淺談工業(yè)固體廢棄物在水泥混凝土中的應用

沈宜萍

摘 要：水泥混凝土作為世界范圍內(nèi)用量最大的人造材料，在生產(chǎn)及使用過程中的碳排放量卻對生態(tài)環(huán)境造成了極為不利的影響，如何降低此的過程中產(chǎn)生的CO2排放量，摻加具有水化硬化活性的工業(yè)固體廢棄物是常用的技術(shù)手段。

關鍵詞：工業(yè)固體廢棄物；水泥混凝土；低碳減排；綜合利用

水泥混凝土是世界范圍內(nèi)用量最大的人造材料，由于生產(chǎn)混凝土材料廣泛存在，使得其相比于其它人工材料具有價廉物美的特點，因此其地位在國民經(jīng)濟發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?/p>

但隨著社會的發(fā)展，混凝土原材料中的膠凝材料水泥生產(chǎn)過程不僅要消耗大量不可再生資源，而且耗能量也巨大。在諸多降低水泥混凝土生產(chǎn)和使用過程中能耗和碳排放的手段中，摻加具有水化硬化活性的工業(yè)固體廢棄物是常用的技術(shù)手段。工業(yè)固體廢棄物包括電力、冶金、印染、化工等多部門種類繁多的粗產(chǎn)品。下面就選取幾種我國較為常見的工業(yè)廢棄物淺談其在水泥混凝土中的應用。

1 粉煤灰的利用

粉煤灰資源化利用是建立在對其性能認識的基礎之上的。其在水泥混凝土中性能的發(fā)揮主要是靠其物理形貌特性和潛在化學活性作用。

1.1 粉煤灰在混凝土中利用的特點

粉煤灰混凝土不僅可以用于普通粉煤灰混凝土，而且還能用于許多普通混凝土難以適應的場所。粉煤灰在混凝土中能充分發(fā)揮的性能包括三大效應：微集料效應、微珠效應、火山灰效應。粉煤灰應用研究主要圍繞這三方面展開。

粉煤灰對水泥混凝土性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1.1 粉煤灰等量取代水泥后，由于粉煤灰的絕對密度小于水泥的絕對密度，因此可以節(jié)約了水泥的摻量。

1.1.2 利用粉煤灰的球形特性，其在拌合物中可以達到增加拌合物流動性的目的，從而可以減少混凝土用水量，增強了混凝土的密實性。

1.1.3 粉煤灰取代水泥可在一定程度上提高拌合物中細粉顆粒比例，減小不同密度組分分離的趨勢，降低拌合物的泌水率。

1.1.4 減少了混凝土的徐變。摻粉煤灰的水泥混凝土拌合物其性能在后期仍然有一定程度的發(fā)展，對結(jié)構(gòu)的徐變有一定的抑制作用。

1.1.5 降低水化熱、減小熱膨脹。粉煤灰的摻加，減少了水泥的用量，可以降低混凝土中的水化放熱。粉煤灰本身的火山灰反應過程比較緩慢，減少了混凝土熱膨脹出現(xiàn)裂縫的幾率。

1.1.6 提高混凝土密實度。粉煤灰顆粒具有的物理減水作用可以增加拌合物的流動性。此外，由于粉煤灰的潛在火山灰活性，反應過程的生成物可以填充水泥石中毛細孔。

1.2 粉煤灰活性激發(fā)

從粉煤灰火山灰反應特點中可以看出，粉煤灰，自身不具備或很少具備自水化性能，只有在堿性條件下其潛在的活性才會得到發(fā)揮。為使粉煤灰材料在水泥混凝土體系中的潛在活性能更好的發(fā)揮，研究者提出了許多活化措施。粉煤灰活性激發(fā)主要有化學激發(fā)、物理激發(fā)、熱力激發(fā)和復合活化。物理激發(fā)主要是針對較粗的粉煤灰顆粒采用物理粉磨的方法提高其細度；熱力激發(fā)是指適當提高反應物化學反應溫度，提高粉煤灰的反應活性；復合激發(fā)是將諸如化學激發(fā)、熱力激發(fā)等手段復合使用，提高活性激發(fā)效果。

2 礦渣粉的利用

從礦渣的產(chǎn)生過程可以看出，其是經(jīng)歷高溫的鋁硅酸鹽礦物極冷后得到的。加之其為鈣基脫氧工藝的副產(chǎn)品，因此其組成與水泥生料高溫燒成得到的熟料產(chǎn)物有相似的組分。故而礦渣粉在水泥混凝土中有較高的利用價值。

同粉煤灰一樣，礦渣粉用于水泥混凝土中有兩種摻加方式，其一是作為水泥混合材，即摻入硅酸鹽水泥一起作為普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥使用；其二是用作水泥混凝土的摻合料，即使用過程中替代硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。礦渣粉作為水泥混凝土摻合料使用時，具有以下特點：（1）提高混凝土致密度，增強材料耐腐蝕性。（2）降低水化熱并防止開裂現(xiàn)象。

3 脫硫石膏的利用

脫硫石膏的化學組成主要是二水石膏和部分碳酸鈣及可溶性堿金屬鹽類。其在水泥混凝土中所發(fā)揮的作用主要是水泥熟料的緩凝劑和火山灰材料，如粉煤灰、礦渣粉的活性激發(fā)劑。研究結(jié)果顯示，脫硫石膏加入含火山灰質(zhì)材料的混凝土中后，可促進體系鈣礬石的生成，提高體系早期強度，并有利于減少混凝土材料的收縮。此外，脫硫石膏中的堿金屬離子對促進含火山灰質(zhì)材料的早期強度亦有積極作用。

硫酸鹽在水泥混凝土中性能的發(fā)揮與其溶解特性相關。溶解度大、溶解速度快的硫酸鹽對含火山灰質(zhì)材料性能的激發(fā)效果更加顯著。二水石膏常溫下的溶解度只有2.05g/L，因此其活性激發(fā)效果的發(fā)揮通常需要的量較大。

4 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)固體廢棄物在水泥混凝土中有著廣泛而巨大的應用潛質(zhì)，對工業(yè)廢棄物合理的綜合利用將為現(xiàn)代建筑業(yè)，工業(yè)等多個行業(yè)帶來較好的經(jīng)濟效益及環(huán)境影響，是符合節(jié)能減排，創(chuàng)建綠色社會的研究方向。

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