粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用前景分析

王艷紅 王志杰 張 琳

1 惠金黃河河務(wù)局（450045） 2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 3 黃河水務(wù)集團(tuán)股份有限公司（450003）

粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用前景分析

王艷紅1王志杰2張 琳3

1 惠金黃河河務(wù)局（450045） 2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 3 黃河水務(wù)集團(tuán)股份有限公司（450003）

目前粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用很廣泛，結(jié)合粉煤灰的物理、化學(xué)特性，當(dāng)前在水利工程的應(yīng)用及目前粉煤灰深加工技術(shù)發(fā)展，分析粉煤灰在水利工程的應(yīng)用前景。

粉煤灰；水利工程

0 引言

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰是我國(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。預(yù)測(cè)到“十二五”末，我國(guó)粉煤灰年產(chǎn)生量將達(dá)到5.7億噸，作為我國(guó)工業(yè)固體廢物的單一污染源，對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成很大污染和破壞。

鑒于環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)重的要求及“變廢為寶”的綜合利用意識(shí)，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)和相關(guān)優(yōu)惠政策以及科技創(chuàng)新資金的扶持下，我國(guó)粉煤灰綜合利用事業(yè)發(fā)展得到極大推動(dòng),綜合利用率在2011年已達(dá)到68%。目前，粉煤灰綜合利用方式主要有生產(chǎn)水泥、混凝土及其他建材產(chǎn)品，應(yīng)用于建筑工程、筑路、改良土壤、回填、生產(chǎn)生物復(fù)合肥、提取物質(zhì)實(shí)現(xiàn)高值化利用等，涉及建材、建筑、冶金、化工、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。電廠粉煤灰、灰渣用于生產(chǎn)水泥和混凝土是目前使用最多、技術(shù)最成熟的途徑之一。

《粉煤灰綜合利用管理辦法》，自2013年3月1日起施行，進(jìn)一步界定了粉煤灰和粉煤灰綜合利用的概念，提出了綜合管理的要求和鼓勵(lì)扶持重點(diǎn)。隨著資源綜合利用相關(guān)法律體系的日趨完善，《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》、《固體廢物污染環(huán)境防治法》、《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》的頒布實(shí)施，對(duì)資源綜合利用提出了更高的要求，同時(shí)國(guó)家明確鼓勵(lì)對(duì)粉煤灰進(jìn)行高附加值和大摻量利用。經(jīng)多年大量的試驗(yàn)資料和實(shí)踐證明,粉煤灰在水利工程中得到了大量應(yīng)用，用于護(hù)坡、護(hù)堤、水庫大壩等澆筑混凝土和漿砌石的施工，得到了很好的使用效果。水工碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)大摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）應(yīng)用在我國(guó)的橋梁、道路、水利、港口等工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用

1.1 在水工碾壓混凝土中的應(yīng)用

碾壓混凝土(HVFARCC）施工方法多用于大壩工程和公路工程，其應(yīng)用發(fā)展非常迅速。碾壓混凝土將土石方施工機(jī)械容量大、速度快、大面積作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)和混凝土強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)的特點(diǎn)融合到一體，從而達(dá)到快速經(jīng)濟(jì)施工的特點(diǎn)。碾壓混凝土的連續(xù)、快速碾壓施工的要求，需要降低碾壓混凝土的溫升,碾壓混凝土中的水泥用量應(yīng)盡可能的降低，以減少水泥水化產(chǎn)生的熱量。用粉煤灰取代水泥后，能有效地降低溫升，對(duì)溫升起到緩解作用。碾壓混凝土大面積施工的特點(diǎn)，要求拌合物具有較長(zhǎng)的初凝時(shí)間，以減少冷縫的出現(xiàn)，改善施工層面的黏結(jié)特性。粉煤灰形成過程中，表面會(huì)吸附一定量的Na2O和SO3，延遲混凝土的凝結(jié)時(shí)間，故粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間慢，初凝、終凝能推遲1～3 h。

大摻量粉煤灰碾壓混凝土的摻合料主要是粉煤灰，粉煤灰取代水泥率能達(dá)到30%～40%。作為摻合料的粉煤灰一般的質(zhì)量要求需要符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T 5055—1996，在實(shí)際中都采用二級(jí)以上的。高摻量、低質(zhì)量粉煤灰可以配制出性能良好的碾壓混凝土，而粉煤灰的良好防滲作用也得到了有效利用，同時(shí)能大大改善混凝土的抗侵蝕性，細(xì)度較細(xì)的粉煤灰也能增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，改善其強(qiáng)度指標(biāo)。目前，碾壓混凝土壩所具有的施工快速和經(jīng)濟(jì)的巨大優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)、國(guó)外水利行業(yè)均得到了大力發(fā)展，碾壓混凝土壩的壩型已從重力壩逐漸擴(kuò)展到重力拱壩和薄拱壩。粉煤灰的防滲性、吸水性、流動(dòng)性，正是其作為碾壓混凝土增加強(qiáng)度和耐久性、和易性的不可缺少的摻合材料。目前更大摻量的粉煤灰也得到了研究和應(yīng)用。

