火山灰摻合料資源利用及綜合效益研究

周麗春

摘要：文章通過火山灰摻合料的活性指數、微觀形貌及成分等指標研究評價其作為混凝土摻合料的可行性。試驗結果表明，在混凝土中合理摻入火山灰替代常規摻合料能滿足混凝土基本強度要求。通過計算摻火山灰混凝土工程應用成本，證明其有利于降低工程造價，具有可觀的經濟效益和社會效益，可實現資源可持續利用。

關鍵詞：火山灰；摻合料；混凝土；資源利用；綜合效益 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU377 文章編號：1009-2374（2016）16-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.028

1 概述

火山灰分為人造無機材料和天然火山灰。天然火山灰是火山運動過程中噴發出天然火山碎石和礦物質顆粒經磨細而成的。火山灰與水泥或石灰一樣具有膠凝特性，混合后與水可發生水化反應生成水化硅酸鈣、氫氧化鈣等水化產物，并能凝結硬化具有一定強度。火山灰因其膠凝特性可作為混凝土摻合料應用于粉煤灰、礦粉等摻合料匱乏的工程建設中，具有一定的經濟效益和社會效益。

2 火山灰應用可行性分析

在混凝土摻合料所有的性能參數中，活性指標最為重要。本文研究火山灰作為混凝土摻合料的可行性，其活性對其能否作為混凝土摻合料以及以多少摻量應用于混凝土制備具有決定性的作用。火山灰的摻入對水化反應進程產生影響，但最重要的是對混凝土硬化后強度產生的貢獻。當然對強度的貢獻是通過火山灰反應來影響作用的。一次水化中單位質量的水泥會釋放出一定質量的游離鈣（石灰），對所有水泥來說，游離鈣的量大約是個常數（因為游離鈣產生于水泥中占支配地位的硅酸鹽相）。當這些游離鈣與液相水分接觸，生成堿性激發劑Ca（OH）2。因此在水存在的條件下，火山灰中的硅便會和Ca2+發生二次水化反應生成額外的水化硅酸鈣產物。由此可見，火山灰的摻入不但起到填充效應，還能起到更為重要的火山灰效應。

2.1 試驗原材料與方法

試驗所用水泥為海螺P.O 42.5；火山灰為云南騰沖火山灰，其化學成分：SiO2：56.59%；Al2O3：18.12%；Fe2O3：6.05%；CaO：7.13%；MgO：2.23%；K2O：3.38%；Na2O：3.12%；TiO2：1.05%；P2O5：0.48%；MnO：0.10%；SO3：0.09%；燒失量：1.43%；砂為天然中砂，級配良好；粗骨料為天然河卵石。試驗分別研究了摻合料比例為0%、30%、50%、60%、70%時的膠砂強度，并分析強度隨齡期的發展變化。試驗依據《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）附錄D“活性指數試驗”

進行。

2.2 試驗結果

不同比例火山灰摻合料膠砂強度試驗結果表1。其中C代表水泥，VA代表火山灰。

由表1中數據可見，單摻30%天然火山灰的膠砂28d與60d抗壓強度值要低于水泥膠砂強度，但隨著齡期的發展，兩者差值逐漸變小。當火山灰摻合料比例為50%時，隨著齡期的增長，膠砂的14d、28d抗壓強度均不斷增大，抗壓強度值低于摻量為30%的膠砂強度。當火山灰摻和料比例達到60%時，其膠砂抗壓和抗折強度值隨齡期變化增長趨勢與摻量為30%和50%膠砂，而其同齡期強度值要更小于火山灰摻量為50%膠砂。

如前文所述，單摻天然火山灰隨摻量不斷增大，強度下降趨勢較為明顯，但是隨著齡期的發展，強度曲線的斜率越來越小，說明強度下降的趨勢越來越小，且強度基本滿足混凝土強度及性能需求。因此，摻火山灰應用于混凝土實際工程是可行的，但需通過試驗確定合適的摻量以滿足工程設計要求。

3 經濟效益

新型火山灰混凝土摻合料的開發與應用，不僅可以因地制宜合理利用天然火山灰材料，節約大量的運輸費用，同時采用所制備的摻合料替代常規礦物摻合料，可以減少建筑業對粉煤灰、礦粉等的消耗，緩解常規摻合料資源日趨匱乏的壓力。

以某碾壓混凝土道路工程為例，采用常規粉煤灰和礦粉二元膠凝體系取代水泥和采用單摻火山灰取代水泥制備同強度等級混凝土成本計算見表2。從試驗數據可以看出，在滿足質量要求的前提下，火山灰碾壓混凝土較普通混凝土每方節省20元，因此對于用量巨大的道路工程其累計節約成本是非常巨大的，可見火山灰利用的經濟效益非常顯著。同時火山灰的利用可以降低由于外地運輸粉煤灰、礦粉摻合料的造價，這對于因地制宜、就地取材的工程還可以縮短施工周期，整體性降低工程造價，因此火山灰資源的利用具有非常可觀的經濟效益。

4 社會效益

大量火山灰資源循環利用有利于環境保護。細微顆粒的火山灰隨空氣流動或者大風吹拂會彌漫在空氣當中污染大氣，對人類居住、工作環境帶來惡劣影響。細小的火山灰顆粒可以深入人體的呼吸道，甚至達到細支氣管和肺部，損傷人體心肺功能，誘發肺部疾病和呼吸道疾病等。尤其對于抵抗力較弱的兒童和老人，其損傷性更強。因此合理處理火山灰資源與環境的協調相容性，其生態環保社會效益非常顯著。

5 結語

綜上分析，本文研究單摻火山灰碾壓混凝土的可行性時，應充分考慮摻合料摻量及齡期對強度的影響，選擇合理的摻量以滿足混凝土強度及其性能的要求。火山灰資源利用從整個社會節約天然不可再生資源的角度來看，其經濟效益和社會生態效益是巨大的。

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