粉煤灰在建筑材料領域中的應用分析

蘇武

廈門市工程檢測中心有限公司（361000）

粉煤灰在建筑材料領域中的應用分析

蘇武

廈門市工程檢測中心有限公司（361000）

我國現(xiàn)階段能源結構仍然以燃煤為主，煤粉燃燒過程中粉煤灰渣的年排放量可達到1.5億t。截至2015年年底，粉煤灰積存量已達到30.0億t。大量粉煤灰渣積存，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。如何實現(xiàn)對粉煤灰的合理利用，已成為技術人員高度重視的課題之一。從這一背景入手，針對粉煤灰的物理與化學性質進行簡要分析，闡述建筑材料應用領域中粉煤灰的主要機理，分析粉煤灰在建筑材料領域中的應用方向與優(yōu)勢，會對粉煤灰的資源化利用起到一定參考與幫助。

建筑材料；粉煤灰；應用

粉煤灰是指煤粉在鍋爐燃燒過程中經(jīng)煙道氣帶出并通過除塵器收集得到的粉塵物質。統(tǒng)計：在當前技術條件支持下，平均每1.0 t煤粉在燃燒過程中可生成250.0～300.0 kg粉煤灰。在電力工業(yè)快速發(fā)展以及電力生產規(guī)模不斷擴大的背景下，粉煤灰排泄量呈現(xiàn)出了非常顯著的增長趨勢。大量的粉煤灰材料若不得到及時且高效的回收利用，將會對生態(tài)環(huán)境帶來非常不良的影響。目前，粉煤灰已經(jīng)在土壤改良、廢水處理、填充料、炭粒分選、建筑材料生產等多個行業(yè)領域中綜合利用。將粉煤灰應用于建筑材料生產領域中，一方面能夠實現(xiàn)對粉煤灰的高附加值、大規(guī)模綜合利用，解決因粉煤灰大量堆存所造成的環(huán)境問題；另一方面還能夠有效降低建筑領域對不可再生材料的需求，達到節(jié)約資源、控制成本的目的[1]。從這一角度上來說，建筑材料生產已成為粉煤灰綜合利用的最佳途徑之一。

1 粉煤灰物理與化學性質

粉煤灰外觀形態(tài)與水泥類似，顏色呈灰黑色至乳白色，不同顏色粉煤灰的含碳量有一定差異，外觀顏色也與粉煤灰的細度水平相關。粉煤灰密度在1.9～2.9 g/cm3，堆積密度在0.531～1.261 g/cm3，原灰標準稠度在27.3%～66.7%,吸水量在89.0%～130.0%, 28 d齡期抗壓強度比在37.0%～85.0%。

粉煤灰內部主要成分包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O等。電廠粉煤灰中SiO2構成比為1.3%～65.76%，Al2O3構成比為1.59%～40.12%，F(xiàn)e2O3構成比為1.5%～6.22%，CaO構成比為1.44%～16.8%，MgO構成比為1.2%～3.72%，K2O構成比為1.02%～2.14%，Na2O構成比為1.1%～4.23%，SO3構成比為1.0%～6.0%，燒失量構成比為1.63%～29.97%。

2 建材應用中粉煤灰的機理分析

從建筑材料生產角度來說，應用粉煤灰主要具有以下幾個方面的優(yōu)勢：第一，在建筑材料生產中應用粉煤灰能夠與混凝土進行合理搭配。如在工程實踐需填充混凝土裂縫、縫隙時，加入粉煤灰材料不但能夠減少填充時的加水量，還對提高混凝土結構內部凝聚力有重要意義；第二，粉煤灰在形成過程中因高溫燃燒、熔化、冷卻后形成一定的玻璃珠狀顆粒，這種特殊理化性質使粉煤灰在應用于建材領域中對降低墻面表面積有重要意義；第三，粉煤灰可利用量巨大。當前建筑工程建設規(guī)模不斷發(fā)展與擴大，建筑材料的需求量也持續(xù)增加。粉煤灰作為電力行業(yè)運行過程中的非常關鍵的排出物之一，排放量巨大,可以滿足建筑材料需求量巨大的要求，并且對減少粉煤灰大量堆積所產生環(huán)境問題也有重要意義。

3 建筑材料中粉煤灰的應用

3.1 水泥混合材料應用

利用粉煤灰高活性混合材料替代礦渣進行水泥混合料的制備，能夠使水泥材料在強度方面得到明顯改善。在與礦渣同等摻入量的條件下,摻入粉煤灰生產的水泥混合料標號更高，對提高水泥強度，改善混凝土拌合性能有積極作用。