1.2 在護(hù)坡、護(hù)堤、水庫大壩等澆筑混凝土和漿砌石施工中的應(yīng)用

粉煤灰作為一種人工火山灰質(zhì)混合材料，在常溫及水熱處理(蒸汽養(yǎng)護(hù))條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強(qiáng)度和耐久性的材料，可大量用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，成為水泥、混凝土的組分。在雙摻技術(shù)條件下，能大摻量粉煤灰，又能保證混凝土良好的強(qiáng)度指標(biāo)。粉煤灰主要利用方式為大體積混凝土、泵送混凝土、高低標(biāo)號(hào)混凝土、灌漿材料等，使用粉煤灰水泥或作為摻合材料現(xiàn)場(chǎng)摻加，重要的是控制質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結(jié)構(gòu)混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土。

1.3 在堤防、水壩作為填筑材料

粉煤灰作為工業(yè)廢渣，中國(guó)在近30多年以來，對(duì)粉煤灰的研究和利用也取得較大的進(jìn)展，廣泛應(yīng)用在建工、建材、水利、道路等行業(yè)。但粉煤灰數(shù)量很大，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的限制,一般還不能全部利用起來,要堆存一部分，但會(huì)占用大量土地，同時(shí)還需要做好防滲、防止揚(yáng)塵等措施。堤防、水壩工程需要大量的填充材料，粉煤灰是一種很好的填充材料，能替代部分黏土等。一方面能緩解電廠周圍環(huán)保壓力要求，同時(shí)能利用其良好防滲、強(qiáng)度增強(qiáng)性能，減少黏土等資源的利用。

堤防、水壩工程需要大土方量的填筑材料,原填筑材料大多就地取材，使用大量黏土等資源。在粉煤灰資源比較充足地區(qū)，分選系統(tǒng)選出的細(xì)灰應(yīng)用市場(chǎng)很廣，但大量的粗粉煤灰沒法利用，只能尋找堆場(chǎng)堆存，既污染了環(huán)境，又占用了大量的土地資源。在這種情況下，可以考慮把這些廢棄的粗灰利用起來,減少環(huán)境污染和寶貴的土地資源的占用，有效綜合利用，更好地利用其防滲性和質(zhì)量要求相對(duì)不高的條件，作為填筑材料，大量應(yīng)用在堤防道路、水壩及其他水利填筑材料上。

2 粉煤灰利用深加工技術(shù)

發(fā)展粉煤灰最重要的應(yīng)用是作為混合材生產(chǎn)水泥或生產(chǎn)商品混凝土。它不僅可用于配制普通混凝土，而且還是高性能混凝土中必不可少的最常用礦物細(xì)摻料之一。在混凝土中使用粉煤灰最重要的是具有較大的節(jié)能和環(huán)境保護(hù)效益。粉煤灰是一種性能優(yōu)良的礦物細(xì)摻料，可以改善混凝土的耐久性和工作性。

粉煤灰在建材行業(yè)的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用原則，對(duì)于保護(hù)資源環(huán)境，節(jié)約能源，保護(hù)耕地，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策引導(dǎo)及粉煤灰綜合利用的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)粉煤灰的應(yīng)用越來越廣泛，優(yōu)質(zhì)粉煤灰需求量持續(xù)增長(zhǎng)。

粉煤灰在電廠通過分選技術(shù)和一定流程對(duì)原狀粉煤灰進(jìn)行粒度分級(jí)。根據(jù)粉煤灰的應(yīng)用要求，一般將粉煤灰分為一級(jí)灰、二級(jí)灰和三級(jí)灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰可作為高級(jí)技術(shù)、高經(jīng)濟(jì)附加值的利用,能產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益。隨著分選裝置的增加及分選技術(shù)的發(fā)展,細(xì)灰產(chǎn)出量增加并不斷地成為商品,同時(shí)粗灰的不斷產(chǎn)出也因利用價(jià)值不高，存在作為廢棄物進(jìn)行排放的可能，需要尋找場(chǎng)地進(jìn)行堆放。但在目前的技術(shù)條件下，電廠排放的粉煤灰有大部分為粗灰或等外灰,因此粉煤灰磨細(xì)深加工技術(shù)逐漸發(fā)展，通過對(duì)原灰或等外灰再處理，經(jīng)粉磨、分選等流程處理后，可生產(chǎn)不同細(xì)度、不同品種粉煤灰，激發(fā)了粉煤灰的活性，使其得到更廣泛地利用，更有效地拓寬粉煤灰開發(fā)和利用渠道,提高粉煤灰利用價(jià)值。同時(shí)粉煤灰深加工技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰作為成品袋裝或散裝出廠，運(yùn)輸方式更加靈活方便，而且粉煤灰各等級(jí)煤灰質(zhì)量控制也能得到有效保證。

3 結(jié)語

綜上所述，無論作為低成本的填筑材料還是作為高附加值的混凝土混合材，在水利工程領(lǐng)域粉煤灰的應(yīng)用前景都非常廣泛。同時(shí)結(jié)合國(guó)家目前循環(huán)經(jīng)濟(jì)、廢渣綜合、污染物零排放的政策引導(dǎo)和要求，在粉煤灰深加工技術(shù)大力發(fā)展的條件下，粉煤灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也得到了很大提高，粉煤灰在當(dāng)前和今后的水利工程將有很好的應(yīng)用前景。

[1]GB／T 1596－2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[2]《粉煤灰綜合利用管理辦法》中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等.

[3]水利工程混凝土摻加粉煤灰情況調(diào)查[J].江蘇水利.

[4]水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范,中國(guó)電力出版社.