浅谈粉煤灰及其在混凝土中的应用

景延会 朱旭 霍龙 张扬

摘要：我国粉煤灰的排放量逐年增加。粉煤灰需要占用大量的土地贮存，对生态环境也带来了诸多不利的影响。提高粉煤灰的综合利用率是我国目前亟需解决的问题。本文对粉煤灰的性质以及粉煤灰在混凝土中的应用研究现状进行了介绍。粉煤灰混凝土是实现粉煤灰资源化、商品化和综合社会效益一体化的一条重要途径。

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.

关键词： 粉煤灰；粉煤灰混凝土；粉煤灰水泥

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

中图分类号：TU528.041 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）26-0190-02

0 引言

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，是火力发电产生的工业废渣，本身略有或没有水硬胶凝性能，可与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物。我国以煤炭为电力生产基本燃料，粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰不仅需要占用大量宝贵的土地资源存放，而且给生态环境也带来了诸多不利的影响和巨大的压力。提高粉煤灰的综合利用率，如何将其变废为宝和变害为利，是我国目前亟需解决的问题。本文重点分析了粉煤灰的性质以及粉煤灰在混凝土中的应用研究现状。

1 粉煤灰的理化性质

粉煤灰的组成部分包括结晶体、玻璃体及少量未燃炭粒，但这三者比例并不是固定的，其比例随着所选用技术和操作手法的变化而存在一些差异[1]。电镜结果显示粉煤灰是由多种粒子構成的，可以分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类，颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。珠状颗粒包括漂珠、沉珠、磁珠、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等；渣状颗粒包括粘聚颗粒、碎屑、钝角颗粒、炭粒、海绵状玻璃渣粒等。粉煤灰品质的优劣取决于粉煤灰的颗粒组成以及每种颗粒所占比例的多少。

粉煤灰主要由SiO2和Al2O3组成，其化学成分还包括FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等[2]。粉煤灰的物理性质包括需水量、比表面积、细度、堆积密度、密度等，这些性质宏观反映了其化学成分及矿物组成。一般来说，粉煤灰化学组成的波动范围较大，而这也导致了不同粉煤灰的物理性质差异较大[3]。细度是粉煤灰较重要的物理性质，对粉煤灰的品质有重要的影响，影响早期的水化反应，通常粉煤灰越细，粉煤灰的活性就越高。

2 粉煤灰在混凝土中的应用

2.1 粉煤灰水泥

粉煤灰可以用于水泥的生产，代替粘土组分进行配料。粉煤灰水泥是将粉煤灰作为一种火山灰质材料掺入普通硅酸盐水泥熟料中，加入适量石膏经研磨而得。粉煤灰的产生过程相当于一个熟化过程，当用它代替粘土用于水泥生产时，就节省了粘土用于熟化消耗的能量。粉煤灰中含有一定数量未完全燃烧的炭粒，所以在煅烧水泥熟料时可节约燃料。粉磨普通硅酸盐水泥时，当掺加粉煤灰作混合材料时，能起到一定助磨作用，提高产量，降低单位耗电量。可见，将粉煤灰应用于水泥生产，具有显著的经济效益，能够降低生产成本，同时粉煤灰还能够改善水泥的某些性能，具体表现在以下几个方面：①后期强度增长率更大，约是普通硅酸盐水泥的两倍；②干缩性更小，浇筑实体更致密，不易产生裂缝，水泥石结晶完整耐风化；③水化热更低，适用于高温季节施工或大体积混凝土工程施工；④和易性更好，在相同塌落度时比普通硅酸盐水泥减少拌和水，降低水灰比。此外，将粉煤灰应用于水泥生产还具有一定的社会效益，使粉煤灰资源得到很好地再生利用，保护环境，变废为宝，实现可持续发展。

2.2粉煤灰混凝土

在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，可以节约水泥，降低生产成本，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过程中的掺混程序，将粉煤灰掺入混凝土中的方式分为内掺和外掺两种。内掺粉煤灰是指在混凝土中直接应用粉煤灰水泥，而外掺粉煤灰是指直接向混凝土中掺加粉煤灰。粉煤灰火山灰活性较低，水泥水化过程中会析出氢氧化钙，粉煤灰能与其缓慢进行二次反应，在表面形成一火山灰质反应生成物，与水泥浆硬化体晶格坚固的结合起来，从而将混凝土的后期强度、抗渗性和耐久性提高。另外，粉煤灰在混凝土中还有特殊的物理功能，比如填充浆体空隙功能、粉煤灰的减水功能等，可有效提升混凝土质量和性能。

混凝土的收缩受到混凝土的用水量和浆体体积的直接影响，收缩会随着用水量的减少而逐渐减少[4]。优质的粉煤灰需水量比小于100%，用水量的减少使掺粉煤灰混凝土28d后的自干燥收缩和干燥收缩都较小。粉煤灰混凝土的干缩随着粉煤灰掺量的增大而降低。粉煤灰具有良好的降低混凝土水化热的作用[5]，低钙粉煤灰在早期所产生的水化热仅是水泥的一半。在混凝土中用粉煤灰等量替代20%的水泥，可使混凝土7 d的水化热降低约11%。在大体积混凝土中掺加粉煤灰，一般可使水化热峰值出现的时间延缓至3d以后，可以有效防止混凝土产生温度裂缝。粉煤灰还能够有效抑制混凝土的碱-集料反应。此外，在低水胶比的高性能混凝土中掺加粉煤灰，有助于水泥石微观结构的形成[6]。粉煤灰混凝土因其良好的和易性、较低的水化热、较小的膨胀收缩率、较高的后期强度、较强的水密性以及耐海水侵蚀性等，现在已经广泛地应用于现场浇制工业和民用建筑的柱、梁、板、基础、地面等建筑工程中，以及大坝、道路和隧道等土木工程和水利工程中。粉煤灰混凝土是实现粉煤灰资源化、商品化和综合社会效益一体化的一条重要途径。

3 结束与展望

我国粉煤灰的排放量逐年增加，目前粉煤灰的综合利用率还不高，粉煤灰不仅需要占用大量的土地资源存放，而且对生态环境也带来了诸多不利的影响。将粉煤灰应用到混凝土中，不仅可以节约水泥，降低生产成本，还可以改善混凝土的抗渗性和耐久性等性能。粉煤灰混凝土是实现粉煤灰资源化、商品化和综合社会效益一体化的一条重要途径。

参考文献：

[1]景龙.粉煤灰综合利用浅析[J].硅酸盐建筑制品，1993（3）：33-35.

[2]姚志通.固体废弃物粉煤灰的资源化利用[D].浙江大学，2010.

[3]吴传明.水介质长期作用下的粉煤灰性能研究[D].重庆大学，2009.

[4]朱健.粉煤灰在实际工程中的应用[D].西南交通大学，2005.

[5]吴建华.高强高性能大掺量粉煤灰混凝土研究[D].重庆大学，2005.

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