《毕业论文粉煤灰的综合处理和应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文粉煤灰的综合处理和应用.doc（26页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、粉煤灰的综合处理和应用The integrated treatment and application of flyash专业：07环境工程姓名：王 晶学号：200710220127指导老师：徐 玉 欣景德镇陶瓷学院材料学院二零零九年十二月四日中文摘要伴随着电力和热力工业的发展，每年我国粉煤灰排放量已达到1.2亿吨之多。经过多年努力，我国粉煤灰综合利用取得了显著成绩，综合利用率逐年提高。为进一步提高我国粉煤灰综合利用率和综合利用经济效率，本文对我国粉煤灰综合利用进行了全面分析，重点分析了粉煤灰在建筑工程、墙材、污水处理的应用，并对粉煤灰烧结陶粒和蒸制粉煤灰砖工程进行了初步技术经济分析。粉煤灰是
2、多种物质的混合物，有着广泛的用途。依据粉煤灰的物理、化学性质和粉煤灰各种用途经济效果的分析，本文提出我国粉煤灰综合利用政策应该是，将粉煤灰优先用于建筑工程，重点发展粉煤灰为原料的墙材生产，因地制宜地开展粉煤灰用于水泥生产，逐步推进化学工业、污水处理的应用。对粉煤灰用于建筑工程、墙材和污水处理混凝剂技术原理、国内发展现状和前景等，进行了具体分析。关键词：粉煤灰、粉煤灰综合利用、建筑工程、墙材生产、污水处理AbstractAs the development of power and heating power industry in our country,the putout of flyas
3、h is bigger and bigger,as ever to be 0.12 billion ton per year.Recently,as the efforts of our country and enterprises andR&Dinstitutions，the rate of reusing of flyash is higher and higher,but it still is not high-level.To raise the rate of the reusing of flyash,this paper analyzes the application on
4、 reusing of flyash in construction and wall material and sewage disposal,and takes technological and economical analysis on the projects of cementation ceramicist and steam brick by making use of flyash. Not only can the reusing of flyash solve the problem about pollution,meanwhile,it also is able t
5、o make products by reusing flyash.Based on the analysis of the character of flyash,this paper provides that flyash should be used in construction firstly and wall material producing in priority and other producing such as wall material and sewage disposal gradually.At the same time,the view that thi
6、s paper provides an deep analysis about it.Key words: flyash、reusing of flyash、construction、wall material、sewage disposal目 录中文摘要1Abstract2第一章 绪论4第二章 粉煤灰的综合利用42.1粉煤灰的产生42.1.1粉煤灰的形成42.1.2粉煤灰的排放52.1.3粉煤灰的分类52.2粉煤灰的组成与性质62.2.1粉煤灰的组成62.2.2粉煤灰的物理性质72.2.3粉煤灰的化学性质72.2.4粉煤灰的活性82.3粉煤灰综合利用分析82.3.1用于生产混凝土、水泥、砂浆
