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摘要：综述国内外粉煤灰的综合利用现状，阐述粉煤灰在混凝土中的应用及存在的主要问题。
关键词：粉煤灰； 应用 ；研究现状； 注意问题
中图分类号：TV331文献标识码： A
粉煤灰是火力发电厂从煤粉锅炉排出的烟气中收集到的细微粉末，其数量在电厂煤粉锅炉排出的煤灰渣量中占最大比例。煤粉在锅炉炉膛中呈悬浮状态燃烧，其中的不燃物大量混杂在高温烟气中，由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒，并从废气中收集下来的细颗粒粉末。随着社会的进步、科学的发展及人民生活水平的提高，工厂的生产及人民日常生活越来越依靠电力作为动力，使得电力需求大幅增长，电力工业迅速发展，发电产生的粉煤灰数量急剧增加，中国成为世界消耗煤炭最多的国家之一。不加以利用的为废弃污染物，其堆放需要占用大量土地，用因其为煤燃烧后的烟气中收细微粉末，露天堆放的粉煤灰产生扬尘成为大气环境污染源头，若排入河道会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。在进行混凝土拌制时掺入粉煤灰不仅能够改善混凝土性能，减少水泥用量，降低工程造价，且在利于环境保护，所以将粉煤灰利于混凝土中具有特殊的技术、经济、环保意义。
某高层建筑结构采用C30、C35、C40及C45等强度等级的混凝土，数量巨大，如果在混凝土施工中掺入粉煤灰，取代部分水泥用量，不仅能够改善混凝土性能，同时也能够取得良好的经济效益，应在建筑施工中进行广泛推广应用。
一、改善混凝土的工作性能
混凝土的工作性能主要表现在混凝土的流动性、粘聚性、保水性及固化性等方面。粉煤灰掺入混凝土后, 降低了混凝土的砂率, 从而可以减少细骨料对运输管壁的摩擦; 粉煤灰中含有的球状玻璃体, 填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层; 粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用, 使它们分布得更均匀, 阻止了水泥颗粒的粘聚。这些都有效提高了混凝土的流动性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的碱性环境中被激发的, 因此它并不参加初期的水化反应, 在相同水胶比和胶凝材料用量的情况下, 就相对提高了混凝土水化初期的水灰比, 从而提高了混凝土的流动性和粘聚性。粉煤灰延缓了初期的水化反应, 还可以明显减少坍落损失, 满足混凝土运输、浇筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以弥补水泥用量和细集料的细粉部分的不足, 有利于提高混凝土的保水性, 还可以堵截泌水的通道, 从而减少泌水现象。粉煤灰有效地改善了混凝土的工作性能, 提高了混凝土的施工质量, 也使混凝土的自密实和高可泵性成为可能。
二、提高混凝土的耐久性
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子级配, 填充混凝土部分空隙, 提高了混凝土的密实度。另外, 粉煤灰的二次水化后产物填充了混凝土中的粗大毛细孔, 进一步提高了混凝土的密实度。从而提高了混凝土的抗渗性和抗化学腐蚀性等, 使混凝土的耐久性得到提高。粉煤灰的火山灰化学反应, 消耗了混凝土中大量的Ca(OH)2 和游离CaO, 可以减少硫酸盐侵蚀混凝土生成钙矾石的机会, 也可以非常有效地抑制碱骨料反应, 从而避免混凝土发生膨胀破坏。
粉煤灰的水化反应消耗了混凝土中的Ca(OH)2会使混凝土孔隙水的碱性降低, 而可能减弱钢筋表面形成的碱性保护膜, 使粉煤灰混凝土的抗钢筋锈蚀能力有减弱趋势, 但由于粉煤灰混凝土的密实性的提高, 大大减小了氯离子侵入的可能, 所以现有的实验和研究并未发现粉煤灰混凝土的抗钢筋腐蚀能力明显低于普通混凝土。
三、提高混凝土的抗裂性能
粉煤灰的掺入减少了水泥用量, 从而减少水泥水化过程中的硬化收缩, 事实上, 粉煤灰混凝土的硬化收缩甚至是负的, 也就是说它的硬化过程是微膨胀变形的, 这对混凝土的抗裂性非常有利。粉煤灰二次水化的产物填充了混凝土的毛细孔, 减少了混凝土中游离水的数量, 阻断了泌水路线, 这就大大减小了因泌水和水份蒸发引起的失水收缩。粉煤灰的应用提高了混凝土的密实性, 也减少了骨料与胶合料间的沉缩变形。从而减少了混凝土的塑性收缩裂缝。粉煤灰水化后改善了混凝土的微观结构, 增强了水泥石和骨料间的界面强度, 减少泌水情况的发生, 也减少了混凝土内部缺陷, 这些都降低了混凝土内微裂缝出现的机率, 提高了混凝土的抗裂能力。粉煤灰混凝土的水化热峰值比普通混凝土明显降低, 峰值发生时间明显推迟, 减弱了混凝土构件特别是大体积混凝土中的温度梯度, 减少了混凝土的内外温差, 从而减小混凝土中的拉应力, 避免裂缝的出现。