3.2 混凝土應用

粉煤灰是建筑領域一種質量性能非常理想的活性摻和料。相對于常規(guī)摻和料而言，粉煤灰材料具有體積穩(wěn)定性高、膠凝性好、炭化性好以及耐久性好等諸多優(yōu)勢，在建筑混凝土工程中有著非常良好的應用效果。實踐表明：將粉煤灰作為活性摻和料，以一定比例摻入混凝土原料內，對改善混凝土原料工作性能、提高其耐久性以及強度水平均有重要意義。加入粉煤灰能夠降低水泥原料的使用量,從而達到控制工程造價，節(jié)約能源的目的。具體來說，在混凝土拌合過程中加入粉煤灰能夠節(jié)約水泥用量15.0%～40.0%，從而對減少能源消耗、降低二氧化碳排放量有積極作用。除此以外，混凝土拌和過程中的砂石用量也能夠下降15.0%～20.0%，粉煤灰節(jié)能降耗優(yōu)勢非常突出[2]。

3.3 燒結磚應用

傳統(tǒng)粉煤灰制磚多采用的是免燒粉煤灰磚或蒸汽制粉煤灰磚，這種粉煤灰磚質量性能存在較大的缺陷,在生產過程中的質量控制存在較大難度，因此在建筑材料領域中的實際應用比較受限。現(xiàn)階段在燒結磚領域中對粉煤灰的應用主要集中為高摻量燒結多孔磚以及高摻量粉煤灰燒結普通磚這兩種類型。將粉煤灰應用于燒結磚制備中，能夠使生產出的燒結磚具有更為突出的吃灰量，強度較普通磚而言更高，同時磚自重可下降1/5左右。除此以外,由粉煤灰制備的燒結磚還具有導熱系數(shù)小、容易干燥等優(yōu)勢。只要在生產過程中注意對粉煤灰摻入量以及摻入比例的嚴格控制，就能夠最大限度地確保燒結磚的質量性能。

3.4 襯砌材料應用

將煤渣、石屑以及粉煤灰等材料通過固化劑進行固化處理，形成的襯砌材料能夠彌補傳統(tǒng)襯砌材料存在的抗凍性能差、早期強度低等問題。在固化劑的配合下，粉煤灰作為建筑襯砌材料的制備原料，能夠使生產的襯砌材料具有良好的抗凍性能以及防滲能力。目前，在水利工程領域渠道防滲工程中，此類襯砌材料具有非常良好的應用價值，還在水庫加固護坡以及電廠灰壩護坡等工程領域中得到了廣泛應用。粉煤灰的加入除了對提高襯砌材料性能起到了積極作用以外，還可降低近1/3成本造價，因此同樣具有良好的經(jīng)濟效益。

3.5 生產輕集料、空心砌塊

對于含有SiO2以及Al2O3等元素并且碳含量低于12.0%的粉煤灰而言,可用于輕集料燒制。將粉煤灰作為骨料加入外加劑以及水，可制作成空心砌塊。此類建筑材料具有成本造價低、質量輕、強度高等諸多優(yōu)勢，同時還可將粉煤灰作為骨料，與石膏或細磨生石灰結合，制備的空心砌塊還兼具良好的隔熱以及隔音效果。

3.6 粉煤灰路基填料

粉煤灰在粒徑參數(shù)方面與粉砂高度相似，并且液限可達到60.0%，有良好的持水能力。在公路工程路基填筑作業(yè)中，對粉煤灰材料的合理應用不但能夠解決路基填料不足的問題，還能夠發(fā)揮粉煤灰在壓實性以及含水率方面的優(yōu)勢，提高路基填筑性能。加之粉煤灰抗堿性能高，因此較少受氣候變化的影響，對各種自然條件均有良好的適應性。

4 總結

將粉煤灰綜合應用于建筑材料領域中，能夠對生態(tài)環(huán)境起到明顯的改善效應，對解決粉煤灰渣大量積存的問題有重要價值，綜合效益突出。目前，粉煤灰在建筑材料領域中的應用主要集中在水泥、混凝土、燒結磚、襯砌材料、輕集料、空心砌塊、泡沫陶瓷以及路基填料這幾個方面。相關工作人員應結合粉煤灰的理化性質進行深入研究與開發(fā)，以促進粉煤灰在建筑材料領域獲得更為廣闊的發(fā)展空間與前景。

[1]楊志賓,韓敏芳,王慶云,等.高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究[J].稀有金屬材料與工程,2008,37(Z1)：637-640.

[2]齊善忠,付春梅,曲肇偉,等.建筑渣土作為道路填筑材料的改性試驗研究[J].中外公路,2015,35(1)：262-267.