7、82.3.2用作土建原料、建材生产92.3.3用作环保材料处理污水9第三章粉煤灰用于建筑工程93.1粉煤灰混凝土93.1.1粉煤灰在高性能混凝土中的作用机理103.1.2粉煤灰加气混凝土113.2粉煤灰水泥和粉煤灰砂桨113.2.1粉煤灰水泥113.2.2粉煤灰砂浆133.3粉煤灰回填土133.3.1回填对粉煤灰的要求143.3.2粉煤灰建筑回填问题14第四章粉煤灰用于墙材生产154.1粉煤灰烧结墙材154.1.1粉煤灰烧结砖164.1.2粉煤灰陶粒174.2粉煤灰蒸养墙材184.2.1粉煤灰蒸养砖184.2.2粉煤灰砌块194.2.3粉煤灰轻质板材20第五章 粉煤灰用于污水处理215.1 粉
8、煤灰用于混凝剂的制备215.1.1 制备原理215.1.2 制备工业225.2 发展前景24第一章 绪论随着我国经济的不断发展，对电力和热力的需求不断增长，现在全国火电装机容量已达2亿kW以上。伴随着电力和热力工业的发展，粉煤灰排量也日益增加，现在每年的排量达到1.2亿t之多，如果不进行利用，其堆置用地达2万亩以上，同时粉煤灰堆场流出的废水，污染农田；渗入地下，污染地下水；扬起粉尘，污染空气。目前，世界各国都很重视粉煤灰的资源化利用，所谓粉煤灰的资源化是指将其视为资源而不再是废弃物，采取工艺技术回收利用。一些发达国家粉煤灰资源化率相当高，如荷兰达到100%，意大利92%，丹麦90%，比利时73
9、%。美国将粉煤灰列在主要固体资源中的第7位，排在矿渣、石灰和石膏之前。粉煤灰综合利用的方针是坚持以用为主的指导思想，实行因地制宜，多种途径，各方协作，鼓励用灰和谁排放，谁治理，谁利用，谁受益的原则，不断扩大利用范围，增加利用量，提高利用率。”通过进行粉煤灰综合利用，如粉煤灰用于道路的路面基层、道路回填等，既可以大量使用粉煤灰，又可以降低工程造价；又如建筑工程中利用粉煤灰配置砌筑砂浆，抹灰砂浆等，既可提高质量，又可减少成本；再如水坝工程、桥墩、水电站工程等大体积砼（即混凝土）采用粉煤灰，既可节约水泥、改善砼质量，提高抗侵蚀能力，又可降低大体积砼的温升值、简化温控措施和降低造价；如粉煤灰用于粉煤灰
10、烧结砖，在粘土砖或页岩砖中加入30%50%的粉煤灰，经烧制成为烧结砖，这样既可以大量使用粉煤灰，节约能耗，又可以减少破坏耕地，降低砖的能耗。又如利用粉煤灰制成混凝剂和多孔结构，从而用于污水的处理。粉煤灰的综合利用可以节能、节水、节土、利废、保护环境，具有很大的经济、环境和社会效益。第二章 粉煤灰的综合利用2.1粉煤灰的产生2.1.1粉煤灰的形成粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料。将煤炭磨制成100?以下的煤粉，用预热空气器喷入炉膛在13001500下悬浮燃烧，产生的高温烟气经收尘装置捕集而得到的150?的微细球形颗粒（一般为灰白色或黑色）称为粉煤灰。由上可知，粉煤灰实际上是
11、煤炭经磨制后燃烧所得到的灰渣，或者准确的说是灰渣的一部分。煤炭是由各种物质组成的，除了大部分可燃烧物质外还包括一部分不可燃烧的矿物质，这部分不可燃烧的矿物质一般统称为煤的灰份。煤的灰份主要来源于生成煤的植物所固有的矿物杂质，以及因地壳变化随植物带入的泥砂杂质。这部分灰份是经过碳化后与可燃物质化合在一起而存在的，但是经过高温燃烧后可以分解析出。另外，煤在开采和运输过程中，还混入一些矸石、页岩、岩石等杂质，这些杂质也是煤的灰份的一部分。送入锅炉内的煤粉所含的灰份，在煤粉燃烧后都要通过不同形式排出来，从锅炉排出的灰渣量理论上应该等于送入炉内的燃煤中所含的灰份量。但是由于煤在燃烧过程中，总有一部分固态
12、的可燃物质（即固定碳）没有燃烬，并化合于灰渣中，因此，锅炉实际排出的灰渣量往往大于送入炉内的燃煤中所含的灰份量。前面曾提到粉煤灰只是灰渣的一部分，实际上锅炉排出的灰渣大体上可分为飞灰和炉渣两部分。煤粉炉为悬浮燃烧，燃烧后残留的灰渣大部分是以极小的颗粒形态存在，并随着烟气的流动离开炉膛，通常将这部分灰称为飞灰（FLYASH），也就是习惯所称的粉煤灰。少部分残渣是以稍大的颗粒形态落下，从炉膛下部的灰斗排出，通常将这部分渣称为炉渣。（炉渣也是可以进行综合利用的，例如用作制砖内燃料、筑路、屋面保温材料、做硅酸盐制品的骨架等。）本文综合利用管理研究的对象粉煤灰实际上指的就是飞灰。2.1.2粉煤灰的排放粉
