淺談粉煤灰及其在混凝土中的應用

景延會 朱旭 霍龍 張揚

摘要：我國粉煤灰的排放量逐年增加。粉煤灰需要占用大量的土地貯存，對生態環境也帶來了諸多不利的影響。提高粉煤灰的綜合利用率是我國目前亟需解決的問題。本文對粉煤灰的性質以及粉煤灰在混凝土中的應用研究現狀進行了介紹。粉煤灰混凝土是實現粉煤灰資源化、商品化和綜合社會效益一體化的一條重要途徑。

Abstract： The amount of fly ash emission in China increases year by year. Fly ash needs a large amount of land for storage， and brings a lot of adverse effects on the ecological environment. Improving the comprehensive utilization rate of fly ash is an urgent problem to be solved in our country. The properties of fly ash and its application in concrete are reviewed in this paper. Fly ash concrete is an important way to realize the integration of fly ash resources， commercialization and comprehensive social benefits.

關鍵詞： 粉煤灰；粉煤灰混凝土；粉煤灰水泥

Key words： fly ash；fly ash concrete；fly ash cement

中圖分類號：TU528.041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0190-02

0 引言

粉煤灰是一種人工火山灰質混合材料，是火力發電產生的工業廢渣，本身略有或沒有水硬膠凝性能，可與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物。我國以煤炭為電力生產基本燃料，粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰不僅需要占用大量寶貴的土地資源存放，而且給生態環境也帶來了諸多不利的影響和巨大的壓力。提高粉煤灰的綜合利用率，如何將其變廢為寶和變害為利，是我國目前亟需解決的問題。本文重點分析了粉煤灰的性質以及粉煤灰在混凝土中的應用研究現狀。

1 粉煤灰的理化性質

粉煤灰的組成部分包括結晶體、玻璃體及少量未燃炭粒，但這三者比例并不是固定的，其比例隨著所選用技術和操作手法的變化而存在一些差異[1]。電鏡結果顯示粉煤灰是由多種粒子構成的，可以分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類，顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態各不相同。珠狀顆粒包括漂珠、沉珠、磁珠、炭粒、不規則玻璃體和多孔玻璃體等；渣狀顆粒包括粘聚顆粒、碎屑、鈍角顆粒、炭粒、海綿狀玻璃渣粒等。粉煤灰品質的優劣取決于粉煤灰的顆粒組成以及每種顆粒所占比例的多少。

粉煤灰主要由SiO2和Al2O3組成，其化學成分還包括FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等[2]。粉煤灰的物理性質包括需水量、比表面積、細度、堆積密度、密度等，這些性質宏觀反映了其化學成分及礦物組成。一般來說，粉煤灰化學組成的波動范圍較大，而這也導致了不同粉煤灰的物理性質差異較大[3]。細度是粉煤灰較重要的物理性質，對粉煤灰的品質有重要的影響，影響早期的水化反應，通常粉煤灰越細，粉煤灰的活性就越高。

2 粉煤灰在混凝土中的應用

2.1 粉煤灰水泥

粉煤灰可以用于水泥的生產，代替粘土組分進行配料。粉煤灰水泥是將粉煤灰作為一種火山灰質材料摻入普通硅酸鹽水泥熟料中，加入適量石膏經研磨而得。粉煤灰的產生過程相當于一個熟化過程，當用它代替粘土用于水泥生產時，就節省了粘土用于熟化消耗的能量。粉煤灰中含有一定數量未完全燃燒的炭粒，所以在煅燒水泥熟料時可節約燃料。粉磨普通硅酸鹽水泥時，當摻加粉煤灰作混合材料時，能起到一定助磨作用，提高產量，降低單位耗電量。可見，將粉煤灰應用于水泥生產，具有顯著的經濟效益，能夠降低生產成本，同時粉煤灰還能夠改善水泥的某些性能，具體表現在以下幾個方面：①后期強度增長率更大，約是普通硅酸鹽水泥的兩倍；②干縮性更小，澆筑實體更致密，不易產生裂縫，水泥石結晶完整耐風化；③水化熱更低，適用于高溫季節施工或大體積混凝土工程施工；④和易性更好，在相同塌落度時比普通硅酸鹽水泥減少拌和水，降低水灰比。此外，將粉煤灰應用于水泥生產還具有一定的社會效益，使粉煤灰資源得到很好地再生利用，保護環境，變廢為寶，實現可持續發展。

