粉煤灰特性及应用

粉煤灰的特性及应用

摘要：中国是以煤炭为主要能源的国家，电力产量的76％是由煤炭产生的，每年用煤超过4亿吨，占全国原煤产量的三分之一。1997年全国排放的粉煤灰已达到1．6亿t，成为世界最大的排灰国。但是，目前我国的粉煤灰利用率仅为30％左右，主要用于筑路基和回填，每年仍有1亿t未能利用的粉煤灰，储存于灰场中。每年需征地3 333 hm2用于储灰，建灰场费用和运行费用都很高；另外，粉煤灰用于筑路或回填会受地区、时间的限制，存在使用不均衡、不连续的问题。因此，应该大力拓展粉煤灰在其他领域的应用。

关键词：粉煤灰特性综合利用

1.粉煤灰特性

1．1化学特性

燃料煤由有机物及无机物组成，有机物燃烧后生成碳、氢、氧，无机物燃烧后即生成粉煤灰。粉煤灰的化学成分与煤种、产地、燃烧炉型等有关。我国低钙灰的成分比较接近，其化学组成见表1。

由表1可见，粉煤灰的主要成分为氧化硅、氧化铝及氧化铁，其总量约占粉煤灰的85％左右。低钙煤中氧化钙含量较低，基本无自硬性；但是，目前我国高钙灰的排放量有明显增长的趋势，而高钙灰含有一定的自硬性矿物，有利于增进粉煤灰的强度贡献。另外，近年来随着锅炉容量的不断提高，炉内煤粉燃烧趋于完全，代表影响材料长期稳定性的烧失量也逐渐降低，因此可以说，经过高温燃烧后的粉煤灰是相当纯净的建材原料。

粉煤灰的化学组成Ⅲ

成分SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O 烧失量

含量50．6 27．2 7．0 2．8 1．2 0.3 0.5 1．3 8．2

1．2物理特性

煤粉在锅炉中燃烧时，其无机物经历了分解、烧结、熔融及冷却等过程，冷却后的粉煤灰颗粒主要由硅铝玻璃体和少量碳粒组成，玻璃体又以单珠、连珠体和海绵状不规则多孔体组成。粉煤灰的品质主要取决于这些粒径、形貌不一的各种颗粒成分的组合比例。其中，粉煤灰的活化能力主要靠硅铝玻璃体，而在常温下硅铝玻璃体以多聚物组成为主，活化能力较低。因此，常温下粉煤灰是一种性质稳定的材料。

1．3粉煤灰的放射性和浸出物毒性

在人类日常的生活环境中，到处都存在着微量天然的放射性物质，主要为238 U、232 Th、226 Ra和40 K等4种放射性元素，只要其含量不超过一定的标准，对人类健康就不会带来负面影响。GB 6763—86中规定，建筑材料用工业废渣中放射性物质的含量应满足下列要求：ARa／330+An／260+AK／3800≤1 (1)

ARa／200≤1 (2)

根据杨钦元[4]等测得的粉煤灰天然放射性元素的比活度，按上述两个公式[2][33计算的结果分别为o．93和o．73，均未超出国家标准，说明粉煤灰产品的放射性对人体是安全的。

粉煤灰中除了主要元素外，尚有一定量的镐、砷、铬、铅、汞、铜、锌、镍等对人体健康可能不利的微量元素。这些微量元素对环境的影响主要通过浸出作用体现。吴贤中[53等人

的研究结果证明，粉煤灰中有害元素在水体中的浸出极微，基本不会影响环境水质，浸出后的水质尚符合国家地表水水质二级标准。

1．4其它特性

(1)形态效应。泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。粉煤灰的形态效应可以在混凝土材料中起到减水、引水、保水、释水、润滑、减阻、解絮、塑化、增浆、浓化、粘聚、增密、减气、堵孔、调凝、促硬等作用。

(2)活性效应。指低钙粉煤灰的玻璃体中活性氧化钙、氧化铝与氢氧化钙发生化学反应，生成胶凝性的水化铝硅酸钙，和高钙粉煤灰的自硬胶凝性的性能。

(3)微集料效应。指粉煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相中，就象微细的集料，能够增强混凝土的强度。粉煤灰微集料在混凝土中的效应比未水化的水泥颗粒的微集料效应还略胜一筹。

2.粉煤灰的综合利用

国外早在19世纪20年代就开始粉煤灰综合利用的工作。目前在一些工业发达国家中，利用粉煤灰生产建材已逐步形成产业化，如法国生产的粉煤灰水泥已占其水泥总量的60％以上，英国的粉煤灰陶粒已居各种人造骨料产量首位，美国、德国、日本等也都把粉煤灰再利用作为一项国策，除了对现有的利用途径深入研究外，还力图开发一些新途径，以进一步提高粉煤灰利用率。

我国建筑行业对粉煤灰的利用研究，早在20世纪50年代就已开始，经过几十年的实践，摸索出不少经验，现已成为粉煤灰的利用大户。正在建设中的三峡工程预计用粉煤灰量达133．8万t，在修建沪宁、京深及京冀等高等级公路时也大量使用了粉煤灰。

2．1粉煤灰混凝土

粉煤灰混凝土制作的工艺流程与普通混凝土基本相同，只是在搅拌前掺入粉煤灰。掺有粉煤灰的混凝土，能有效改善普通混凝土的性能，并降低水泥、砂子的用量。

粉煤灰混凝土应用面极广，在土木工程、水利工程、建筑工程等方面都可广泛使用。我国上海等城市建设的混凝土工程，如地铁、隧道、污水管道、排水管道、大型基础、地道式立交桥、市郊水利工程等均采用了粉煤灰混凝土。多年的应用实践证明，粉煤灰混凝土在以下方面的应用更能充分显示其优越性：1)大体积混凝土，如建造水坝、油井平台、大型基础等；

2)泵送混凝土；3)预拌混凝土；4)振动碾压混凝土。另外，粉煤灰还可生产加气混凝土，即以粉煤灰为基本原料，配以生石灰、水泥、石膏及铝粉等添加剂制成的一种轻质建材。加气混凝土中，粉煤灰的掺量可达70％，值得推广应用。

2．2生产水泥和砂浆

粉煤灰生产水泥即将粉煤灰、水泥熟料和其它材料等磨细并掺和而形成的水泥产品。包括用粉煤灰代替粘土配料做原料和做混合材。粉煤灰的成分与粘土相似，可以替代粘土配料生产水泥，还可利用其残余碳，在煅烧水泥熟料时节约燃料。做混合材时根据粉煤灰掺量不同分为普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥二种。普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细而成的产品；矿渣硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和矿渣共同磨细而成的产品。