淺談工業(yè)固體廢棄物在水泥混凝土中的應(yīng)用

沈宜萍

摘 要：水泥混凝土作為世界范圍內(nèi)用量最大的人造材料，在生產(chǎn)及使用過程中的碳排放量卻對生態(tài)環(huán)境造成了極為不利的影響，如何降低此的過程中產(chǎn)生的CO2排放量，摻加具有水化硬化活性的工業(yè)固體廢棄物是常用的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：工業(yè)固體廢棄物；水泥混凝土；低碳減排；綜合利用

水泥混凝土是世界范圍內(nèi)用量最大的人造材料，由于生產(chǎn)混凝土材料廣泛存在，使得其相比于其它人工材料具有價廉物美的特點，因此其地位在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?/p>

但隨著社會的發(fā)展，混凝土原材料中的膠凝材料水泥生產(chǎn)過程不僅要消耗大量不可再生資源，而且耗能量也巨大。在諸多降低水泥混凝土生產(chǎn)和使用過程中能耗和碳排放的手段中，摻加具有水化硬化活性的工業(yè)固體廢棄物是常用的技術(shù)手段。工業(yè)固體廢棄物包括電力、冶金、印染、化工等多部門種類繁多的粗產(chǎn)品。下面就選取幾種我國較為常見的工業(yè)廢棄物淺談其在水泥混凝土中的應(yīng)用。

1 粉煤灰的利用

粉煤灰資源化利用是建立在對其性能認(rèn)識的基礎(chǔ)之上的。其在水泥混凝土中性能的發(fā)揮主要是靠其物理形貌特性和潛在化學(xué)活性作用。

1.1 粉煤灰在混凝土中利用的特點

粉煤灰混凝土不僅可以用于普通粉煤灰混凝土，而且還能用于許多普通混凝土難以適應(yīng)的場所。粉煤灰在混凝土中能充分發(fā)揮的性能包括三大效應(yīng)：微集料效應(yīng)、微珠效應(yīng)、火山灰效應(yīng)。粉煤灰應(yīng)用研究主要圍繞這三方面展開。

粉煤灰對水泥混凝土性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1.1 粉煤灰等量取代水泥后，由于粉煤灰的絕對密度小于水泥的絕對密度，因此可以節(jié)約了水泥的摻量。

1.1.2 利用粉煤灰的球形特性，其在拌合物中可以達(dá)到增加拌合物流動性的目的，從而可以減少混凝土用水量，增強(qiáng)了混凝土的密實性。

1.1.3 粉煤灰取代水泥可在一定程度上提高拌合物中細(xì)粉顆粒比例，減小不同密度組分分離的趨勢，降低拌合物的泌水率。

1.1.4 減少了混凝土的徐變。摻粉煤灰的水泥混凝土拌合物其性能在后期仍然有一定程度的發(fā)展，對結(jié)構(gòu)的徐變有一定的抑制作用。

1.1.5 降低水化熱、減小熱膨脹。粉煤灰的摻加，減少了水泥的用量，可以降低混凝土中的水化放熱。粉煤灰本身的火山灰反應(yīng)過程比較緩慢，減少了混凝土熱膨脹出現(xiàn)裂縫的幾率。

1.1.6 提高混凝土密實度。粉煤灰顆粒具有的物理減水作用可以增加拌合物的流動性。此外，由于粉煤灰的潛在火山灰活性，反應(yīng)過程的生成物可以填充水泥石中毛細(xì)孔。

1.2 粉煤灰活性激發(fā)

從粉煤灰火山灰反應(yīng)特點中可以看出，粉煤灰，自身不具備或很少具備自水化性能，只有在堿性條件下其潛在的活性才會得到發(fā)揮。為使粉煤灰材料在水泥混凝土體系中的潛在活性能更好的發(fā)揮，研究者提出了許多活化措施。粉煤灰活性激發(fā)主要有化學(xué)激發(fā)、物理激發(fā)、熱力激發(fā)和復(fù)合活化。物理激發(fā)主要是針對較粗的粉煤灰顆粒采用物理粉磨的方法提高其細(xì)度；熱力激發(fā)是指適當(dāng)提高反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)溫度，提高粉煤灰的反應(yīng)活性；復(fù)合激發(fā)是將諸如化學(xué)激發(fā)、熱力激發(fā)等手段復(fù)合使用，提高活性激發(fā)效果。

2 礦渣粉的利用

從礦渣的產(chǎn)生過程可以看出，其是經(jīng)歷高溫的鋁硅酸鹽礦物極冷后得到的。加之其為鈣基脫氧工藝的副產(chǎn)品，因此其組成與水泥生料高溫?zé)傻玫降氖炝袭a(chǎn)物有相似的組分。故而礦渣粉在水泥混凝土中有較高的利用價值。

同粉煤灰一樣，礦渣粉用于水泥混凝土中有兩種摻加方式，其一是作為水泥混合材，即摻入硅酸鹽水泥一起作為普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥使用；其二是用作水泥混凝土的摻合料，即使用過程中替代硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。礦渣粉作為水泥混凝土摻合料使用時，具有以下特點：（1）提高混凝土致密度，增強(qiáng)材料耐腐蝕性。（2）降低水化熱并防止開裂現(xiàn)象。

3 脫硫石膏的利用

脫硫石膏的化學(xué)組成主要是二水石膏和部分碳酸鈣及可溶性堿金屬鹽類。其在水泥混凝土中所發(fā)揮的作用主要是水泥熟料的緩凝劑和火山灰材料，如粉煤灰、礦渣粉的活性激發(fā)劑。研究結(jié)果顯示，脫硫石膏加入含火山灰質(zhì)材料的混凝土中后，可促進(jìn)體系鈣礬石的生成，提高體系早期強(qiáng)度，并有利于減少混凝土材料的收縮。此外，脫硫石膏中的堿金屬離子對促進(jìn)含火山灰質(zhì)材料的早期強(qiáng)度亦有積極作用。

硫酸鹽在水泥混凝土中性能的發(fā)揮與其溶解特性相關(guān)。溶解度大、溶解速度快的硫酸鹽對含火山灰質(zhì)材料性能的激發(fā)效果更加顯著。二水石膏常溫下的溶解度只有2.05g/L，因此其活性激發(fā)效果的發(fā)揮通常需要的量較大。

4 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)固體廢棄物在水泥混凝土中有著廣泛而巨大的應(yīng)用潛質(zhì)，對工業(yè)廢棄物合理的綜合利用將為現(xiàn)代建筑業(yè)，工業(yè)等多個行業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境影響，是符合節(jié)能減排，創(chuàng)建綠色社會的研究方向。

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