粉煤灰应用现状分析

粉煤灰应用现状分析（精选7篇）

粉煤灰应用现状分析 第1篇

关键词：粉煤灰,简单改性絮凝剂,复合改性絮凝剂,合成改性絮凝剂

粉煤灰化学组成与粘土质相似, 主要为Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ca O和未燃碳, 另含有少量K、P、S、Mg、Na、Ti、Mn等化合物和Cu、Zn等微量元素, 其中Si O2、Al2O3的含量约占粉煤灰总量的50%-80%[1]. 美国、日本等国家把粉煤灰当成一种重要的矿物资源, 很早就已经开始对粉煤灰进行综合利用, 据不完全统计欧美发达国家粉煤灰的利用率已高达70%-80%, 我国只有30%-40%, 远远落后于欧美发达国家, 而且我国粉煤灰产生量很大, 如果不进行综合利用, 对土壤、大气、水体造成的危害很大。

近年来, 有关改性粉煤灰絮凝剂的研究报道很多, 本文对不同改性工艺及改性粉煤灰絮凝剂的废水处理原理和处理效果进行了对比分析, 提出了目前粉煤灰絮凝剂研究存在的问题和今后的研究方向。

1 粉煤灰絮凝剂分类

1.1 原灰

粉煤灰由大小不等、形状不规则的粒状体组成, 其粒径在0.5-30 μm之间, 平均容重为783 kg/m3, 平均密度为2.14 g/cm3;具有多孔结构, 比表面积一般为2500-5000cm2/g, 因此有很强的吸附性能, 可与吸附质发生化学吸附和物理吸附, 虽然从理论上讲粉煤灰具有一定的吸附能力, 但粉煤灰原灰的吸附效果不理想, 因此必须通过改性来提高其吸附性能。

1.2 简单改性粉煤灰絮凝剂

包括熔融改性、酸改性、碱改性、盐改性、表面活性剂改性等, 改性后粉煤灰结构和性能都发生相应改变, 处理废水的效果也得到提高, 具体见表1。

1.3 复合改性粉煤灰絮凝剂

上述几种方法所得到的改性粉煤灰絮凝剂分别对不同的废水有较好处理效果, 但是不能达到处理多种废水的目的.为了使改性粉煤灰有更广泛的应用, 可以采用复合改性方法, 进一步提高粉煤灰对水中污染物的去除能力。具体见表2。

1.4 合成改性粉煤灰絮凝剂

除了以上几类改性方法, 还有通过分步聚合方法, 通过从粉煤灰中提取有用金属元素铝、铁、硅等物质来制备新型高效絮凝剂。具体见表3。

不同改性方法对粉煤灰的改性效果不同, 应用领域也不同.改性后的粉煤灰, 不论是对废水的处理, 还是在水溶液中的分散性均能得到理想的效果. 随着粉煤灰改性研究的不断深入, 对粉煤灰改性的技术也将不断发展.

2 粉煤灰絮凝剂在废水处理中的作用

当前用粉煤灰来处理废水的研究报道很多, 采用酸溶或碱溶简单改性得到的粉煤灰絮凝剂比表面积增大, 吸附能力提高, 对印染废水和造纸废水有良好的脱色效果.在酸溶和碱溶的同时添加其他物质制备的复合及合成改性粉煤灰絮凝剂, 与简单改性粉煤灰絮凝剂相比沉降快、污泥量小、成本低, 可以处理焦化厂含酚废水、造纸、制革、印染、制药、电镀、含油废水和城市污水、矿井水等, 成本低廉, 处理效果也很好。详细信息将表4。

3 存在问题及展望

将粉煤灰直接用于废水处理效果不理想, 因此近年来通过将粉煤灰改性开发絮凝剂产品的研究越来越多, 但有关粉煤灰絮凝剂基础理论、安全性、环保性、经济性等方面的研究不多.通过改性技术将粉煤灰应用于水处理领域, 关键是要研制出附加值大、技术含量高、市场前景好的产品。今后要加强改性粉煤灰絮凝剂处理废水的基础理论研究, 并重视废渣处理问题, 在此基础上加强粉煤灰絮凝剂的活化和改性研究, 加快研究开发实用技术与处理工艺, 在我国粉煤灰的改性及其综合利用的研究和开发任重道远。

无机絮凝剂的发展经历了从低分子量无机盐絮凝剂到聚合氯化铝 (PAC) 、聚氯硫酸铁 (PFCS) 等无机高分子絮凝剂, 以及聚硅酸盐类絮凝剂、各种复合型无机高分子絮凝剂的过程, 利用粉煤灰煤制取无机复合高分子絮凝剂是今后无机絮凝剂的发展方向之一。

粉煤灰应用现状分析 第2篇

陶粒是一种建筑用轻骨料,用它可代替传统的碎石、卵石等用于制作轻集料混凝土制品如空心砌块、轻质板材等。粉煤灰是煤炭燃烧的废弃物,用它来制取陶粒,既保护了环境,又节约了土地。粉煤灰的主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO,矿物组成主要是硅、铝氧化物的玻璃体和部分石英、莫来石、赤铁矿等结晶矿物,具有在高温下的烧结性能[1]。利用该性能,可通过添加或不添加黏土矿物等辅剂来生产粉煤灰陶粒。

粉煤灰陶粒内部呈蜂窝状结构,具有轻质、高强、导热系数低、吸水率小、化学稳定性好等特点,用其生产轻骨料混凝土及制品(承重和非承重砌块、墙板、楼板、桥梁),集保温、隔热、抗震、防火防潮、防辐射、吸声、降噪等于一体。粉煤灰陶粒轻质砌块、多孔砖、标准砖可以广泛用于现浇高层建筑的梁、板、柱及框架等,还可以用作城市道路的隔声屏障、音响建筑的吸音板、道路工程的防滑、抗磨路面等。用粉煤灰陶粒还可以替代砂石骨料进行矿井巷道锚喷,也可用作水处理的过滤材料、花卉的保湿载体和蔬菜的无土培载[2]。

由于我国黏土资源有限,因此采用粉煤灰替代黏土烧制陶粒、制作砌块是粉煤灰利用的首选措施。用粉煤灰陶粒制成的保温砌块由合适的胶凝材料、细骨料(陶砂或普通砂)、轻骨料(粉煤灰陶粒)和掺合剂按照一定的比例配制,搅拌振动加压成型。其表观密度小、轻质、高强,能改善墙体的保温隔热性能,提高建筑物的居住舒适度,具有较好的经济效益和社会效益[3]。

1 陶粒以及砌块应用现状

1.1 国外应用现状

英国生产粉煤灰陶粒历史最久,1958年最早采用立窑焙烧,1960年在巴特西电厂附近建成2座机械化立窑粉煤灰陶粒厂,年产10万m3。这种方法对原料要求较严格,选灰困难,不利于普遍推广,因而有人又研究用带式烧结机制备粉煤灰陶粒,结果获得成功,成为当时粉煤灰陶粒生产的主要方法。其后荷兰、丹麦、波兰、挪威、前苏联以及美、日等国都开始研制生产粉煤灰陶粒。日本1990年轻集料(包括粉煤灰陶粒)产量约460万t,1999年减少为277万t,近年又有所增长。美国70年代初轻集料(包括粉煤灰陶粒)年产量达1800万t,并以每年58%的速度递增,他们生产的高强型粉煤灰陶粒,粒径5～20 mm,堆积密度800～1000 kg/m3,筒压强度6～8 MPa,吸水率小于10%[4]。

混凝土小型空心砌块起源于美国,自1866年哈契逊获得美国第一份生产小砌块的专利以来,建筑砌块的发展已有100多年的历史[5]。近几年,国外对新型材料砌块的研究日益深入,如粉煤灰陶粒保温砌块、淤泥烧结砌块、高分子材料砌块等。目前,印度已经利用粉煤灰空心混凝土砌块来建造外墙,这种砌块符合印度特殊的气候条件,具有导热系数低、传热快等优点[6]。他们还用滑石粉、三聚磷酸二氢铝等原料混合粉煤灰来烧结粉煤灰瓷砖,这种瓷砖具有质量轻、强度高等优越性[7]。

