粉煤灰在水利工程混凝土中的應用

遼寧生態工程職業學院 遼寧沈陽 110122

粉煤灰是從電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，是一種活性火山灰材料，其組成和性能與煤的品種、燃燒條件及收集工藝有關。優質的粉煤灰可改善混凝土拌和物的可泵性、坍落度損失、減少單方用水量等，可降低大體積混凝土的水化熱，提高混凝土的抗滲性、耐化學侵蝕性等耐久性能[1]。如今，粉煤灰作為混凝土礦物摻合料的一種，已經成為預拌混凝土中必不可少的重要組分和功能材料。

1 背景資料

（1）粉煤灰的供需現狀。隨著人們對粉煤灰的研究和應用的深入，粉煤灰應用技術不斷成熟，市場對粉煤灰的需求量驟增，時有出現供不應求現象。而電廠又僅把粉煤灰作為一種廢棄物進行處理，只考慮滿足環保要求，粉煤灰質量往往得不到保證。粉煤灰供應商為了滿足供給需求和追求最大經濟利益，到處購買導致來源不穩定，或人為混裝或加入不明雜質，使粉煤灰品質變化進一步加大。攪拌站使用的粉煤灰的品質往往一直處于波動狀態。

（2）GB/T1596-2017 中粉煤灰技術指標包括細度、需水量比、燒失量、含水量、三氧化硫、游離氧化鈣、密度、安定性、活性指數等。為了快速檢驗，通常攪拌站在粉煤灰進場檢驗時，會對每車粉煤灰先進行細度和需水量比檢驗，檢驗合格先放行接收，后續對其他指標進行檢驗[2]。實際上投機分子可通過后期加工的方式，造成有些造假灰的細度和需水量比都會合格，而后續其他指標檢驗可能出現不合格現象，或實際生產中發現新拌混凝土坍損大、有氨味或冒泡冒黑油現象等。

2 粉煤灰的分類

依據粉煤灰化學組成的差異性，粉煤灰可被分為多種類型。我國依據粉煤灰中氧化鋁含量的不同將粉煤灰分為高鋁粉煤灰和普通粉煤灰。高鋁粉煤灰中Al203含量占45%-65%，Al203和Si02總含量在80%左右；普通粉煤灰中Al203含量通常低于27%，Si 含量在50%左右。美國材料與試驗協會（ASTM）根據粉煤灰中氧化物及燒失量差異將粉煤灰劃分為C型和F型粉煤灰，F型粉煤灰中的cao 含量一般介于1%-12%，原料主要為煙煤或無煙煤，而C型粉煤灰中的cao 含量高達30%-40%，原料主要為褐煤或亞煙煤。保加利亞學者Vassilev 依據粉煤灰中氧化物含量及應用途徑將粉煤灰分為硅鋁質、鈣硅鋁質、鐵硅鋁質及鐵鈣硅鋁質4 種類型的粉煤灰。

3 粉煤灰在混凝土中的應用

粉煤灰因具有火山灰活性常用于與砂石和水泥混合制備混凝土。研究表明，在混凝土配料中加入一定比例的粉煤灰制備的混凝土強度大，抗滲性和耐腐蝕性都有所提高。另外粉煤灰主要以球形微珠的形式存在，遍布在混凝土的空隙中，有效改善混凝土的和易性，增加了其密實度。研究了粉煤灰摻量對c50 自密實混凝土的性能影響，粉煤灰摻量30%-40%可以有效改善混凝土的流動性，工作性能有所提高。當摻量超過40%，強度以及耐久性較差。研究了在粉煤灰混凝土中加入硫酸鈉和氯化鈣等活化劑，加快了粉煤灰與石灰間反應，縮短了混凝土固化時間，增強了粉煤灰混凝土的強度。研究了粉煤灰基堿活化混凝土，結果表明鈣基水合產物CSH 凝膠和CASH 與聚合產物NASH 并存，從而使堿活化黏合劑的基質更加致密，裂縫和孔隙空間較小，壓縮強度增加了約52%，吸水性和氯離子滲透率分別減少了35%和78%。

4 結論與展望

我國是以煤炭為主要能源的國家，粉煤灰作為燃煤產物經長期堆積，現積存量巨大，占用大量土地資源并對自然生態環境產生嚴重的影響。粉煤灰資源化利用至關重要，創造經濟效益的同時環境問題得以解決。目前我國粉煤灰主要廣泛應用于建筑建材、農業和陶瓷等低附加值的領域[3]。而在回收粉煤灰中磁珠、氧化鋁及稀有元素等有價組分和制備沸石分子篩、催化劑載體等高附加值利用領域仍處于實驗室研究階段，資源綜合利用率較低。未來粉煤灰利用開發仍需要注意以下幾點：

（1）粉煤灰細化分類，加大對不同煤種和不同燃燒條件產出的粉煤灰特性的研究，根據粉煤灰的物化性質進行細化分類，為日后粉煤灰綜合利用提供科學依據。

（2）我國經濟發展已經入新常態，經濟已從高速度發展向中低速轉化，建筑行業將面臨巨大挑戰，而國內粉煤灰主要應用于建筑材料，會導致粉煤灰在建筑行業中的需求放緩。

（3）我國粉煤灰仍處于低附加值利用階段，粉煤灰中含有豐富的有價元素，是很好的二次資源，回收粉煤灰中的有價組分是實現礦產可持續發展的必要途徑，分離后的粉煤灰綜合性能更佳。

（4）目前，我國粉煤灰高附加值利用領域仍處于試驗探索階段，仍存在技術問題，應加大深入研究力度，逐步向工業化應用邁進。

（5）未來粉煤灰的綜合利用應突破固有的應用結構和途徑，在此基礎上開發更精細化、高端化和高附加值的綜合利用新途徑，優化產業結構，形成粉煤灰綜合利用產業鏈，實現其最大限度的開發和利用。

5 結語

高摻粉煤灰對碾壓混凝土工作性能具有改善作用，隨著粉煤灰摻量的增加，不同齡期（14d、28d 和90d）的混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度均有一定程度的提高，90d 的抗滲性能和抗凍性能均有一定幅度的提升。