四、提高混凝土的强度
虽然由于粉煤灰的水化速度慢而会导致混凝土的早期强度偏低, 但粉煤灰混凝土的最终强度肯定不会低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的, 因此它的水化速度比水泥慢, 待水泥水化后, 粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2 反應形成硅酸钙凝胶, 既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构, 增强了界面薄弱层, 又对水泥石孔结构起到填实的作用, 而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2, 从而提高了混凝土的强度。另外, 粉煤灰水化速度较慢, 在相同水胶比的情况下可以使水泥的水化更充分, 粉煤灰水化后产生的H2O又会促进水泥的继续水化, 从而进一步提高了混凝土的强度。
五、降低建筑物重量，改善建筑物功能
粉煤灰的比重较水泥低20-50%，这样使得建筑物的重量降低15-20%，同时，粉煤灰复杂的孔隙结构使它有很强的隔音功能及隔热功能。
六、需注意的几个问题
（一）粉煤灰在混凝土中的适宜掺量
较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水_化热, 只有掺量超过20%时, 粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善, 粉煤灰混凝土最佳掺量范围为25%-45%。但由于水泥本身所能提供的碱性环境是有限的, 因此在未掺入粉煤灰活化剂的情况下, 粉煤灰的掺量不宜大于20%, 若要加大粉煤灰的掺量, 就必须同时掺入粉煤灰活化剂。
（二）粉煤灰的质量控制
可直接利用的干粉比例不大，由于燃煤电厂煤种来源多，煤质差异大，加上各电厂使用不同类型的磨煤机，煤粉往往较粗，燃烧不充分，直接使粉煤灰颗粒粗，含碳量高。只有选择了质量稳定的粉煤灰, 才能保证混凝土质量的控制, 才能有效推进粉煤灰在混凝土中的大规模应用。
（1）要确保粉煤灰的质量，对每批进入使用粉煤灰进行认真检测试验，测定各项目技术参数，必须使用Ⅱ级以上的粉煤灰。
（2）操作中要严格控制配合比，进行认真计量，掺粉煤灰的混凝土拌和时间要比普通混凝土延长30s，以使混凝土充分均匀拌和，避免出现粉煤灰成团的现象。
（3）正确振捣，避免过振引起混凝土表面形成浮浆层。同时，须保证振捣密实，确保构件的外观质量与内在质量。
（4）加强粉煤灰混凝土养护，保持混凝土表面湿润，通常潮湿养护14 d，热天或干燥气候潮湿养护不得少于21 d。
（5）对早期强度要求高的构件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因为冬季气温低，不利于粉煤灰的火山灰反应。
七、结束语
粉煤灰作为一种活性矿物掺合料, 对发展绿色高性能混凝土起到了越来越大的作用。粉煤灰是工业“三废”之一, 所造成恶劣的环境污染长期困扰着我们。随着人们对粉煤灰研究和认识的深入, 逐渐将其应用到工程领域, 变废为宝。尤其在混凝土中, 作为活性矿物掺合料得到了很大的开发和广泛的应用。
粉煤灰在混凝土中的充分应用, 既是提高和改善混凝土性能的需要, 又是节能减排、保护环境, 实现可持续发展的需要。开发利用大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土, 可以获得巨大的经济效益和社会效益, 有着十分重大的意义。
参考文献：
[1]范锦忠，粉煤灰陶粒的生产方法和主要性能，砖瓦，2007.9:114-117.
[2]黄丽华、周大伟，掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板，新型建筑材料，2006.2:52-53.
[3]王能关、左丽、赖洪美等，利用炉渣和粉煤灰生产轻质隔墙板，新型墙体材料与施工，2002.2:19-20.
[4]韩怀强、蒋挺大，粉煤灰利用技术.化学工业出版社，2002.1:1-20.
[5]吴正直，粉煤灰房建材料的开发与应用，中国建材工业出版社，2003.
[6]周春杰、张全国，论资源综合利用，资源节约和综合利用，1998.12(4):12.