1.2 国内应用现状

我国从1960年开始研制粉煤灰陶粒,上海于1964年建成粉煤灰陶粒试生产线,成功地烧出近3万m3制品,并应用于工业与民用建筑中。1965年,天津建成年产8万m3烧结粉煤灰陶粒生产厂,20世纪60年代末产品陆续用于造船和宁波大桥、南京长江大桥等工程。但由于成本高,价格高于相同规格石子,加上使用不合理,致使其推广缓慢。1975年以后,随着我国建筑工业化和墙体改革发展,包括粉煤灰陶粒在内的人造轻集料生产与应用有了一定发展,1978年人造轻集料年产约30万m3,1990年达50万m3。近年,国家鼓励发展新型建筑材料并给予政策优惠,对粉煤灰陶粒等人造轻集料的生产与应用起了促进作用。回顾历史,我国粉煤灰陶粒生产一直处于落后状态,主要表现为:(1)采用烧结法生产,工艺较复杂,能耗高,生产成本高;(2)生产规模小,粉煤灰利用率低;(3)粉煤灰陶粒应用不配套,限制了它的发展;(4)政策不配套,对天然轻集料的开采和利用缺乏限制性法规,制约了粉煤灰陶粒技术发展。

我国对混凝土小型空心砌块建筑的研究始于20世纪20年代,比国外落后近50年。随后经过20世纪80年代和90年代的发展高潮后,以各类混凝土为主要原料的砌块制品便进入了快速发展的调整期。新型建筑砌块墙体的强度、保温、隔热、耐久性等也开始成为热门的研究课题。近些年来,伴随国家墙体材料革新步伐的加快,国家对粉煤灰等固体废弃物利用的支持鼓励政策,以及发展绿色建筑材料的需要,我国粉煤灰小型空心砌块的研究、生产和应用也在不断的深入和发展。近年在应用方面的研究如:粉煤灰混凝土小型空心砌块组合墙体承载能力的试验研究、粉煤灰小砌块组合墙体与其它砌体组合墙的抗侧试验对比分析、粉煤灰小砌块墙体的排列与砌筑、对使用在建筑中的粉煤灰小砌块性能的监测等在不断进展中[8]。

2 粉煤灰陶粒及砌块的制备工艺

2.1 粉煤灰陶粒制备方法

目前,粉煤灰陶粒的生产方法主要有焙烧型和养护型2种:焙烧型主要分为回转窑法、烧结机法、立窑法等;养护型主要分为自然养护法、蒸汽养护法、发泡蒸汽养护法等。上述各种方法的优缺点见表1[9]。

在生产粉煤灰陶粒砌块过程中,粉煤灰的用量很大程度上影响着砌块的性能。为了在不降低其强度的情况下,提高陶粒的隔热保温性能,国外已提出一种通过雪与粉煤灰结合的新方法。该方法是在粉煤灰中加入一定的雪或碎冰,通过调整其比例,观察其实际混合效果,从而保证陶粒的保温能力[10]。但目前在国内解决这个难题的方法,还是通过调整配比达到最优效果。此外,为了进一步提高砌块的强度,一种粉煤灰与石膏添加剂的复合型砌块也研发了出来。通过控制含水量、密度(压缩率)等因素的试验,找到适合的压缩强度、水料比从而提高砌块的强度[11]。

回转窑法,由于其既可以生产普通陶粒,又可以生产高强和超轻陶粒,且产品性能优异,是目前国内应用最广泛的一种方法,生产的工艺流程如图1所示。

2.2 粉煤灰陶粒砌块生产工艺

粉煤灰陶粒砌块各原料的配合比应根据砌块性能、集料种类、粉煤灰用量、孔洞率大小、外加剂及生产工艺等的不同确定。

2.2.1 原料配比

(1)水泥用量。水泥用量与砌块强度要求、成型机性能、养护方式、陶粒质量与用量等因素有关。水泥用量过低,砌块强度发展较慢,且强度低,用量大又影响成本。在保证陶粒砌块性能的基础上,水泥用量可控制为物料总质量的7%～15%。若成型机性能低、常温养护,水泥用量可取高值;若不掺用废聚苯颗粒或珍珠岩,水泥用量可取低值。

(2)陶粒用量。陶粒用量主要与砌块的密度要求、陶粒的粒径与质量、成型机性能、养护方式等有关。在一般情况下,陶粒的用量应为30%～80%。当砌块要求低密度与升温养护时,可取高值。随陶粒用量增加,由于其骨架作用加强,砌块的干燥收缩值减小。同时,陶粒的增加使水泥浆比例下降,水泥的减少使砌块的碱度降低,则砌块的抗碳化能力也随之降低。

(3)活性细集料用量。活性细集料的作用是参与水化反应,生成水化产物,协助水泥共同发挥胶结作用,若与高效减水剂共同使用时效果更好。对用湿排灰(包括湿排的灰渣)要测试含水量,据此控制拌合料的用水量。活性细集料的用量一般为物料总质量的10%～35%,当以提高强度和改善砌块性能为目的时,可取10%～15%;当其作为填充料使用时,可取20%～35%,当其用量超过35%时,砌块早期强度不易保证。在陶粒砌块中,常温养护时活性细集料的极限用量为40%。

(4)砂。适用于强度要求较高而对密度要求不是过低的陶粒砌块。在一般陶粒砌块中不宜配比,以免影响砌块密度。配比量约为物料总质量的5%～30%,大多在20%以下,宜选用中砂。

(5)沸石粉。它有极大的表面积,是一种优质的火山灰质硅铝酸盐矿物掺合料,在不降低水泥用量时,掺用沸石粉可提高砌块强度约10%～20%;当保持原强度时,掺用沸石粉可降低水泥用量10%～20%。沸石粉用于对强度要求较高的陶粒砌块,或要求降低水泥用量的砌块,用量一般为2%～5%。

(6)水灰比。陶粒的多孔性决定物料的高吸水性,高吸水性又决定陶粒砌块的配合料中应配比较大的水量,否则物料过干,难以成型。陶粒砌块的水灰比约为0.45～0.70,水在干物料总质量中约占9%～15%。减水剂及粉煤灰用量较大时,水灰比可降低,相反,水灰比则上升。陶粒的吸水率很高时,水灰比则大,反之则小。当掺用废聚苯颗粒时,则水灰比随其掺加量增加而降低。应严格控制骨料中的含水率和搅拌时的水灰比,水分大,轻骨料经振动表面易糊化,水泥浆沉积在砌块底部,上下密度不一致,影响质量[12,13]。

2.2.2 工艺流程

砌块成型工艺主要由3部分组成:拌合物搅拌、砌块压振成型、砌块养护。

3 砌块强度与保温性能分析

与普通黏土砖相比,砌块砌体结构的优点是:(1)生产不用黏土、能耗低;(2)自重轻,有利于地基及基础处理和抗震;(3)强度高,可应用于多层和中高层建筑;(4)施工速度快,节省砂浆,减少抹面工序;(5)增加使用面积,降低工程造价;(6)节约能源,保护环境,节约土地资源。

谢尧生[14]对影响粉煤灰砌块性能的一些因素所进行的实验研究,分析可得出以下结论:影响粉煤灰小型空心砌块强度的因素包括粉煤灰的用量、集料的不同、孔洞率、掺入外加剂以及生产工艺等,如图2所示。

从图2可以看出:(1)最低的抗压强度为2.8 MPa,最高的达10.0 MPa左右。(2)随着粉煤灰用量增加,砌块强度降低。(3)加入普通集料的粉煤灰小型砌块的强度高于加入轻集料的小型砌块的强度。(4)由于小型砌块抗压强度测试方法的原因,在其它条件相同的情况下,孔壁厚、孔洞率小的小型砌块,其强度高于孔洞率大的小型砌块。在强度相同的条件下,孔洞率小的小型砌块,粉煤灰的用量要多于孔洞率大的小型砌块。(5)加入能激发粉煤灰活性或影响拌合物工作性的外加剂可以提高粉煤灰小型砌块的强度。(6)生产工艺也影响粉煤灰小型砌块的强度。例如,采用轮碾式搅拌机能解决拌合物成球问题,使物料搅拌均匀,加之碾实的作用,能提高粉煤灰小型砌块的强度[15,16]。

4 结语

粉煤灰陶粒保温砌块的应用,为建筑行业注入了新的生命。同时,也为部分电厂解决了环境问题。在国内外也得到了很高的认可,目前这项研究正在实施中。

高掺量粉煤灰混凝土的研究现状分析 第3篇

我国是煤炭资源丰富的国家, 是世界最大的煤炭生产国和煤炭消费国。至2002年底, 全国粉煤灰排放量1.6亿吨, 粉煤灰的堆存量达8亿多吨, 占地20多万亩。随着发电厂、城市供热工程的不断增加, 粉煤灰的产量也必将随之增多, 估计到 2020 年, 我国粉煤灰的年排放量将达到目前年排放量的3倍左右, 加上目前已有存量, 总堆存量将达到 30 多亿吨。这么多的粉煤灰不仅占用大量农田, 而且会造成空气、水环境的污染, 破坏生态平衡, 造成严重的环境和社会问题。因此, 加大对粉煤灰的妥善处理和综合利用的研究与开发显得日益重要。

