粉煤灰在水利工程混凝土中的应用

辽宁生态工程职业学院 辽宁沈阳 110122

粉煤灰是从电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，是一种活性火山灰材料，其组成和性能与煤的品种、燃烧条件及收集工艺有关。优质的粉煤灰可改善混凝土拌和物的可泵性、坍落度损失、减少单方用水量等，可降低大体积混凝土的水化热，提高混凝土的抗渗性、耐化学侵蚀性等耐久性能[1]。如今，粉煤灰作为混凝土矿物掺合料的一种，已经成为预拌混凝土中必不可少的重要组分和功能材料。

1 背景资料

（1）粉煤灰的供需现状。随着人们对粉煤灰的研究和应用的深入，粉煤灰应用技术不断成熟，市场对粉煤灰的需求量骤增，时有出现供不应求现象。而电厂又仅把粉煤灰作为一种废弃物进行处理，只考虑满足环保要求，粉煤灰质量往往得不到保证。粉煤灰供应商为了满足供给需求和追求最大经济利益，到处购买导致来源不稳定，或人为混装或加入不明杂质，使粉煤灰品质变化进一步加大。搅拌站使用的粉煤灰的品质往往一直处于波动状态。

（2）GB/T1596-2017 中粉煤灰技术指标包括细度、需水量比、烧失量、含水量、三氧化硫、游离氧化钙、密度、安定性、活性指数等。为了快速检验，通常搅拌站在粉煤灰进场检验时，会对每车粉煤灰先进行细度和需水量比检验，检验合格先放行接收，后续对其他指标进行检验[2]。实际上投机分子可通过后期加工的方式，造成有些造假灰的细度和需水量比都会合格，而后续其他指标检验可能出现不合格现象，或实际生产中发现新拌混凝土坍损大、有氨味或冒泡冒黑油现象等。

2 粉煤灰的分类

依据粉煤灰化学组成的差异性，粉煤灰可被分为多种类型。我国依据粉煤灰中氧化铝含量的不同将粉煤灰分为高铝粉煤灰和普通粉煤灰。高铝粉煤灰中Al203含量占45%-65%，Al203和Si02总含量在80%左右；普通粉煤灰中Al203含量通常低于27%，Si 含量在50%左右。美国材料与试验协会（ASTM）根据粉煤灰中氧化物及烧失量差异将粉煤灰划分为C型和F型粉煤灰，F型粉煤灰中的cao 含量一般介于1%-12%，原料主要为烟煤或无烟煤，而C型粉煤灰中的cao 含量高达30%-40%，原料主要为褐煤或亚烟煤。保加利亚学者Vassilev 依据粉煤灰中氧化物含量及应用途径将粉煤灰分为硅铝质、钙硅铝质、铁硅铝质及铁钙硅铝质4 种类型的粉煤灰。

3 粉煤灰在混凝土中的应用

粉煤灰因具有火山灰活性常用于与砂石和水泥混合制备混凝土。研究表明，在混凝土配料中加入一定比例的粉煤灰制备的混凝土强度大，抗渗性和耐腐蚀性都有所提高。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，增加了其密实度。研究了粉煤灰掺量对c50 自密实混凝土的性能影响，粉煤灰掺量30%-40%可以有效改善混凝土的流动性，工作性能有所提高。当掺量超过40%，强度以及耐久性较差。研究了在粉煤灰混凝土中加入硫酸钠和氯化钙等活化剂，加快了粉煤灰与石灰间反应，缩短了混凝土固化时间，增强了粉煤灰混凝土的强度。研究了粉煤灰基碱活化混凝土，结果表明钙基水合产物CSH 凝胶和CASH 与聚合产物NASH 并存，从而使碱活化黏合剂的基质更加致密，裂缝和孔隙空间较小，压缩强度增加了约52%，吸水性和氯离子渗透率分别减少了35%和78%。

4 结论与展望

我国是以煤炭为主要能源的国家，粉煤灰作为燃煤产物经长期堆积，现积存量巨大，占用大量土地资源并对自然生态环境产生严重的影响。粉煤灰资源化利用至关重要，创造经济效益的同时环境问题得以解决。目前我国粉煤灰主要广泛应用于建筑建材、农业和陶瓷等低附加值的领域[3]。而在回收粉煤灰中磁珠、氧化铝及稀有元素等有价组分和制备沸石分子筛、催化剂载体等高附加值利用领域仍处于实验室研究阶段，资源综合利用率较低。未来粉煤灰利用开发仍需要注意以下几点：

（1）粉煤灰细化分类，加大对不同煤种和不同燃烧条件产出的粉煤灰特性的研究，根据粉煤灰的物化性质进行细化分类，为日后粉煤灰综合利用提供科学依据。

（2）我国经济发展已经入新常态，经济已从高速度发展向中低速转化，建筑行业将面临巨大挑战，而国内粉煤灰主要应用于建筑材料，会导致粉煤灰在建筑行业中的需求放缓。

（3）我国粉煤灰仍处于低附加值利用阶段，粉煤灰中含有丰富的有价元素，是很好的二次资源，回收粉煤灰中的有价组分是实现矿产可持续发展的必要途径，分离后的粉煤灰综合性能更佳。

（4）目前，我国粉煤灰高附加值利用领域仍处于试验探索阶段，仍存在技术问题，应加大深入研究力度，逐步向工业化应用迈进。

（5）未来粉煤灰的综合利用应突破固有的应用结构和途径，在此基础上开发更精细化、高端化和高附加值的综合利用新途径，优化产业结构，形成粉煤灰综合利用产业链，实现其最大限度的开发和利用。

5 结语

高掺粉煤灰对碾压混凝土工作性能具有改善作用，随着粉煤灰掺量的增加，不同龄期（14d、28d 和90d）的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均有一定程度的提高，90d 的抗渗性能和抗冻性能均有一定幅度的提升。