粉煤灰在水利工程混凝土中的應用

遼寧生態(tài)工程職業(yè)學院 遼寧沈陽 110122

粉煤灰是從電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，是一種活性火山灰材料，其組成和性能與煤的品種、燃燒條件及收集工藝有關。優(yōu)質的粉煤灰可改善混凝土拌和物的可泵性、坍落度損失、減少單方用水量等，可降低大體積混凝土的水化熱，提高混凝土的抗?jié)B性、耐化學侵蝕性等耐久性能[1]。如今，粉煤灰作為混凝土礦物摻合料的一種，已經(jīng)成為預拌混凝土中必不可少的重要組分和功能材料。

1 背景資料

（1）粉煤灰的供需現(xiàn)狀。隨著人們對粉煤灰的研究和應用的深入，粉煤灰應用技術不斷成熟，市場對粉煤灰的需求量驟增，時有出現(xiàn)供不應求現(xiàn)象。而電廠又僅把粉煤灰作為一種廢棄物進行處理，只考慮滿足環(huán)保要求，粉煤灰質量往往得不到保證。粉煤灰供應商為了滿足供給需求和追求最大經(jīng)濟利益，到處購買導致來源不穩(wěn)定，或人為混裝或加入不明雜質，使粉煤灰品質變化進一步加大。攪拌站使用的粉煤灰的品質往往一直處于波動狀態(tài)。

（2）GB/T1596-2017 中粉煤灰技術指標包括細度、需水量比、燒失量、含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、密度、安定性、活性指數(shù)等。為了快速檢驗，通常攪拌站在粉煤灰進場檢驗時，會對每車粉煤灰先進行細度和需水量比檢驗，檢驗合格先放行接收，后續(xù)對其他指標進行檢驗[2]。實際上投機分子可通過后期加工的方式，造成有些造假灰的細度和需水量比都會合格，而后續(xù)其他指標檢驗可能出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，或實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)新拌混凝土坍損大、有氨味或冒泡冒黑油現(xiàn)象等。

2 粉煤灰的分類

依據(jù)粉煤灰化學組成的差異性，粉煤灰可被分為多種類型。我國依據(jù)粉煤灰中氧化鋁含量的不同將粉煤灰分為高鋁粉煤灰和普通粉煤灰。高鋁粉煤灰中Al203含量占45%-65%，Al203和Si02總含量在80%左右；普通粉煤灰中Al203含量通常低于27%，Si 含量在50%左右。美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）根據(jù)粉煤灰中氧化物及燒失量差異將粉煤灰劃分為C型和F型粉煤灰，F(xiàn)型粉煤灰中的cao 含量一般介于1%-12%，原料主要為煙煤或無煙煤，而C型粉煤灰中的cao 含量高達30%-40%，原料主要為褐煤或亞煙煤。保加利亞學者Vassilev 依據(jù)粉煤灰中氧化物含量及應用途徑將粉煤灰分為硅鋁質、鈣硅鋁質、鐵硅鋁質及鐵鈣硅鋁質4 種類型的粉煤灰。

3 粉煤灰在混凝土中的應用

粉煤灰因具有火山灰活性常用于與砂石和水泥混合制備混凝土。研究表明，在混凝土配料中加入一定比例的粉煤灰制備的混凝土強度大，抗?jié)B性和耐腐蝕性都有所提高。另外粉煤灰主要以球形微珠的形式存在，遍布在混凝土的空隙中，有效改善混凝土的和易性，增加了其密實度。研究了粉煤灰摻量對c50 自密實混凝土的性能影響，粉煤灰摻量30%-40%可以有效改善混凝土的流動性，工作性能有所提高。當摻量超過40%，強度以及耐久性較差。研究了在粉煤灰混凝土中加入硫酸鈉和氯化鈣等活化劑，加快了粉煤灰與石灰間反應，縮短了混凝土固化時間，增強了粉煤灰混凝土的強度。研究了粉煤灰基堿活化混凝土，結果表明鈣基水合產(chǎn)物CSH 凝膠和CASH 與聚合產(chǎn)物NASH 并存，從而使堿活化黏合劑的基質更加致密，裂縫和孔隙空間較小，壓縮強度增加了約52%，吸水性和氯離子滲透率分別減少了35%和78%。

4 結論與展望

我國是以煤炭為主要能源的國家，粉煤灰作為燃煤產(chǎn)物經(jīng)長期堆積，現(xiàn)積存量巨大，占用大量土地資源并對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的影響。粉煤灰資源化利用至關重要，創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時環(huán)境問題得以解決。目前我國粉煤灰主要廣泛應用于建筑建材、農(nóng)業(yè)和陶瓷等低附加值的領域[3]。而在回收粉煤灰中磁珠、氧化鋁及稀有元素等有價組分和制備沸石分子篩、催化劑載體等高附加值利用領域仍處于實驗室研究階段，資源綜合利用率較低。未來粉煤灰利用開發(fā)仍需要注意以下幾點：

（1）粉煤灰細化分類，加大對不同煤種和不同燃燒條件產(chǎn)出的粉煤灰特性的研究，根據(jù)粉煤灰的物化性質進行細化分類，為日后粉煤灰綜合利用提供科學依據(jù)。

（2）我國經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)入新常態(tài)，經(jīng)濟已從高速度發(fā)展向中低速轉化，建筑行業(yè)將面臨巨大挑戰(zhàn)，而國內粉煤灰主要應用于建筑材料，會導致粉煤灰在建筑行業(yè)中的需求放緩。

（3）我國粉煤灰仍處于低附加值利用階段，粉煤灰中含有豐富的有價元素，是很好的二次資源，回收粉煤灰中的有價組分是實現(xiàn)礦產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑，分離后的粉煤灰綜合性能更佳。

（4）目前，我國粉煤灰高附加值利用領域仍處于試驗探索階段，仍存在技術問題，應加大深入研究力度，逐步向工業(yè)化應用邁進。

（5）未來粉煤灰的綜合利用應突破固有的應用結構和途徑，在此基礎上開發(fā)更精細化、高端化和高附加值的綜合利用新途徑，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，形成粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)其最大限度的開發(fā)和利用。

5 結語

高摻粉煤灰對碾壓混凝土工作性能具有改善作用，隨著粉煤灰摻量的增加，不同齡期（14d、28d 和90d）的混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度均有一定程度的提高，90d 的抗?jié)B性能和抗凍性能均有一定幅度的提升。