近年来, 大掺量粉煤灰高性能混凝土已日趋发展成熟, 并逐步在道路、水工、房建等工程中得到越来越广泛的应用。本文主要综述高掺量粉煤灰混凝土的研究现状及粉煤灰的掺入对混凝土的工作性能、力学性能以及耐久性的影响。

二、高掺量粉煤灰混凝土的研究现状

(一) 粉煤灰对混凝土工作性能的影响。

目前, 在混凝土中掺加粉煤灰的量还较低, 一般其掺量不超过水泥用量的40%, 混凝土中粉煤灰用量不超过200kg。对于大流动性混凝土, 其坍落度一般在20cm, 在此基础上要使其坍落度再增大比较困难:减水剂用量达到一定程度后, 减水效果不明显;如果加大用水量, 则使混凝土强度降低, 而且即使通过这两种方法使混凝土拌合物的坍落度增大了, 也易使粗骨料产生离析, 混凝土保水性差, 影响工程质量。

(二) 高掺量粉煤灰对混凝土力学性能的影响。

混凝土的力学性能一般包括:强度指标、弹性模量等性能, 而强度指标是其中最重要的力学性能。研究表明:随着粉煤灰的掺入, 混凝土的早期强度比不掺粉煤灰的普通混凝土的强度低, 但其增长速率快, 到中后期会达到甚至超过普通混凝土。因此, 对于大掺量粉煤灰混凝土来说考虑其后期强度发展的特性, 可以将它的60天或90天的抗压强度值作为设计强度值。掺入不同量的粉煤灰对混凝土强度有较大的影响:当掺量为20%时, 对7d强度影响不大;而当掺量>30% , 早期强度明显降低;而掺加粉煤灰混凝土后期强度增长较快, 而且当掺量<50%时, 随粉煤灰掺量增加而增大。然而, 在掺加粉煤灰后, 混凝土劈裂抗拉强度的提高幅度不如抗压强度提高的幅度大, 因此, 劈拉强度成为限制粉煤灰混凝土抗拉性能的一个重要因素。在弹性模量方面, 掺粉煤灰混凝土的弹性模量较普通混凝土略高, 但随粉煤灰掺量的增大而降低。

(三) 高掺量粉煤灰混凝土的耐久性能。

1.抗渗性、抗冻性。

在新拌混凝土中, 粉煤灰微珠既有独特的“滚珠轴承”和“解絮”扩散行为, 提高混凝土拌合物的和易性, 又能与水泥和细砂共同发挥混凝土颗粒级配中的微集料作用, 有助于新拌混凝土和硬化混凝土均匀性的改善, 也有助于混凝土中孔隙和毛细孔的充填和“细化”, 产生致密作用, 从而增强硬化浆体的结构强度和抗渗透能力。如有防水要求的建筑工程, 常采用掺加粉煤灰的措施来提高混凝土的抗渗性能。

2.耐蚀性。

粉煤灰混凝土耐溶出性侵蚀、酸性侵蚀和盐类侵蚀的能力增强。主要是由于粉煤灰有以下3种效应:一是粉煤灰使混凝土的密实度提高, 阻止了软水和腐蚀介质的渗透;二是粉煤灰混凝土中水泥水化产物 Ca (OH) 2的量少;三是粉煤灰使高盐基的水化铝酸钙水解成为极限石灰浓度较低的低盐基水化铝酸钙, 因而消除或减少了高硫型水化硫铝酸钙形成的可能性, 更易形成低硫型水化硫铝酸钙。低硫型水化硫铝酸钙在远离含铝固相表面的液相中以分散状析出结晶, 填充原来的充水空间, 不仅不会产生有害的内应力, 而且还可作为水泥石的有效组织结构, 增强水泥石的密实性和强度。

3.碳化。

粉煤灰对混凝土碳化的影响具有两面性:一方面, 粉煤灰的取代效应和二次反应使混凝土中Ca ( OH) 2的量减少, 碳化进程加快, 这是不利的一面;另一方面, 粉煤灰的微集料效应使混凝土孔隙细化, 结构致密, 阻止 CO2和水的渗透, 延缓了碳化进程。对于高掺量粉煤灰混凝土, 由于碱储备的大量降低, 特别在早期的渗透性较大, 碳化速度非常快, 很容易因碳化导致钢筋混凝土中钢筋锈蚀, 最后造成结构破坏。因此如何改善和保证大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能是促进粉煤灰类活性掺合料在混凝土中应用的重要课题。

4.钢筋防锈。

粉煤灰混凝土因密实性提高, 孔隙结构改善和水化产物的变化, 使其具有较高的抗氯离子渗透能力和较高的电阻抗, 从而有效地抑制氯离子对钢筋的电化学锈蚀及杂散电流对钢筋的腐蚀, 使混凝土对钢筋的保护能力提高。

5.碱骨料反应。

水泥中强碱含量高、活性骨料和水的存在是碱骨料反应发生的充要条件。粉煤灰结合了水泥中95%的强碱, 且不会浸出, 破坏了产生碱骨料反应的条件, 消除或减轻了碱骨料反应的危害。此外, 粉煤灰还能提高混凝土的耐磨性和耐热性。

三、高掺量粉煤灰混凝土的施工控制要点

(一) 振捣时间的控制。

在混凝土成型时, 应控制好振捣时间, 不要漏振或过振, 对于泵送混凝土, 振捣时间一般为10～15s, 为防止面层起粉, 抹面时必须进行二次压实抹光, 二次压实抹光的时间接近初凝时间30min。

(二) 早期养护。

粉煤灰混凝土成型后, 早期强度较低, 所以浇注后一般过尽早覆盖和浇水养护, 以提高早期强度, 防止表面起沙, 尤其冬期施工更应注意早期养护, 且表面混凝土温度不宜低于5℃。

(三) 大体积混凝土的浇注。

大体积混凝土浇注宜分层浇注, 每层厚600～800mm。每部为混凝土振捣后20～30min应进行复振, 上一层混凝土在下层混凝土初凝前30min内完成, 且交界处振捣应伸入底层1/3厚度以上。

(四) 原材料的选择。

对水泥、砂、石、钢筋等原材料应按有关规定要求进行现场二次抽样检测, 加强对骨料含泥量、针片状含量、级配的检测, 保证配制混凝土的骨料级配良好, 以减小孔隙率, 有利于降低水灰比。

四、结语

粉煤灰作为燃煤电厂的副产品, 量大且来源稳定, 如果利用不好, 不仅占地、占水域, 而且污染环境。对于工程中添加粉煤灰作为混凝土的成分, 不但节约了成本, 而且提高了混凝土的强度, 明显改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性。由于粉煤灰混凝土的性能较好, 在各种大大小小的工程中应用变得日益广泛, 具有显著的技术、经济和社会效益。

参考文献

[1].王璐, 尹延辉等.我国粉煤灰综合利用现状、存在问题及其对策[J].粉煤灰, 2004

[2].刘数华, 方坤河.粉煤灰综合利用现状综述[J].福建建材, 2008

[3].王景华, 李长忠.大掺量粉煤灰自密实高强混凝土[J].煤炭学报, 1998

[4].王帅.大掺量粉煤灰混凝土抗压性能试验研究[D].山东理工大学, 2011

粉煤灰应用现状分析 第4篇

关键词：粉煤灰,免烧结,陶粒,吸音板,降噪

0前言

我国电力工业的快速发展,使得粉煤灰的排放量急剧增加,2010年粉煤灰排放量达4.8亿t,到2016年排放量将达到约6亿t,给国民经济建设和生态环境造成巨大的压力[1]。近年来,国内许多高校与科研机构在粉煤灰利用开发方面进行了大量的研究工作,并取得了丰硕的成果,但是粉煤灰排放量巨大,开发粉煤灰综合利用新工艺仍然非常有必要[2]。

粉煤灰陶粒的生产主要分为烧结型和免烧结型2种。烧结型采用烧结机法和回转窑生产,而且烧结型需要1300℃以上高温焙烧,生产工艺相对复杂、投资大、能耗及产品成本高。免烧结型采用蒸汽养护和自然养护法生产粉煤灰陶粒,生产工艺相对简单、投资小、成本低、节能环保,因此备受国内外人士的青睐[3]。免烧结粉煤灰陶粒的堆积密度一般在800~1000kg/m3,在一定程度上制约了它的发展和应用。针对这一问题,本文研究了利用粉煤灰、普通硅酸盐水泥及其它添加剂为包裹料,对发泡聚苯乙烯球粒进行包裹的包壳型免烧结粉煤灰陶粒的制备方法,技术性能和应用进行了研究。