关键词：粉煤灰； 应用 ；研究现状； 注意问题
中图分类号：TV331文献标识码： A
粉煤灰是火力发电厂从煤粉锅炉排出的烟气中收集到的细微粉末，其数量在电厂煤粉锅炉排出的煤灰渣量中占最大比例。煤粉在锅炉炉膛中呈悬浮状态燃烧，其中的不燃物大量混杂在高温烟气中，由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒，并从废气中收集下来的细颗粒粉末。随着社会的进步、科学的发展及人民生活水平的提高，工厂的生产及人民日常生活越来越依靠电力作为动力，使得电力需求大幅增长，电力工业迅速发展，发电产生的粉煤灰数量急剧增加，中国成为世界消耗煤炭最多的国家之一。不加以利用的为废弃污染物，其堆放需要占用大量土地，用因其为煤燃烧后的烟气中收细微粉末，露天堆放的粉煤灰产生扬尘成为大气环境污染源头，若排入河道会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。在进行混凝土拌制时掺入粉煤灰不仅能够改善混凝土性能，减少水泥用量，降低工程造价，且在利于环境保护，所以将粉煤灰利于混凝土中具有特殊的技术、经济、环保意义。
某高层建筑结构采用C30、C35、C40及C45等强度等级的混凝土，数量巨大，如果在混凝土施工中掺入粉煤灰，取代部分水泥用量，不仅能够改善混凝土性能，同时也能够取得良好的经济效益，应在建筑施工中进行广泛推广应用。
一、改善混凝土的工作性能
混凝土的工作性能主要表现在混凝土的流动性、粘聚性、保水性及固化性等方面。粉煤灰掺入混凝土后, 降低了混凝土的砂率, 从而可以减少细骨料对运输管壁的摩擦; 粉煤灰中含有的球状玻璃体, 填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层; 粉煤灰对水泥颗粒起到物理分散作用, 使它们分布得更均匀, 阻止了水泥颗粒的粘聚。这些都有效提高了混凝土的流动性。由于粉煤灰的活性是在水泥水化后的碱性环境中被激发的, 因此它并不参加初期的水化反应, 在相同水胶比和胶凝材料用量的情况下, 就相对提高了混凝土水化初期的水灰比, 从而提高了混凝土的流动性和粘聚性。粉煤灰延缓了初期的水化反应, 还可以明显减少坍落损失, 满足混凝土运输、浇筑的要求。粉煤灰在混凝土中可以弥补水泥用量和细集料的细粉部分的不足, 有利于提高混凝土的保水性, 还可以堵截泌水的通道, 从而减少泌水现象。粉煤灰有效地改善了混凝土的工作性能, 提高了混凝土的施工质量, 也使混凝土的自密实和高可泵性成为可能。
二、提高混凝土的耐久性
粉煤灰的加入可以改善混凝土中砂子级配, 填充混凝土部分空隙, 提高了混凝土的密实度。另外, 粉煤灰的二次水化后产物填充了混凝土中的粗大毛细孔, 进一步提高了混凝土的密实度。从而提高了混凝土的抗渗性和抗化学腐蚀性等, 使混凝土的耐久性得到提高。粉煤灰的火山灰化学反应, 消耗了混凝土中大量的Ca(OH)2 和游离CaO, 可以减少硫酸盐侵蚀混凝土生成钙矾石的机会, 也可以非常有效地抑制碱骨料反应, 从而避免混凝土发生膨胀破坏。
粉煤灰的水化反应消耗了混凝土中的Ca(OH)2会使混凝土孔隙水的碱性降低, 而可能减弱钢筋表面形成的碱性保护膜, 使粉煤灰混凝土的抗钢筋锈蚀能力有减弱趋势, 但由于粉煤灰混凝土的密实性的提高, 大大减小了氯离子侵入的可能, 所以现有的实验和研究并未发现粉煤灰混凝土的抗钢筋腐蚀能力明显低于普通混凝土。
三、提高混凝土的抗裂性能
粉煤灰的掺入减少了水泥用量, 从而减少水泥水化过程中的硬化收缩, 事实上, 粉煤灰混凝土的硬化收缩甚至是负的, 也就是说它的硬化过程是微膨胀变形的, 这对混凝土的抗裂性非常有利。粉煤灰二次水化的产物填充了混凝土的毛细孔, 减少了混凝土中游离水的数量, 阻断了泌水路线, 这就大大减小了因泌水和水份蒸发引起的失水收缩。粉煤灰的应用提高了混凝土的密实性, 也减少了骨料与胶合料间的沉缩变形。从而减少了混凝土的塑性收缩裂缝。粉煤灰水化后改善了混凝土的微观结构, 增强了水泥石和骨料间的界面强度, 减少泌水情况的发生, 也减少了混凝土内部缺陷, 这些都降低了混凝土内微裂缝出现的机率, 提高了混凝土的抗裂能力。粉煤灰混凝土的水化热峰值比普通混凝土明显降低, 峰值发生时间明显推迟, 减弱了混凝土构件特别是大体积混凝土中的温度梯度, 减少了混凝土的内外温差, 从而减小混凝土中的拉应力, 避免裂缝的出现。