2.2粉煤灰混凝土

在混凝土中摻入一定量的粉煤灰，可以節約水泥，降低生產成本，更重要的是可以改善混凝土在某些方面的性能。按照粉煤灰在混凝土配置過程中的摻混程序，將粉煤灰摻入混凝土中的方式分為內摻和外摻兩種。內摻粉煤灰是指在混凝土中直接應用粉煤灰水泥，而外摻粉煤灰是指直接向混凝土中摻加粉煤灰。粉煤灰火山灰活性較低，水泥水化過程中會析出氫氧化鈣，粉煤灰能與其緩慢進行二次反應，在表面形成一火山灰質反應生成物，與水泥漿硬化體晶格堅固的結合起來，從而將混凝土的后期強度、抗滲性和耐久性提高。另外，粉煤灰在混凝土中還有特殊的物理功能，比如填充漿體空隙功能、粉煤灰的減水功能等，可有效提升混凝土質量和性能。

混凝土的收縮受到混凝土的用水量和漿體體積的直接影響，收縮會隨著用水量的減少而逐漸減少[4]。優質的粉煤灰需水量比小于100%，用水量的減少使摻粉煤灰混凝土28d后的自干燥收縮和干燥收縮都較小。粉煤灰混凝土的干縮隨著粉煤灰摻量的增大而降低。粉煤灰具有良好的降低混凝土水化熱的作用[5]，低鈣粉煤灰在早期所產生的水化熱僅是水泥的一半。在混凝土中用粉煤灰等量替代20%的水泥，可使混凝土7 d的水化熱降低約11%。在大體積混凝土中摻加粉煤灰，一般可使水化熱峰值出現的時間延緩至3d以后，可以有效防止混凝土產生溫度裂縫。粉煤灰還能夠有效抑制混凝土的堿-集料反應。此外，在低水膠比的高性能混凝土中摻加粉煤灰，有助于水泥石微觀結構的形成[6]。粉煤灰混凝土因其良好的和易性、較低的水化熱、較小的膨脹收縮率、較高的后期強度、較強的水密性以及耐海水侵蝕性等，現在已經廣泛地應用于現場澆制工業和民用建筑的柱、梁、板、基礎、地面等建筑工程中，以及大壩、道路和隧道等土木工程和水利工程中。粉煤灰混凝土是實現粉煤灰資源化、商品化和綜合社會效益一體化的一條重要途徑。

3 結束與展望

我國粉煤灰的排放量逐年增加，目前粉煤灰的綜合利用率還不高，粉煤灰不僅需要占用大量的土地資源存放，而且對生態環境也帶來了諸多不利的影響。將粉煤灰應用到混凝土中，不僅可以節約水泥，降低生產成本，還可以改善混凝土的抗滲性和耐久性等性能。粉煤灰混凝土是實現粉煤灰資源化、商品化和綜合社會效益一體化的一條重要途徑。

參考文獻：

[1]景龍.粉煤灰綜合利用淺析[J].硅酸鹽建筑制品，1993（3）：33-35.

[2]姚志通.固體廢棄物粉煤灰的資源化利用[D].浙江大學，2010.

[3]吳傳明.水介質長期作用下的粉煤灰性能研究[D].重慶大學，2009.

[4]朱健.粉煤灰在實際工程中的應用[D].西南交通大學，2005.

[5]吳建華.高強高性能大摻量粉煤灰混凝土研究[D].重慶大學，2005.

[6]李晨，師磊.淺談粉煤灰高性能混凝土[J].建材世界，2009，30（6）：37-39.