1 实验

1.1 实验原材料

粉煤灰:Ⅱ级,外观呈暗灰色,细度为0.045μm筛筛余18.4%,广西柳州发电有限责任公司,化学成分见表1。

%

水泥:柳州鱼峰水泥集团生产的42.5级普通硅酸盐水泥,安定性合格,表观密度3100 kg/m3。主要技术指标见表2。

发泡聚苯乙烯球粒:粒径3~5 mm,堆积密度6.2~6.5 kg/m3,导热系数0.02~0.03 W/(m·K)。

激发剂:细磨生石灰粉、熟石膏。

外加剂:水玻璃。

界面改性剂:三乙醇胺。

1.2 包壳型免烧结粉煤灰陶粒的生产工艺流程

(见图1)

1.2.1 发泡聚苯乙烯球粒界面处理

未经表面处理的发泡聚苯乙烯球粒无法与粉料进行包裹,需喷涂界面改性剂,对其表面进行粗糙化处理,使粉料能够容易包裹其表面。经反复试验,确定了一种价格低廉、粘结性高、成球过程中不易破壳的有机类化合物三乙醇胺作为界面改性剂。

1.2.2 造粒制备

将上述经表面处理的发泡聚苯乙烯球粒投入造粒机(见图2)中,调节好造粒机的转速和倾斜角,逐步撒入粉料,并向混合料中喷入雾化水,造粒机内连续转动,继续进行喷雾使球粒的包壳尺寸逐渐增大,以达到所需要求。

1.2.3 造粒参数确定

造粒过程参数主要有造粒机转速、倾角、粉料加入时间、雾化水喷洒时间等。另外,粉料加入位置、雾化水喷洒位置与最终水灰比也是影响陶粒质量的重要因素。

1.2.4 造粒养护工艺

刚包壳成球的陶粒强度较低,转运过程中操作不当很容易造成破损。因此,及时进行堆存和养护对该陶粒的强度影响很大。该陶粒的早期养护在塑料桶中进行,约20 min陶粒开始发热,温度逐渐升高,加速粉料的硬化,有助于提高球粒与粉料的粘结强度。此时,对该陶粒进行封闭保湿养护,24 h后进行喷水养护,然后封存使其强度继续提高,自然养护28 d后进行性能测试。试验制备的包壳型免烧结粉煤灰陶粒如图3所示。

2 包壳型免烧结粉煤灰陶粒的主要技术性能

堆积密度、筒压强度、吸水率是包壳型免烧结粉煤灰陶粒的主要技术指标,并决定其使用价值和应用范围。依据GB17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》要求,对试验所获得的包壳型免烧结粉煤灰陶粒进行性能比较,按GB 17431.2—2010《轻集料及其试验方法第2部分:轻集料试验方法》进行性能测试。实验的16批陶粒配方及其主要技术性能见表3、表4。

从表4可以看出,按F15配方制备的陶粒堆积密度适中,筒压强度和吸水率高。由此最后确定制备包壳型免烧结粉煤灰陶粒的试验配方为:m(粉煤灰)∶m(水泥)∶m(聚苯乙烯球粒)∶m(激发剂)∶m(外加剂)∶m(界面改性剂)=213∶42∶19∶17∶10∶9。

2.1 堆积密度

从实验结果分析来看,该陶粒的堆积密度为500~650kg/m3,比实心自然养护粉煤灰陶粒低1~3个等级,相当于普通陶粒的600、700密度等级。影响该陶粒堆积密度的主要因素是包壳的厚度,在聚苯乙烯球粒粒径相同的情况下,包壳厚度越厚,堆积密度越大。包壳厚度相近的情况下,聚苯乙烯球粒粒径越大,其堆积密度也越大。

2.2 筒压强度

从实验结果看,不同堆积密度的包壳型免烧结粉煤灰陶粒的筒压强度一般为0.4~1.6 MPa,比GB 17431.1—2010中的普通轻粗集料、超轻粗集料低1~2个等级。该陶粒筒压强度偏低的主要原因是聚苯乙烯球粒的包壳结构与普通实心陶粒结构不同。一方面,薄壳结构抗弯应力的能力小,在很小的点接触压力下就被挤破,导致筒压强度降低。另一方面,包壳型免烧结粉煤灰陶粒粒径过于均匀,堆积时空隙率偏大,造成筒压强度偏低。但是这些空隙的存在使吸声性能得到有效的提高。

3 包壳层增强机理分析

3.1 主要原理

从物相结构上看,粉煤灰活性的来源主要来自铝硅玻璃体,这种非晶质的玻璃相处于暂时稳定的状态,但它始终保持着向更加稳定状态转化的趋势。提高粉煤灰活性的根本机理和途径就是打破它所处的介稳状态,使粉煤灰游离出更多可溶性的Si O2和Al2O3,它们与石灰或水泥水化生成的Ca(OH)2作用,生成具有水硬性的胶凝材料水化硅酸钙和含铝水化合物,从而使陶粒产生强度。

3.2 激发剂的激发作用

3.2.1 生石灰的激发作用

受天然火山灰加石灰制备胶凝材料的启发,将生石灰作为激发粉煤灰活性的首选材料。由于粉煤灰呈酸性,在强碱的作用下粉煤灰会受到强烈的侵蚀作用,能打破玻璃体表面的Si—O、Al—O键。Ca O的水化产物Ca(OH)2与Si O2和Al2O3化合生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。由于Ca O在水化过程中极具活性,进一步加速这一反应过程。

3.2.2 熟石膏的激发作用

本实验所用的熟石膏含硫酸盐(硫酸钙),硫酸盐可激发粉煤灰、生石灰系统的水化反应,其机理为:熟石膏先水化生成二水石膏,粉料加水混合后,生石灰溶解于水产生OH-和Ca2+离子,OH-能破解粉煤灰铝硅玻璃体中的Si—O和Al—O键,在硫酸盐作用下,Ca2+与破解的Si—O、Al—O键反应生成具有水硬性的胶凝材料产生强度。经XRD图谱分析,发现大部分水化产物是水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)和钙矾石(A-F),是陶粒产生一定强度的主要原因。

3.2.3 水玻璃的激发作用

水玻璃除了能作为粘结剂之外,还可以起到激发剂的作用。水玻璃的主要成分是Na2O·n Si O2,在水溶液中发生水解反应,而生成的硅酸溶胶Si O2并不稳定,其中一部分Si—O键容易互相交联形成网状聚合物。另有少量硅酸溶胶Si O2,在碱性环境中与粉煤灰玻璃体进一步发生反应。水玻璃的加入,配合了生石灰和石膏的激发作用,更好地提高了粉煤灰玻璃体的激发效果。

4 应用

目前,国内外地铁轨道上无砟轨道道床的吸音板材料的骨料主要为:陶瓷类、轻质混凝土类、无机类、烧结陶粒类[6,7]。本实验制备的包壳型免烧结粉煤灰陶粒主要作为地铁吸声材料的骨料,以水泥作为胶凝材料,辅以减水剂,经混合、搅拌、压制及养护等工艺制作出一种新型地铁轨道吸音板[9]。

4.1 吸音板制作工艺

吸音板主要原材料为自制包壳型免烧结粉煤灰陶粒、普通硅酸盐水泥和外加剂,其配合比见表5。

单块板的尺寸为1180 mm×1000 mm×170 mm。模具分2部分,侧板和盖板。采用线切割的钢模制作吸音板,减小其安装过程中的累积误差,确保吸音板的精确安装。陶粒吸音板模具如图4所示。

包壳型免烧结粉煤灰陶粒吸音板制作过程为:(1)组装模具并在其表面涂上机油;(2)按配合比计算称量所用原材料;(3)将自制陶粒、水泥投入强制式搅拌机中,使拌合料充分混合均匀,将减水剂与拌合水混合慢慢加入拌合料中;(4)待搅拌数分钟,拌合料成半干松状态时,将其到入模具中并压制成型;(5)0.5 h后拆模,吸音板试块用塑料薄膜覆盖并进行洒水养护;(6)试块养护时间不少于7 d;(7)养护后使其在空气中自然干燥。制备的轨道吸音板如图5所示。

4.2 检测方法

为检测轨道吸音板的降噪性能,在北京交通大学地下与隧道工程实验室内进行现场模拟测试。首先,将吸音板安放在轨道内;其次,通过一台轨道振源发生器SBZ30(如图6),用于模拟列车噪声;然后,在道床和隧道壁分别安装测点,利用INV 3018C型24位高精度数据采集仪和INV9206型声压传感器采集数据;最后,通过测试吸音板放置前后混响时间的差值,依据无吸音板工况、安装干燥吸音板工况、安装半饱和(含水)吸音板工况、安装饱和(含水)吸音板工况、潮湿吸音板干燥后工况的吸声数据,推导出隧道内声压级衰减值,从而对吸音板的吸音性能进行分析。

