建材应用中粉煤灰的机理与具体运用

　　摘 要：我国现阶段能源结构仍然以燃煤为主，煤粉燃烧过程中粉煤灰渣的年排放量可达到 1.5 亿 t.截至 2015年年底，粉煤灰积存量已达到 30.0 亿 t.大量粉煤灰渣积存，严重影响生态环境。如何实现对粉煤灰的合理利用，已成为技术人员高度重视的课题之一。从这一背景入手，针对粉煤灰的物理与化学性质进行简要分析，阐述建筑材料应用领域中粉煤灰的主要机理，分析粉煤灰在建筑材料领域中的应用方向与优势，会对粉煤灰的资源化利用起到一定参考与帮助。
　　
　　关键词：建筑材料；粉煤灰；应用
　　
　　粉煤灰是指煤粉在锅炉燃烧过程中经烟道气带出并通过除尘器收集得到的粉尘物质。 统计：在当前技术条件支持下， 平均每 1.0 t 煤粉在燃烧过程中可生成 250.0~300.0 kg 粉煤灰。 在电力工业快速发展以及电力生产规模不断扩大的背景下，粉煤灰排泄量呈现出了非常显着的增长趋势。 大量的粉煤灰材料若不得到及时且高效的回收利用，将会对生态环境带来非常不良的影响。 目前，粉煤灰已经在土壤改良、废水处理、填充料、炭粒分选、建筑材料生产等多个行业领域中综合利用。 将粉煤灰应用于建筑材料生产领域中，一方面能够实现对粉煤灰的高附加值、大规模综合利用，解决因粉煤灰大量堆存所造成的环境问题；另一方面还能够有效降低建筑领域对不可再生材料的需求， 达到节约资源、控制成本的目的[1]. 从这一角度上来说，建筑材料生产已成为粉煤灰综合利用的最佳途径之一。
　　
　　1 粉煤灰物理与化学性质
　　
　　粉煤灰外观形态与水泥类似，颜色呈灰黑色至乳白色， 不同颜色粉煤灰的含碳量有一定差异，外观颜色也与粉煤灰的细度水平相关。 粉煤灰密度在1.9~2.9 g/cm3,堆积密度在 0.531~1.261 g/cm3,原 灰标准稠度在 27.3%~66.7%,吸水量在 89.0%~130.0%,28 d 龄期抗压强度比在 37.0%~85.0%.
　　
　　粉煤 灰 内 部 主 要 成 分 包 括 SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O 等。 电厂粉煤灰中SiO2构成比为 1.3%~65.76%,Al2O3构成比为 1.59%~40.12%,Fe2O3构成比为 1.5%~6.22%,CaO 构成比为 1.44%~16.8%,MgO 构成比为 1.2%~3.72%,K2O构 成 比 为 1.02%~2.14% ,Na2O 构 成 比 为 1.1% ~4.23%,SO3构成比为 1.0%~6.0%, 烧失量构成比为1.63%~29.97%.
　　
　　2 建材应用中粉煤灰的机理分析
　　
　　从建筑材料生产角度来说，应用粉煤灰主要具有以下几个方面的优势：第一，在建筑材料生产中应用粉煤灰能够与混凝土进行合理搭配。 如在工程实践需填充混凝土裂缝、缝隙时，加入粉煤灰材料不但能够减少填充时的加水量，还对提高混凝土结构内部凝聚力有重要意义；第二，粉煤灰在形成过程中因高温燃烧、熔化、冷却后形成一定的玻璃珠状颗粒，这种特殊理化性质使粉煤灰在应用于建材领域中对降低墙面表面积有重要意义；第三，粉煤灰可利用量巨大。 当前建筑工程建设规模不断发展与扩大，建筑材料的需求量也持续增加。 粉煤灰作为电力行业运行过程中的非常关键的排出物之一，排放量巨大，可以满足建筑材料需求量巨大的要求，并且对减少粉煤灰大量堆积所产生环境问题也有重要意义。
　
　　3 建筑材料中粉煤灰的应用
　　
　　3.1 水泥混合材料应用
　　
　　利用粉煤灰高活性混合材料替代矿渣进行水泥混合料的制备，能够使水泥材料在强度方面得到明显改善。在与矿渣同等掺入量的条件下，掺入粉煤灰生产的水泥混合料标号更高， 对提高水泥强度，改善混凝土拌合性能有积极作用。
　　
　　3.2 混凝土应用
　　
　　粉煤灰是建筑领域一种质量性能非常理想的活性掺和料。 相对于常规掺和料而言，粉煤灰材料具有体积稳定性高、胶凝性好、炭化性好以及耐久性好等诸多优势，在建筑混凝土工程中有着非常良好的应用效果。 实践表明： 将粉煤灰作为活性掺和料，以一定比例掺入混凝土原料内，对改善混凝土原料工作性能、提高其耐久性以及强度水平均有重要意义。加入粉煤灰能够降低水泥原料的使用量，从而达到控制工程造价，节约能源的目的。 具体来说，在混凝土拌合过程中加入粉煤灰能够节约水泥用量 15.0%~40.0%,从而对减少能源消耗、降低二氧化碳排放量有积极作用。 除此以外，混凝土拌和过程中的砂石用量也能够下降 15.0%~20.0%,粉煤灰节能降耗优势非常突出[2].
