

Ca2 + + 2OH- →Ca (OH) 2 (5) △r Gmθ(298K) = -30.00kJ / mol Ksp = 10 - 5. 26

Mg2 + + 2OH- →Mg(OH) 2 (6) △r Gmθ(298K) =-76.45kJ / mol Ksp = 10- 13. 4

当粉煤灰加入25℃的水中，CaO与水的反应在平衡状态下的方程为：lg[Ca2+]=32.6-2pH，即CaO不是稳定的，它会与H2O反应。而由氢氧化钙结晶反应为： Ca2++2OH-=Ca(OH)2（7）

由式(7)可以得到，lg[Ca2+]=22.9-2pH。

由上面的△r Gmθ(标准摩尔反应吉布斯函数) 、Kθ(标准平衡常数) 和Ksp (活度积) 计算结果可知，式(1) 的反应可引起pH值和Ca2 +浓度上升，式(2)的反应可引起pH值的上升，式(3) 和式(4) 可引起pH值的降低，式(5)、式(6) 和式(7)不仅引起pH值下降，还可能引起Ca2 +浓度的降低。