无吸音板工况是指在隧道工程实验室内不安装吸音板(背景);干燥吸音板工况是指在验室内安装,在自然条件下养护28 d后的干燥吸音板;饱和(含水)吸音板工况是指安装含水率约为90%~100%的吸音板;半饱和(含水)吸音板工况是指安装含水率约为50%的吸音板;潮湿后干燥吸音板工况是指在实验室内安装,在温度(20±2)℃、相对湿度95%条件下养护28 d后的干燥吸音板。

4.3 降噪效果分析

将道床测点和隧道壁测点的声压级倍频程谱测试结果进行平均,对比各测点的声压级倍频程谱如图7、图8所示。

由图7、图8可见:

(1)干吸音板工况下,道床声压级(A)有效值降低4 d B,平均值降低4 d B,最大值降低3.3 d B。隧道壁声压级有效值降低4.1 d B,平均值降低4.3 d B,最大值降低3.4 d B。

(2)饱和(含水)吸音板工况下,道床声压级(A)有效值降低5.1 dB,平均值降低5.1 dB,最大值降低4.7 dB。隧道壁声压级(A)有效值降低5.1 dB,平均值降低5.1 dB,最大值降低4.2 dB。

(3)半饱和(含水)吸音板工况下,道床声压级有效值降低5.5 dB,平均值降低5.5 dB,最大值降低5.1 dB。隧道壁声压级有效值降低4.9 dB,平均值降低4.9 dB,最大值降低4.7 dB。

(4)潮湿吸音板干燥后工况下,道床声压级有效值降低5.5dB,平均值降低5.5 dB,最大值降低5.6 d B。隧道壁声压级有效值降低5.5 dB,平均值降低5.5 dB,最大值降低4.8 dB。

(5)对于道床测点,吸音板对于100 Hz以下、500 Hz以上频段的降噪效果优于其它频段;对于隧道壁测点,吸音板对于250 Hz以上频段的降噪效果优于其它频段。

5结论

(1)包壳型免烧结粉煤灰陶粒的原料以粉煤灰为主,没有原料的地区限制,可减少电厂排灰的占地面积,有利于治理环境污染,是工业废料资源化利用的有效途径之一。

(2)该陶粒只需要自然养护,无环境污染,生产工艺简单,投资相对不大,可有效地降低陶粒的制作成本。

(3)以包壳型免烧结粉煤灰陶粒为骨料制作的吸音板,在干吸音板工况下道床和隧道壁降噪较差,有效值降低4.3 d B;饱和(含水)吸音板和半饱和(含水)吸音板工况下道床和隧道壁降噪效果一般,有效值分别降低5.1、4.9 d B;潮湿吸音板干燥后工况下道床和隧道壁降噪效果最佳,有效值降低5.5 d B。

(4)利用自制陶粒制备的吸音板,由声压级时程测试结果可知,陶粒吸音板的降噪效果都达到3~5 d B且吸音效果稳定。对于道床测点,吸音板对于100 Hz以下、500 Hz以上频段的降噪效果优于其它频段;对于隧道壁测点,吸音板对于250Hz以上频段的降噪效果优于其它频段。

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粉煤灰应用现状分析 第5篇

在建筑工程施工时, 施工单位会尽量节约成本、提高施工效率、提高施工质量。近年来, 随着我国社会经济的快速发展, 粉煤灰的产量逐渐增多, 但只有少量的粉煤灰用在混凝土、路面材料及水泥生产等方面, 剩余的粉煤灰则当成废弃物, 排入储灰场, 这对环境造成严重的污染, 因此, 加强粉煤灰污染治理是十分重要的。为减少粉煤灰对环境的污染, 促进和谐社会的构建, 建筑单位常利用粉煤灰代替砂石应用在砂浆中, 这样不仅能解决粉煤灰堆放污染, 还能有效地降低建筑施工成本, 下面就粉煤灰的性质及其在建筑工程中的应用进行分析。

1 粉煤灰的性能

1.1 物理性能

粉煤灰的比重为1.8~2.6 g/cm3, 粒径为0.5~300μm, 孔隙率为60%~75%, 松散干容为550~650 kg/m3, 比表面积为2 700~3 500 cm2/g, 密度为2.0~2.3 g/cm3。从外形看, 粉煤灰和水泥比较相似, 粉煤灰呈灰白色至黑色, 其化学成分和细度会对颜色造成影响。粉煤灰在形成过程中, 受表面张力的作用, 粉煤灰的大部分颗粒是空心微珠, 微孔比较小, 表面极不均匀, 由于煤粉的细度、燃煤的种类、燃煤的温度、排灰方式等不尽相同, 导致粉煤灰的物理性能也存在一定的差异。

1.2 化学性能

煤燃料是由无机物和有机物组成的, 其中无机物的主要成分有黄铁矿、方解石、高岭石, 有机物的主要成分有氢、氧、碳等, 无机物经过燃烧后, 会形成灰渣, 其主要成分为铁氧化物、铝、硅、硫氧化物、镁、钙等, 因此, 粉煤灰的主要化学成分为Al2O3、Si O2、Mg O、Ca O、Fe2O3等, 有的粉煤灰中还含有少量的铀、镓、镍等稀有元素。虽然粉煤灰呈玻璃质, 但原灰表面含有大量的Si-O-Si键, 能与水发生作用, 从而在颗粒表面形成大量羟基, 因此, 粉煤灰具有很强的表面化学活性、吸附性及亲水性。

1.3 活性

粉煤灰的活性包含化学活性和物理活性两方面, 在粉煤灰的物理活性下, 制品胶凝活性能改善粉煤灰制品的部分性能, 物理活性是粉煤灰最具实用价值的活性。粉煤灰的化学活性是指粉煤灰中的Fe2O3、Si O2等成分在常温下与Ca (OH) 2发生的化合反应, 形成的硅铝酸钙盐的性质, 粉煤灰中的Fe2O3、Si O2含量、玻璃体含量、玻璃体解聚能力等会对粉煤灰的化学活性造成影响。

2 粉煤灰在混凝土中的应用

2.1 粉煤灰在混凝土的作用

粉煤灰在混凝土的主要作用有以下几点:一是微集料效应, 粉煤灰颗粒填充骨料颗粒之间存在的空隙, 均匀分散在水泥浆体中, 在骨料颗粒表面形成润滑层, 而粉煤灰的粒形很好, 且容重只有水泥的2/3, 能使得骨料颗粒之间填充更加密实, 尤其是在水泥用量比较少的混凝土中, 粉煤灰的作用会更加明显;二是分散水泥颗粒, 使其分布更加均匀, 当混凝土的水胶比比较小时, 由于粉煤灰的水化比较慢, 能提供充足的水分, 使得水泥水化更加充分。同时由于其颗粒多为球形, 在混凝土拌合物中能起到“滚珠”作用, 可有效改善混凝土拌合物的工作性;三是粉煤灰能与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应生成硅酸钙凝胶, 成为胶凝材料的一部分, 使得混凝土中的孔隙细化, 有效地加强薄弱过渡区, 增强混凝土的综合性能;四是粉煤灰能降低混凝土水化热, 减小由于水化而引起的升温现象, 这对防止混凝土温度裂缝的产生有十分重要的作用。

2.2 粉煤灰混凝土综合性能分析

将粉煤灰掺入在混凝土中, 能有效地改善混凝土的水胶比, 提高混凝土的综合性能。在高水胶比的水泥浆中, 水泥颗粒会被水分逐渐隔开, 优化水化环境, 这样就能迅速的形成表面积大的水化物, 使得填充浆体的空隙能力很强, 粉煤灰堆积比较密实, 并且水化比较慢。生成的凝胶量比较少, 难以填充密实颗粒的空隙, 因此, 将粉煤灰掺入在混凝土中, 能改善混凝土的水胶比。在低水胶比的水泥浆中, 在不掺入粉煤灰时, 水泥会因为水化环境比较差, 缺乏水分而得不到充分的水化, 掺入粉煤灰后, 粉煤灰的水化比较慢, 能为水泥水化提供充足的水分, 使得水泥水化均匀, 降低水泥颗粒之间的性能, 使得需要填充的空隙也变小, 这样就能提高混凝土的强度。

当温度升高时, 水泥的水化速度会快速提高, 研究表明, 在30℃条件下, 硅酸盐水泥的水化速度是20℃硅酸盐水泥水化速度的一倍。近年来, 随着经济的快速发展, 各种大型、超大型混凝土结构越来越多, 混凝土构件的断面尺寸也越来越大, 导致水泥的单位用量也逐渐增多, 但随着水泥粉磨细度的加大, 使得混凝土在硬化过程中, 产生的温升越来越大, 引起混凝土内外温差大, 出现温度裂缝的现象。在这种情况下, 加入粉煤灰能极大的改变混凝土的性能, 尤其是近几年, 在建筑工程中, 粉煤灰在混凝土中的应用越来越广泛, 可以说粉煤灰已经成为优质混凝土必不可少的成分。

