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(shù)、微觀形貌及成分等指標(biāo)研究評價其作為混凝土摻合料的可行性。試驗結(jié)果表明，在混凝土中合理摻入火山灰替代常規(guī)摻合料能滿足混凝土基本強(qiáng)度要求。通過計算摻火山灰混凝土工程應(yīng)用成本，證明其有利于降低工程造價，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可實現(xiàn)資源可持續(xù)利用。

關(guān)鍵詞：火山灰；摻合料；混凝土；資源利用；綜合效益 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)材料和天然火山灰。天然火山灰是火山運動過程中噴發(fā)出天然火山碎石和礦物質(zhì)顆粒經(jīng)磨細(xì)而成的?；鹕交遗c水泥或石灰一樣具有膠凝特性，混合后與水可發(fā)生水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣、氫氧化鈣等水化產(chǎn)物，并能凝結(jié)硬化具有一定強(qiáng)度?；鹕交乙蚱淠z凝特性可作為混凝土摻合料應(yīng)用于粉煤灰、礦粉等摻合料匱乏的工程建設(shè)中，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 火山灰應(yīng)用可行性分析

在混凝土摻合料所有的性能參數(shù)中，活性指標(biāo)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(yīng)用于混凝土制備具有決定性的作用?；鹕交业膿饺雽λ磻?yīng)進(jìn)程產(chǎn)生影響，但最重要的是對混凝土硬化后強(qiáng)度產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。當(dāng)然對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是通過火山灰反應(yīng)來影響作用的。一次水化中單位質(zhì)量的水泥會釋放出一定質(zhì)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(shù)（因為游離鈣產(chǎn)生于水泥中占支配地位的硅酸鹽相）。當(dāng)這些游離鈣與液相水分接觸，生成堿性激發(fā)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(fā)生二次水化反應(yīng)生成額外的水化硅酸鈣產(chǎn)物。由此可見，火山灰的摻入不但起到填充效應(yīng)，還能起到更為重要的火山灰效應(yīng)。

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(xué)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(qiáng)度，并分析強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展變化。試驗依據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）附錄D“活性指數(shù)試驗”

進(jìn)行。

2.2 試驗結(jié)果

不同比例火山灰摻合料膠砂強(qiáng)度試驗結(jié)果表1。其中C代表水泥，VA代表火山灰。

由表1中數(shù)據(jù)可見，單摻30%天然火山灰的膠砂28d與60d抗壓強(qiáng)度值要低于水泥膠砂強(qiáng)度，但隨著齡期的發(fā)展，兩者差值逐漸變小。當(dāng)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(qiáng)度均不斷增大，抗壓強(qiáng)度值低于摻量為30%的膠砂強(qiáng)度。當(dāng)火山灰摻和料比例達(dá)到60%時，其膠砂抗壓和抗折強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度下降趨勢較為明顯，但是隨著齡期的發(fā)展，強(qiáng)度曲線的斜率越來越小，說明強(qiáng)度下降的趨勢越來越小，且強(qiáng)度基本滿足混凝土強(qiáng)度及性能需求。因此，摻火山灰應(yīng)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(shè)計要求。

3 經(jīng)濟(jì)效益

新型火山灰混凝土摻合料的開發(fā)與應(yīng)用，不僅可以因地制宜合理利用天然火山灰材料，節(jié)約大量的運輸費用，同時采用所制備的摻合料替代常規(guī)礦物摻合料，可以減少建筑業(yè)對粉煤灰、礦粉等的消耗，緩解常規(guī)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(guī)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(qiáng)度等級混凝土成本計算見表2。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，在滿足質(zhì)量要求的前提下，火山灰碾壓混凝土較普通混凝土每方節(jié)省20元，因此對于用量巨大的道路工程其累計節(jié)約成本是非常巨大的，可見火山灰利用的經(jīng)濟(jì)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?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

4 社會效益

大量火山灰資源循環(huán)利用有利于環(huán)境保護(hù)。細(xì)微顆粒的火山灰隨空氣流動或者大風(fēng)吹拂會彌漫在空氣當(dāng)中污染大氣，對人類居住、工作環(huán)境帶來惡劣影響。細(xì)小的火山灰顆?？梢陨钊肴梭w的呼吸道，甚至達(dá)到細(xì)支氣管和肺部，損傷人體心肺功能，誘發(fā)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(qiáng)。因此合理處理火山灰資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)相容性，其生態(tài)環(huán)保社會效益非常顯著。

5 結(jié)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(yīng)充分考慮摻合料摻量及齡期對強(qiáng)度的影響，選擇合理的摻量以滿足混凝土強(qiáng)度及其性能的要求?；鹕交屹Y源利用從整個社會節(jié)約天然不可再生資源的角度來看，其經(jīng)濟(jì)效益和社會生態(tài)效益是巨大的。

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