粉煤灰在建筑材料領域中的應用分析

蘇武

廈門市工程檢測中心有限公司（361000）

粉煤灰在建筑材料領域中的應用分析

蘇武

廈門市工程檢測中心有限公司（361000）

我國現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)仍然以燃煤為主，煤粉燃燒過程中粉煤灰渣的年排放量可達到1.5億t。截至2015年年底，粉煤灰積存量已達到30.0億t。大量粉煤灰渣積存，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。如何實現(xiàn)對粉煤灰的合理利用，已成為技術(shù)人員高度重視的課題之一。從這一背景入手，針對粉煤灰的物理與化學性質(zhì)進行簡要分析，闡述建筑材料應用領域中粉煤灰的主要機理，分析粉煤灰在建筑材料領域中的應用方向與優(yōu)勢，會對粉煤灰的資源化利用起到一定參考與幫助。

建筑材料；粉煤灰；應用

粉煤灰是指煤粉在鍋爐燃燒過程中經(jīng)煙道氣帶出并通過除塵器收集得到的粉塵物質(zhì)。統(tǒng)計：在當前技術(shù)條件支持下，平均每1.0 t煤粉在燃燒過程中可生成250.0～300.0 kg粉煤灰。在電力工業(yè)快速發(fā)展以及電力生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大的背景下，粉煤灰排泄量呈現(xiàn)出了非常顯著的增長趨勢。大量的粉煤灰材料若不得到及時且高效的回收利用，將會對生態(tài)環(huán)境帶來非常不良的影響。目前，粉煤灰已經(jīng)在土壤改良、廢水處理、填充料、炭粒分選、建筑材料生產(chǎn)等多個行業(yè)領域中綜合利用。將粉煤灰應用于建筑材料生產(chǎn)領域中，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對粉煤灰的高附加值、大規(guī)模綜合利用，解決因粉煤灰大量堆存所造成的環(huán)境問題；另一方面還能夠有效降低建筑領域?qū)Σ豢稍偕牧系男枨螅_到節(jié)約資源、控制成本的目的[1]。從這一角度上來說，建筑材料生產(chǎn)已成為粉煤灰綜合利用的最佳途徑之一。

1 粉煤灰物理與化學性質(zhì)

粉煤灰外觀形態(tài)與水泥類似，顏色呈灰黑色至乳白色，不同顏色粉煤灰的含碳量有一定差異，外觀顏色也與粉煤灰的細度水平相關。粉煤灰密度在1.9～2.9 g/cm3，堆積密度在0.531～1.261 g/cm3，原灰標準稠度在27.3%～66.7%,吸水量在89.0%～130.0%, 28 d齡期抗壓強度比在37.0%～85.0%。

粉煤灰內(nèi)部主要成分包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O等。電廠粉煤灰中SiO2構(gòu)成比為1.3%～65.76%，Al2O3構(gòu)成比為1.59%～40.12%，F(xiàn)e2O3構(gòu)成比為1.5%～6.22%，CaO構(gòu)成比為1.44%～16.8%，MgO構(gòu)成比為1.2%～3.72%，K2O構(gòu)成比為1.02%～2.14%，Na2O構(gòu)成比為1.1%～4.23%，SO3構(gòu)成比為1.0%～6.0%，燒失量構(gòu)成比為1.63%～29.97%。

2 建材應用中粉煤灰的機理分析

從建筑材料生產(chǎn)角度來說，應用粉煤灰主要具有以下幾個方面的優(yōu)勢：第一，在建筑材料生產(chǎn)中應用粉煤灰能夠與混凝土進行合理搭配。如在工程實踐需填充混凝土裂縫、縫隙時，加入粉煤灰材料不但能夠減少填充時的加水量，還對提高混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部凝聚力有重要意義；第二，粉煤灰在形成過程中因高溫燃燒、熔化、冷卻后形成一定的玻璃珠狀顆粒，這種特殊理化性質(zhì)使粉煤灰在應用于建材領域中對降低墻面表面積有重要意義；第三，粉煤灰可利用量巨大。當前建筑工程建設規(guī)模不斷發(fā)展與擴大，建筑材料的需求量也持續(xù)增加。粉煤灰作為電力行業(yè)運行過程中的非常關鍵的排出物之一，排放量巨大,可以滿足建筑材料需求量巨大的要求，并且對減少粉煤灰大量堆積所產(chǎn)生環(huán)境問題也有重要意義。

3 建筑材料中粉煤灰的應用

3.1 水泥混合材料應用

利用粉煤灰高活性混合材料替代礦渣進行水泥混合料的制備，能夠使水泥材料在強度方面得到明顯改善。在與礦渣同等摻入量的條件下,摻入粉煤灰生產(chǎn)的水泥混合料標號更高，對提高水泥強度，改善混凝土拌合性能有積極作用。