2.3 混凝土掺加粉煤灰的配制

在混凝土中掺加粉煤灰时, 首先要对配制混凝土原材料的质量进行认真的检查, 确保各种原材料的质量符合相关规定, 然后根据实际情况, 确定混凝土配合比, 并按照此配合比配制少量的混凝土, 然后对其和易性进行检查, 如果不能满足施工需求, 要重新确定配合比, 直至满足施工需求为止。施工人员要根据实际情况, 确定混凝土中粉煤灰的用量, 在配制粉煤灰混凝土时, 可以采用减水剂后掺法。在配制混凝土时, 必须保证混凝土的配制强度大于设计强度, 这样才能保证在工程中, 混凝土的强度能达到设计要求。

2.4 粉煤灰混凝土力学性能分析

2.4.1 混凝土的强度

将粉煤灰加入混凝土中, 从物理作用上看, 粉煤灰能让混凝土中的水泥可以充分分散开来, 这样能保证水泥水化更加充分, 从而有效地提高水泥浆的密实度, 这样就能有效地提高混凝土中水泥浆和骨料的强度。从化学作用上看, 将粉煤灰加入混凝土中, 粉煤灰颗粒可以和混凝土中的氧化钙发生反应, 生成水化硅酸钙胶体, 这种胶体能极大地提高混凝土的强度。

2.4.2 混凝土的和易性

粉煤灰能极大地改善混凝土的和易性, 具体表现为:粉煤灰中含有性能稳定、表面光滑的球状玻璃球体, 将其加入混凝土中, 能在混凝土输送、振捣过程中, 发挥润滑的作用;粉煤灰能极大地提高混凝土的工作性能, 将粉煤灰加入混凝土中, 能将混凝土中聚集的成团颗粒分散开, 这样就能提高浆体的释放量, 达到润滑的作用;加入粉煤灰后, 还能降低混凝土离析现象的发生, 因为粉煤灰能补充细骨料中的细屑, 从而中断砂浆基体中的沁水渠道, 并且粉煤灰还能减少水的用量, 保证混凝土水灰比更加合理。

2.4.3 混凝土的抗渗性

将粉煤灰加入混凝土中, 能极大地提高混凝土的抗渗性, 其主要原因是粉煤灰中的Si O2、Al2O3会和水泥发生反应, 生产水化铝酸钙和水化硅酸钙, 从而降低混凝土的孔隙率, 提高混凝土的抗渗性, 将粉煤灰加入混凝土中, 可以提高混凝土的抗离析性和流动性, 因此, 能提高混凝土的自密实性。由于水泥颗粒中的粉煤灰细粒球体能加快混凝土的水化反应, 从而充分提高混凝土的抗渗性。

2.4.4 混凝土的抗冻性

混凝土的强度和引气量会对混凝土的抗冻性造成直接的影响, 而混凝土的强度会对其引气量造成直接的影响, 混凝土强度比较低, 满足混凝土抗冻性需要的引气量就会增加, 混凝土的强度越高, 满足混凝土抗冻性需要的引气量就会越少。将粉煤灰加入混凝土后, 混凝土的抗冻性将会有十分明显的提高, 据统计, 在混凝土中加入20%粉煤灰, 混凝土的抗冻性会远远超过基准混凝土抗冻性。

2.4.5 混凝土的其他性能

将粉煤灰加入混凝土中, 能有效地降低混凝土升温速度, 降低混凝土水热化现象;由于粉煤灰能减少混凝土孔隙率, 提高混凝土的抗渗性, 使得混凝土抵抗腐蚀的能力也有所提高, 这就会极大地提高混凝土的耐久性;混凝土的孔结构会对其护筋性造成影响, 粉煤灰混凝土能在钢筋表面形成一个氧化膜, 对钢筋进行保护, 这就能保证混凝土中的钢筋不会出现锈蚀的现象。

3 粉煤灰在建筑砂浆中的应用

3.1 建筑砂浆的粉煤灰效应

将粉煤灰加入砂浆中后, 能对砂浆的一些特性能进行改善, 也就是建筑砂浆的粉煤灰效应。一般情况下, 建筑砂浆的粉煤灰效应有三种情况, 分别是形态效应、微集料效应和活性效应。

3.1.1 形态效应

形态效应是指用在混凝土、砂浆中的粉料, 其内部结构、颗粒级配、外观形貌、表面性质等物理性质发生改变而产生的效应。粉煤灰中的大量微粒, 能极大地降低砂浆的需水量, 改变砂浆的初始结构, 使得砂浆中的水泥颗粒分布更加均匀, 从而扩宽了水泥水化的空间。

3.1.2 微集料效应

粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀的分布在水泥浆体的中, 通过对粉煤灰颗粒和水泥净浆的紧密性进行研究, 发现随着水化反应的进行, 粉煤灰和水泥浆体的接触会越来越紧密, 并且在界面上形成的粉煤灰水化凝胶的强度要大于水泥凝胶。粉煤灰颗粒在水泥浆体中具有良好的分散性, 能极大地改善砂浆的均匀性和硬化性, 有助于砂浆空隙及细孔的细化和填充。

3.1.3 活性效应

粉煤灰的活性效应是指粉煤灰中含有的硅铝质玻璃体在常温下, 与氢氧化钙在水中发生活性反应, 形成胶凝性水化物的性质。粉煤灰玻璃体微粒表层形成的反应物和水泥水化物比较相似, 通过交叉连接这几种水化物, 能增加砂浆的强度。

3.2 粉煤灰品质对砂浆强度的影响

3.2.1 粉煤灰的细度

粉煤灰的细度和需水量比有很大的联系, 需水量比是指在相应的条件下, 掺入粉煤灰和不掺入粉煤灰的标准流动度达到125~135 m时所需要的用水量。水分不仅会用在水泥水化反应和粉煤灰火山灰反应中, 还会在砂浆硬块体中形成孔隙, 降低砂浆结构的性能, 粉煤灰的细度会对粉煤灰的需水量造成影响, 因此, 粉煤灰的细度也会对砂浆的强度造成影响。一般情况下, 粉煤灰越细, 其需水量就会越少, 粉煤灰火山灰反应界面就会增加, 而砂浆的强度就会越大。

3.2.2 粉煤灰的含碳量

粉煤灰中的炭粒是以多孔的形式存在的, 具有很强的吸附作用, 粉煤灰中的炭粒越多, 砂浆的需水量就会越多, 而砂浆的密实性就会越低, 砂浆的强度就越低, 并且粉煤灰中的炭粒会在泌水过程中, 和浆体逐渐分离, 上升到砂浆的上表面, 对砂浆的面层质量造成影响, 因此, 在粉煤灰中, 含碳量越低砂浆的强度就越大。

3.3 粉煤灰在工程回填中的应用

由于粉煤灰具有质量轻的特点, 产生的压力比其他填筑材料要小, 因此, 在建筑工程中, 可以使用粉煤灰当作填筑材料进行回填, 从而有效地提高工程的稳定性。使用粉煤灰材料进行回填施工, 能极大地提高施工效率, 降低施工成本, 目前, 粉煤灰填料可以用在基础填筑、混凝土填筑、砂浆填筑等工程中。

4 粉煤灰在建筑工程应用中存在的问题及展望

目前, 减少粉煤灰污染的有效途径技术将粉煤灰大量的应用在社会生产的各个行业中, 从而最大限度地减少粉煤灰污染问题, 随着社会经济的不断发展, 粉煤灰的利用途径也越来越广泛, 但当前我国的粉煤灰污染形势仍然比较严峻, 其主要问题是粉煤灰的堆积量很大, 燃煤发电还是我国的生产电力资源的主要方式, 近年来, 粉煤灰产量持续增加, 而可以直接利用的干粉比例却比较少, 加上粉煤灰项目的研发进展比较缓慢, 使得粉煤灰的利用率比较低。虽然粉煤灰在建筑、化工、农业等方面有比较广泛的应用, 但粉煤灰的应用仍有十分广泛的开发前景。

5 总结

粉煤灰具有来源广、价格便宜等特点, 将粉煤灰应用在建筑工程中, 能有效地提高建筑工程的施工质量, 提高建筑工程的施工效率, 减少施工成本, 增加施工单位的经济效益, 同时粉煤灰材料的使用, 还能减少环境污染, 促进生态环境的建设。因此, 建筑施工单位在实际施工过程中, 要合理地使用粉煤灰材料, 有效地提高建筑工程的社会效益和经济效益, 在加快建筑施工单位发展的同时, 促进和谐社会的构建。