四、提高混凝土的强度
虽然由于粉煤灰的水化速度慢而会导致混凝土的早期强度偏低, 但粉煤灰混凝土的最终强度肯定不会低于普通混凝土。粉煤灰的活性是在碱性环境下才能激发出来的, 因此它的水化速度比水泥慢, 待水泥水化后, 粉煤灰和水泥水化后产生的Ca(OH)2 反應形成硅酸钙凝胶, 既改善了水泥石和粗骨料间的界面结构, 增强了界面薄弱层, 又对水泥石孔结构起到填实的作用, 而且消耗了强度和稳定性都较差的Ca(OH)2, 从而提高了混凝土的强度。另外, 粉煤灰水化速度较慢, 在相同水胶比的情况下可以使水泥的水化更充分, 粉煤灰水化后产生的H2O又会促进水泥的继续水化, 从而进一步提高了混凝土的强度。
五、降低建筑物重量，改善建筑物功能
粉煤灰的比重较水泥低20-50%，这样使得建筑物的重量降低15-20%，同时，粉煤灰复杂的孔隙结构使它有很强的隔音功能及隔热功能。
六、需注意的几个问题
（一）粉煤灰在混凝土中的适宜掺量
较小掺量的粉煤灰只是一定程度上降低了混凝土的水_化热, 只有掺量超过20%时, 粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善, 粉煤灰混凝土最佳掺量范围为25%-45%。但由于水泥本身所能提供的碱性环境是有限的, 因此在未掺入粉煤灰活化剂的情况下, 粉煤灰的掺量不宜大于20%, 若要加大粉煤灰的掺量, 就必须同时掺入粉煤灰活化剂。
（二）粉煤灰的质量控制
可直接利用的干粉比例不大，由于燃煤电厂煤种来源多，煤质差异大，加上各电厂使用不同类型的磨煤机，煤粉往往较粗，燃烧不充分，直接使粉煤灰颗粒粗，含碳量高。只有选择了质量稳定的粉煤灰, 才能保证混凝土质量的控制, 才能有效推进粉煤灰在混凝土中的大规模应用。
（1）要确保粉煤灰的质量，对每批进入使用粉煤灰进行认真检测试验，测定各项目技术参数，必须使用Ⅱ级以上的粉煤灰。
（2）操作中要严格控制配合比，进行认真计量，掺粉煤灰的混凝土拌和时间要比普通混凝土延长30s，以使混凝土充分均匀拌和，避免出现粉煤灰成团的现象。
（3）正确振捣，避免过振引起混凝土表面形成浮浆层。同时，须保证振捣密实，确保构件的外观质量与内在质量。
（4）加强粉煤灰混凝土养护，保持混凝土表面湿润，通常潮湿养护14 d，热天或干燥气候潮湿养护不得少于21 d。
（5）对早期强度要求高的构件，冬季施工不宜采用粉煤灰混凝土配合比。因为冬季气温低，不利于粉煤灰的火山灰反应。
七、结束语
粉煤灰作为一种活性矿物掺合料, 对发展绿色高性能混凝土起到了越来越大的作用。粉煤灰是工业“三废”之一, 所造成恶劣的环境污染长期困扰着我们。随着人们对粉煤灰研究和认识的深入, 逐渐将其应用到工程领域, 变废为宝。尤其在混凝土中, 作为活性矿物掺合料得到了很大的开发和广泛的应用。
粉煤灰在混凝土中的充分应用, 既是提高和改善混凝土性能的需要, 又是节能减排、保护环境, 实现可持续发展的需要。开发利用大掺量粉煤灰绿色高性能混凝土, 可以获得巨大的经济效益和社会效益, 有着十分重大的意义。
参考文献：
[1]范锦忠，粉煤灰陶粒的生产方法和主要性能，砖瓦，2007.9:114-117.
[2]黄丽华、周大伟，掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板，新型建筑材料，2006.2:52-53.
[3]王能关、左丽、赖洪美等，利用炉渣和粉煤灰生产轻质隔墙板，新型墙体材料与施工，2002.2:19-20.
[4]韩怀强、蒋挺大，粉煤灰利用技术.化学工业出版社，2002.1:1-20.
[5]吴正直，粉煤灰房建材料的开发与应用，中国建材工业出版社，2003.
[6]周春杰、张全国，论资源综合利用，资源节约和综合利用，1998.12(4):12.