3.2 混凝土應用

粉煤灰是建筑領域一種質(zhì)量性能非常理想的活性摻和料。相對于常規(guī)摻和料而言，粉煤灰材料具有體積穩(wěn)定性高、膠凝性好、炭化性好以及耐久性好等諸多優(yōu)勢，在建筑混凝土工程中有著非常良好的應用效果。實踐表明：將粉煤灰作為活性摻和料，以一定比例摻入混凝土原料內(nèi)，對改善混凝土原料工作性能、提高其耐久性以及強度水平均有重要意義。加入粉煤灰能夠降低水泥原料的使用量,從而達到控制工程造價，節(jié)約能源的目的。具體來說，在混凝土拌合過程中加入粉煤灰能夠節(jié)約水泥用量15.0%～40.0%，從而對減少能源消耗、降低二氧化碳排放量有積極作用。除此以外，混凝土拌和過程中的砂石用量也能夠下降15.0%～20.0%，粉煤灰節(jié)能降耗優(yōu)勢非常突出[2]。

3.3 燒結(jié)磚應用

傳統(tǒng)粉煤灰制磚多采用的是免燒粉煤灰磚或蒸汽制粉煤灰磚，這種粉煤灰磚質(zhì)量性能存在較大的缺陷,在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制存在較大難度，因此在建筑材料領域中的實際應用比較受限。現(xiàn)階段在燒結(jié)磚領域中對粉煤灰的應用主要集中為高摻量燒結(jié)多孔磚以及高摻量粉煤灰燒結(jié)普通磚這兩種類型。將粉煤灰應用于燒結(jié)磚制備中，能夠使生產(chǎn)出的燒結(jié)磚具有更為突出的吃灰量，強度較普通磚而言更高，同時磚自重可下降1/5左右。除此以外,由粉煤灰制備的燒結(jié)磚還具有導熱系數(shù)小、容易干燥等優(yōu)勢。只要在生產(chǎn)過程中注意對粉煤灰摻入量以及摻入比例的嚴格控制，就能夠最大限度地確保燒結(jié)磚的質(zhì)量性能。

3.4 襯砌材料應用

將煤渣、石屑以及粉煤灰等材料通過固化劑進行固化處理，形成的襯砌材料能夠彌補傳統(tǒng)襯砌材料存在的抗凍性能差、早期強度低等問題。在固化劑的配合下，粉煤灰作為建筑襯砌材料的制備原料，能夠使生產(chǎn)的襯砌材料具有良好的抗凍性能以及防滲能力。目前，在水利工程領域渠道防滲工程中，此類襯砌材料具有非常良好的應用價值，還在水庫加固護坡以及電廠灰壩護坡等工程領域中得到了廣泛應用。粉煤灰的加入除了對提高襯砌材料性能起到了積極作用以外，還可降低近1/3成本造價，因此同樣具有良好的經(jīng)濟效益。

3.5 生產(chǎn)輕集料、空心砌塊

對于含有SiO2以及Al2O3等元素并且碳含量低于12.0%的粉煤灰而言,可用于輕集料燒制。將粉煤灰作為骨料加入外加劑以及水，可制作成空心砌塊。此類建筑材料具有成本造價低、質(zhì)量輕、強度高等諸多優(yōu)勢，同時還可將粉煤灰作為骨料，與石膏或細磨生石灰結(jié)合，制備的空心砌塊還兼具良好的隔熱以及隔音效果。

3.6 粉煤灰路基填料

粉煤灰在粒徑參數(shù)方面與粉砂高度相似，并且液限可達到60.0%，有良好的持水能力。在公路工程路基填筑作業(yè)中，對粉煤灰材料的合理應用不但能夠解決路基填料不足的問題，還能夠發(fā)揮粉煤灰在壓實性以及含水率方面的優(yōu)勢，提高路基填筑性能。加之粉煤灰抗堿性能高，因此較少受氣候變化的影響，對各種自然條件均有良好的適應性。

4 總結(jié)

將粉煤灰綜合應用于建筑材料領域中，能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境起到明顯的改善效應，對解決粉煤灰渣大量積存的問題有重要價值，綜合效益突出。目前，粉煤灰在建筑材料領域中的應用主要集中在水泥、混凝土、燒結(jié)磚、襯砌材料、輕集料、空心砌塊、泡沫陶瓷以及路基填料這幾個方面。相關工作人員應結(jié)合粉煤灰的理化性質(zhì)進行深入研究與開發(fā)，以促進粉煤灰在建筑材料領域獲得更為廣闊的發(fā)展空間與前景。

[1]楊志賓,韓敏芳,王慶云,等.高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究[J].稀有金屬材料與工程,2008,37(Z1)：637-640.

[2]齊善忠,付春梅,曲肇偉,等.建筑渣土作為道路填筑材料的改性試驗研究[J].中外公路,2015,35(1)：262-267.