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粉煤灰应用现状分析 第6篇

一、粉煤灰在混凝土中的应用分析

1、粉煤灰在混凝土中的作用

了解混凝土的微结构的特性及其对性能的影响后, 就可以更好地认识粉煤灰在混凝土中的作用。粉煤灰的主要作用可以包括以下几方面:

1) 填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层, 由于粉煤灰的容重 (表观密度) 只有水泥的2/3左右, 而且粒形好 (质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠) , 因此能填充得更密实, 在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。

2) 对水泥颗粒起物理分散作用, 使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时, 水化缓慢的粉煤灰可以提供水分, 使水泥水化得更充分。

3) 粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应, 不仅生成具有胶凝性质的产物 (与水泥中硅酸盐的水化产物相同) , 而且加强了薄弱的过渡区, 对改善混凝土的各项性能有显著作用。

4) 粉煤灰延缓了水化速度, 减小混凝土因水化热引起的温升, 对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。

2、使用粉煤灰混凝土的性能分析

事实上, 如前所述, 由于高效减水剂的应用, 使混凝土的水胶比可以大幅度降低, 从而使掺用粉煤灰的效果大为改善, 使大掺量粉煤灰混凝土的性能能够大幅度地提高。

1) 水胶比的影响:水胶比的上述变化为什么影响这么大呢?在高水胶比的水泥浆里, 水泥颗粒被水分隔开 (水所占体积约为水泥的两倍) , 水化环境优异, 可以迅速地生成表面积增大1000倍的水化物, 有良好地填充浆体内空隙的能力。粉煤灰虽然从颗粒形状来说, 易于堆积得较为密实, 但是它水化缓慢, 生成的凝胶量少, 难以填充密实颗粒周围的空隙, 所以掺粉煤灰水泥浆的强度和其他性能总是随掺量增大 (水泥用量减少) 呈下降趋势 (当然在早龄期就更加显著) 。

在低水胶比的水泥浆里情况就不一样了。不掺粉煤灰时, 高活性的水泥因水化环境较差, 即缺水而不能充分水化, 所以随水灰比下降, 未水化水泥的内芯增大, 生成产物量下降, 但由于颗粒间的距离减小, 要填充的空隙也同时减小, 因此混凝土强度得到迅速提高。

2) 温度的影响:众所周知, 温度升高时水泥水化的速率会显著加快。研究表明:与20℃相比, 30℃时硅酸盐水泥的水化速率要加快一倍。由于近些年来大型、超大型混凝土结构物的建造, 构件断面尺寸相应增大;混凝设计土强度等级的提高, 使所用水泥标号提高、单位用量增大;又由于水泥生产技术的进展, 使其所含水化迅速的早强矿物硅酸三钙含量提高、粉磨细度加大, 这些因素的叠加, 导致混凝土硬化时产生的温升明显加剧, 温峰升高。

由于混凝土技术的进展, 使混凝土可以在比较低的水胶比条件下制备, 这就使粉煤灰在混凝土中的作用出现显著地变化。而近些年来水泥活性增大、混凝土设计等级提高促使水泥用量增大, 以及构件断面尺寸加大, 在混凝土体温度上升的前提下, 进一步促进了粉煤灰在混凝土中作用的发挥, 以至可以说:粉煤灰在许多情况下可以起到水泥所起不到的作用, 成为优质混凝土必不可少的组分之一。

3) 室内试验与现场浇注:长期以来, 人们对于混凝土强度———其质量控制主要指标 (通常也就是唯一指标) 的评价, 一直是根据在实验室里制备的小试件 (由于骨料最大粒径的减小, 试件尺寸从200×200×200m m减小到现在的100×100×100m m) , 经规定龄期的标准养护 (20±3℃;RH≥90%) , 然后在试验机上破型得到的数据进行。Idorn[7]在91年曾拟文指出:在特定实验室条件下取样制备试件进行试验作为控制质量的方法, 而不去开发以物理化学为科学依据的控制方法, 是不合乎当今时代的错误。

二、粉煤灰在建筑砂浆中的效应和作用分析

1、建筑砂浆的粉煤灰效应

粉煤灰掺入砂浆后, 会对砂浆的一些性能和特点发生影响, 这就是粉煤灰效应。一般粉煤灰效应包括形效应, 活性效应和微集料效应三个基本方面。

(1) 形态效应:所谓形态效应, 泛指各种应用于混凝土和砂浆中的矿物质粉料, 由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。由于粉煤灰中大量微粒的作用, 不仅可以降低砂浆的需水量, 改善砂浆的初始结构, 还能促使或帮助砂浆体中水泥颗粒均匀分散, 扩大了水泥的水化空间和水化产物的生成场所, 从而促进水泥的水化反应。

(2) 活性效应:粉煤灰火山灰活性是指其所含的硅铝质玻璃体在常温和有水条件下与Ca (OH) 2发生活性反应并生成具有胶凝性水化物的能力。其活性效应就是指的这种粉煤灰活性成分所产生的效应。在粉煤灰玻璃体微粒表层生成的火山灰反应产物, 与水泥水化物类似, 这种水化物交叉连接, 对促进砂浆强度增长, 尤其是抗拉强度的增, 起了主要的作用。

(3) 微集料效应:粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中, 就像微细的集料一样。对粉煤灰颗粒和水泥净浆间及水泥紧密处的显微研究证明, 随着水化反应的进展, 粉煤灰和水泥浆体的界面接触越趋紧密。在界面上形成的粉煤灰水化凝胶的显微硬度大于水泥凝胶。粉煤灰微粒在水泥浆体中分散状态良好, 有助于新拌砂浆的硬化和均匀性的改善, 也有助于砂浆中孔隙和毛细孔的充填和细化。

粉煤灰的上述3种基本效应是互相联系和互相影响的, 粉煤灰效应则是在一定条件下三种基本效应共同作用的总和。

2、粉煤灰品质对砂浆强度的影响

(1) 粉煤灰的细度粉煤灰的细度与需水量比的关系密切, 需水量比是指在一定试验条件下, 掺合粉煤灰与不掺粉煤灰的标准流动度达到125-135mm时的拌合水用量之比。由于除参加水泥的水化反应及粉煤灰的火山灰反应外, 多余的水分在砂浆硬块体中形成孔隙, 导致砂浆结构及性能劣化, 故该参数是用于砂浆掺合料的粉煤灰品质标准中的一个重要指标。粉煤灰的粗细直接影响粉煤灰的需水量和与碱性激发剂产生化学反

应界面的大小, 粉煤灰越细, 其需水量比就越低, 火山灰反应的界面也就增长, 粉煤灰的微集料效应明显, 有利于砂浆强度的提高。

(2) 粉煤灰的含炭量由于粉煤灰中炭粒是多孔的, 具有强烈的吸附作用, 它会使砂浆的需水量增加, 密实性降低, 因此对砂浆强度有明显的损害。炭粉往往又会在泌水过程中逐步与浆体分离上升到砂浆的表面, 影响砂浆面层的质量。因此其含量越低越好, 粉煤灰中未燃尽炭可按其烧失量指标来估量, 国标规定I级灰烧失量的最大限值为5%。

摘要：粉煤灰在建材中的应用十分广泛, 使用粉煤灰作建筑材料不仅能节约能源与材料、降低生产成本和工程造价, 而且生产出的材料性能和各项指标与常规建筑材料相比有过之而无不及。本文分析了粉煤灰在建筑用混凝土及建筑砂浆中的应用, 同时对使用效用及性能进行了简要的分析。

关键词：粉煤灰,混凝土,建筑砂浆,应用

参考文献

[1]王福之, 吴正严, 粉煤灰利用手册, 北京, 中国电力出版社, 1996

粉煤灰应用现状分析 第7篇

工业废渣粉煤灰是煤燃烧后产生的细灰,可用作砂浆、水泥、混凝土的掺合料。这种粉煤灰有3种效应:1)形态效应。即粉煤灰中的大量玻璃微珠表面光滑,在混凝土中能起到滚珠轴承的作用,混凝土的工作性能在这种效应的作用下被改变。2)微集料效应。粉煤灰中超细灰颗粒起微集料作用,这种微集料效应可以提高混凝土的密实度。3)活性效应。粉煤灰中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁与氢氧化钙发生反应,也就是混凝土中的二次反应。由于粉煤灰具有这些特质,它在混凝土中起着举足轻重的作用。

1 高性能混凝土掺加粉煤灰的配制

1.1 混凝土原材料的选用

水泥:施工中要采用质量好的水泥。

砂子:最好选用天然河砂。

石子:选用质地比较坚硬,吸水性符合规范要求的碎石,其含泥量要低于1%,压碎指标不得大于10%的规范要求。

粉煤灰:施工中要选择优质粉煤灰以配制性能较高的混凝土。

减水剂:工程中选择减水剂时要考虑减水剂、水泥、粉煤灰三者的搭配性,要选用效能高的减水剂。

1.2 高性能混凝土的配合比设计

1.2.1 高性能混凝土配合比的基本要求

1)高性能砼配合比要满足耐久性的要求;