　　
　　3.3 烧结砖应用
　　
　　传统粉煤灰制砖多采用的是免烧粉煤灰砖或蒸汽制粉煤灰砖，这种粉煤灰砖质量性能存在较大的缺陷，在生产过程中的质量控制存在较大难度，因此在建筑材料领域中的实际应用比较受限。 现阶段在烧结砖领域中对粉煤灰的应用主要集中为高掺量烧结多孔砖以及高掺量粉煤灰烧结普通砖这两种类型。 将粉煤灰应用于烧结砖制备中，能够使生产出的烧结砖具有更为突出的吃灰量，强度较普通砖而言更高， 同时砖自重可下降 1/5 左右。 除此以外，由粉煤灰制备的烧结砖还具有导热系数小、容易干燥等优势。 只要在生产过程中注意对粉煤灰掺入量以及掺入比例的严格控制，就能够最大限度地确保烧结砖的质量性能。
　　
　　3.4 衬砌材料应用
　　
　　将煤渣、石屑以及粉煤灰等材料通过固化剂进行固化处理，形成的衬砌材料能够弥补传统衬砌材料存在的抗冻性能差、早期强度低等问题。 在固化剂的配合下， 粉煤灰作为建筑衬砌材料的制备原料，能够使生产的衬砌材料具有良好的抗冻性能以及防渗能力。 目前，在水利工程领域渠道防渗工程中，此类衬砌材料具有非常良好的应用价值，还在水库加固护坡以及电厂灰坝护坡等工程领域中得到了广泛应用。 粉煤灰的加入除了对提高衬砌材料性能起到了积极作用以外， 还可降低近 1/3 成本造价，因此同样具有良好的经济效益。
　　
　　3.5 生产轻集料、空心砌块
　　
　　对于含有 SiO2以及 Al2O3等元素并且碳含量低于 12.0%的粉煤灰而言，可用于轻集料烧制。 将粉煤灰作为骨料加入外加剂以及水， 可制作成空心砌块。 此类建筑材料具有成本造价低、质量轻、强度高等诸多优势，同时还可将粉煤灰作为骨料，与石膏或细磨生石灰结合，制备的空心砌块还兼具良好的隔热以及隔音效果。
　　
　　3.6 粉煤灰路基填料
　　
　　粉煤灰在粒径参数方面与粉砂高度相似，并且液限可达到 60.0%,有良好的持水能力。 在公路工程路基填筑作业中，对粉煤灰材料的合理应用不但能够解决路基填料不足的问题，还能够发挥粉煤灰在压实性以及含水率方面的优势，提高路基填筑性能。 加之粉煤灰抗碱性能高，因此较少受气候变化的影响，对各种自然条件均有良好的适应性。
　　
　　4 总结
　　
　　将粉煤灰综合应用于建筑材料领域中，能够对生态环境起到明显的改善效应，对解决粉煤灰渣大量积存的问题有重要价值，综合效益突出。 目前，粉煤灰在建筑材料领域中的应用主要集中在水泥、混凝土、烧结砖、衬砌材料、轻集料、空心砌块、泡沫陶瓷以及路基填料这几个方面。 相关工作人员应结合粉煤灰的理化性质进行深入研究与开发，以促进粉煤灰在建筑材料领域获得更为广阔的发展空间与前景。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1] 杨志宾，韩敏芳，王庆云，等。高掺量粉煤灰水泥制备与性能研究[J].稀有金属材料与工程，2008,37（Z1）：637-640.
　　[2] 齐善忠，付春梅，曲肇伟，等。建筑渣土作为道路填筑材料的改性试验研究[J].中外公路，2015,35（1）：262-267.