2)高性能砼配合比要满足施工的和易性要求;

3)高性能砼配合比要满足结构设计的强度等级要求;

4)高性能砼配合比要符合经济原则以降低混凝土成本。

1.2.2 配合比表示方法

高性能砼的配合比是混凝土中水泥、水、砂及石子中4种混凝土材料用量之间的比例。近几年来,高性能混凝土的施工配合比设计方法层出不穷。按JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中的规定,计算出混凝土的基准配合比为:水泥∶砂∶石∶水=320∶609∶1356∶165。

(1)混凝土中所用水泥量C、水量W、砂子量S、石子量G,如:

C=600 kg、W=180 kg、S=1 440 kg、G=2 400 kg。

(2)以混凝土中水泥用量为1时,各种材料用量间相对关系可以表示为:

水泥∶砂∶石子=1∶2.40∶4.0。

1.3 混凝土配合比的试配和调整以及确定

1.3.1 混凝土的配合比试配、调整

检验混凝土的拌和量,检验拌制混凝土的和易性,如果不满足施工要求时,要对混凝土进行适当的调整,得到符合要求的混凝土基准配合比,以供检验强度使用。

1.3.2 混凝土设计配合比的确定

(1)由试验得出的混凝土的水灰比关系,用作图法或计算法求出混凝土配制强度相对应的水灰比。

(2)按基准配合比制作的混凝土的和易性来进一步确定混凝土的用水量,以用来确定施工中水泥的用量。

(3)粗细骨料取基准配合比按水灰比适当调整施工用量。

1.4 制备工艺

1.4.1 原料的计量

原材料的计量精度要按如下的规定进行:水泥、粉煤灰的用量控制在-2%～+2%之间,粗细骨料的用量要控制在-3%～+3%之间,水、外加剂要控制在-1%～+1%之间。

1.4.2 配合料的搅拌

高性能混凝土的配置应采用减水剂后掺法,这是由于高性能混凝土的组成成分多、粘度大以及水胶比低决定的。

1.4.3 混凝土的养护

粉煤灰高性能混凝土应在浇筑后8 h内进行养护,因为高性能混凝土的用水量少,但是水化反应迅速,因此其养护时间要超过15 d。

2 掺加粉煤灰的混凝土的力学性能分析

2.1 混凝土的强度

高性能混凝土的早期强度能很快得到提升,而后期的高性能混凝土的强度增长得比普通混凝土的强度要低。在物理作用方面,混凝土中粉煤灰的掺入可使水泥颗粒充分分散,能使水泥水化更加充分,使水泥浆的密实度得到充分的提高,这样可以更加充分的提高混凝土中骨料与水泥浆的相应强度;在化学作用方面,混凝土中掺加粉煤灰颗粒与混合物中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙胶体,这样可以很好的提高混凝土强度。在配制混凝土时必须使混凝土的配制强度大于设计强度,这样才能保证工程中混凝土的强度保证率具有设计所要求的95%。混凝土配制强度可按下式计算

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式中,fcu,0为混凝土配制强度(MPa);fcu,k为设计的混凝土强度标准值(MPa);σ为混凝土强度标准差(MPa)。

当近期的同类型混凝土的强度资料没有提供时,σ值可按表1取值。

2.2 混凝土的和易性

粉煤灰改善混凝土和易性的作用包括:

1)粉煤灰可以在混凝土的泵送、振捣过程中起到润滑泵壁的效果。优质粉煤灰中含有表面光滑、性能稳定的球状玻璃球体,其含量能达到70%以上。

2)粉煤灰更有利于提高混凝土的工作性能,由于混凝土中粉煤灰的掺入,可有效的把新拌混凝土中聚集成团的水泥颗粒分散开来,这样可以增加浆体的释放量,能够更好的润滑骨料。

3)可以减少混凝土的泌水和离析现象的发生。混凝土中掺人粉煤灰可以补足细骨料中的细屑,能够使砂浆基体中的泌水渠道中断,同时粉煤灰还能够减少用水量,使混凝土中的水灰比到达更理想的程度。

2.3 混凝土的耐久性

因为粉煤灰减少了混凝土的孔隙,提高了混凝土的抗渗性,使混凝土抵抗化学腐蚀的能力增强,碱一骨料反应引起的混凝土膨胀大幅度降低,使混凝土的耐久性大大提高。

2.4 混凝土的抗渗性

掺加的粉煤灰的3种效应均能提高混凝土的抗渗性能。粉煤灰混凝土中的铝硅酸盐玻璃微珠球体可以使混凝土的抗渗性得到充分的发挥。粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝与水泥反应产生水化硅酸钙和水化铝酸钙,如此的反应能够使混凝土的孔隙率降低,使混凝土的抗渗性提高。高性能混凝土的用水量少、抗离析性高、流动性好、填充性优异。因此,高性能混凝土有较好的自密实性。水泥颗粒之间存有粉煤灰微细颗粒球体可以使混和物的水化反应加快,混凝土的密实性增加,混凝土的抗渗性能得到充分的提高。

2.5 混凝土的抗冻性

影响混凝土抗冻性的主要因素是混凝土的引气量和强度,混凝土的强度等级决定了引气量的大小,混凝土强度越低,满足混凝土的抗冻性所需的引气量越高;反之,混凝土强度越高,满足抗冻性所需的引气量就越低。对于引气量小的粉煤灰混凝土,混凝土的水灰比对混凝土的抗冻性影响是比较小的。大量的实验研究结果表明,混凝土中掺加20%的粉煤灰,其混凝土的抗冻性将会超过其基准混凝土的抗冻性。如果掺加的粉煤灰含量太高的话,经过多次冻融后的混凝土明显被破坏。

2.6 混凝土的水化热

掺加粉煤灰的混凝土能够降低混凝土的水化热,使混凝土的升温速度明显的降低。

2.7 混凝土的体积稳定性

高性能混凝土具有较高的体积稳定性。工程中若采用高弹性模量、高强度的材料,要控制好混凝土中的水泥浆体的含量,高性能混凝土的配合必要控制好,3个月龄期的干缩值不超过0.04%。

2.8 混凝土的护筋性

影响粉煤灰混凝土护筋性的主要因素是混凝土的碱度和孔结构。因为混凝土的碱性会在混凝土的钢筋的表面形成一个细微的氧化膜,所以混凝土中的钢筋不会生锈。

2.9 对碱一骨料反应的影响

碱-骨料反应是指混凝土中的活性氧化硅和碱发生反应,产生吸水性产物,导致混凝土的体积增大、膨胀以致混凝土开裂。除骨料具有碱活性外,高碱性和水也是混凝土碱-骨料反应的发生的必要条件。粉煤灰的掺入取代了部分水泥,不仅可以使混凝土的有效含碱量降低,还能利用产生的物理化学作用,阻止碱-骨料反应。

3 粉煤灰混凝土的工程应用

粉煤灰混凝土的抗渗、抗冻、抑制碱-集料反应的效果非常明显,而且该混凝土体积稳定性良好,还具有良好的耐久性,因而在各种实际工程建筑中得到广泛应用。

粉煤灰高性能混凝土在高层建筑及大跨度桥梁工程、高等级公路建设中使用很多,国内外绝大数的高层、大型、新型、特殊建筑工程,都采用的是粉煤灰高性能混凝土。如深圳地王大厦、首都机场停车楼、万县长江大桥、黄河滨州大桥等工程均采用了粉煤灰高性能混凝土。

4 高性能混凝土掺加粉煤灰的施工条件和注意事项

1)选用颗粒级配良好的各种原材料以配制高性能的混凝土,这样的话可以使混凝土的空隙率降低,也可以使混凝土的水胶比降低,保证高性能混凝土有良好的使用效果;

2)选用强制性搅拌机进行高性能混凝土的拌制,以保证混凝土的均匀性和和易性;

3)控制好高性能混凝土的坍落度,同时浇筑后,要及时进行混凝土的养护;

4)当施工中气温过低的时候,要及时采用混凝土保温养护措施,同时还要推迟拆模的时间,满足施工混凝土强度发展的需要。

5 结 语

普通水泥混凝土广泛应用在工程建筑中,但是目前这种应用的问题十分突出,包括资源问题、能源问题与环境问题。而粉煤灰高性能混凝土正是节约资源和能源,解决地球环境问题以及维护地球生态平衡的绿色高性能材料,它的应用也是实施可持续发展战略的决策之一。合理的应用粉煤灰配制高性能混凝土,具有良好的社会效益,同时也具有良好的经济效益。

参考文献

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