13、煤灰的排放方式大体上可以分为干法排灰、湿法排灰两者种方式。采用哪一种除灰方式，由灰渣量、灰渣性质、自然条件、环保要求和灰渣去向等条件决定。老电厂多采用水力除灰方式，新建电厂都是大型装机，一般采用干法排灰。1、湿法排灰湿法排灰是以水为介质，通过管道和灰浆泵，利用高压水力把粉煤灰输送到贮灰场或填埋场。水力除灰的特点是对输送不同的灰渣适应性强，运行比较安全可靠，操作维护简便，并且在输送过程中灰渣不会扬撒，我国多数中小型电厂都采用此种除灰方式。但是，灰水pH值一般均超过环保法规的限度，不允许从灰场向外直接排放，不论采取回收或处理措施，都需要很高的设备投资和运行费用。2、干法排放气力除灰是以空气为介质，
14、将收集到的飞灰直接输入灰仓。气力除灰的特点是干灰呈松散状态，流动性好，易于装卸和吹送，输送设备简单。气力除灰输送的距离短，一般在电厂设贮灰库，用槽罐车将干灰从灰库运往粉煤灰综合利用企业。2.1.3粉煤灰的分类通常粉煤灰可分为原状灰和加工灰两种：1、原状灰是指从锅炉排出后未经加工的粉煤灰，根据排灰工艺可分为湿灰和干灰。（1）湿灰：除尘器收集的用水力排放的粉煤灰。（2）干灰：除尘器收集的含水率小于1%的粉煤灰。2、加工灰是指为便于粉煤灰资源化利用而采用某种工艺进行加工，使其达到使用要求的粉煤灰。加工灰目前有磨细灰、分选灰、调湿灰、漂珠等。（1）磨细灰：经磨细加工，达到使用要求的粉煤灰。（2）分选灰
15、：经过分选处理后，得到符合使用质量标准的粉煤灰。（3）调湿灰：装置了调湿设备，保持含水率在10%20%的粉煤灰。（4）漂珠：从粉煤灰中提取的，密度小于1g/cm3的空心球形颗粒。2.2粉煤灰的组成与性质2.2.1粉煤灰的组成煤粉燃烧的完全程度取决于锅炉效率和操作水平，而且即使在同一台锅炉中，由于炉膛温度并不是十分均匀的，粉煤灰烧成的条件也不完全相同，因此粉煤灰存在着很大的不均匀性、差异性和多变性。粉煤灰是一些矿物组成不同、粒径粗细不同、颗粒形态不同、各种颗粒组合的比例不同的机械混合物。在锅炉操作时，煤粉与高速气流混合在一起喷入炉膛的燃烧带中，可燃物质绝大部分得到了充分的燃烧，其余部分在粉煤灰中
16、以碳粒形式存在。与此同时，煤粉中的灰分被析出，并且发生了一系列的反应和变化。含水的矿物如黏土、石膏等一一脱水，碳酸盐中的二氧化碳与硫化物中的二氧化硫和三氧化硫排出，还有碱在高温下挥发。其中，较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融，到了炉膛外面，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠的形态保持下来，成为玻璃微珠。煤粉的粒子越细，越容易成球。其中有些熔融的微珠内部，截留了炉内气体，形成了空心玻璃微珠。另有一些微珠，团聚在一起或粘连在一起，就形成了不规则玻璃体。可是也有一些来不及完全变成液态的粗灰，结果变成了渣状多孔玻璃体（海绵状玻璃）。在冷却过程中，也有一些冷却比较缓慢而再结晶的矿物以及在颗
17、粒表面上生产的结晶矿物和化合物，也有一些独自存在的未熔融的石英矿物。1、碳粒碳粒呈黑色，弱金属光泽，其外表有数种形态，大颗粒一般浑圆状、蜂窝状和多孔状为主，小颗粒以片状为主，其他还有少量角粒状等。粒径为0.20.5mm。碳粒由无定形碳、石墨和含有硅铝的玻璃质三相组成。多孔状的碳粒燃烧比较充分，属于无定形碳。颗粒状角砾状碳由于没有燃烧，属于石墨状原生煤态。2、空心玻璃微珠（又称漂珠）空心玻璃微珠的总体外观呈白色，微带灰，呈球状，中空，多为单个的球体，也有少数单晶相连的复珠。由于置于水中能浮在水上故称漂珠。空心玻璃微珠的物相主要有两种，一种为非晶态的玻璃相，是主要物相；另一种为析晶的莫来石，分布在
18、珠壁上。空心玻璃微珠的熔点为1620。爆裂起始温度为160，最高峰值可达330。光学显微镜下呈现透亮者多为空心微珠。空心玻璃微珠可有浮选法分离。3、厚壁及空心微珠（又称沉珠）厚壁微珠外观呈灰色，其形态与空心玻璃微珠的形态相同，玻壁上常有莫来石析晶。常因壁厚和莫来石析晶过多而比重增大，沉于水底，故称沉珠。它的物相主要是玻璃相和莫来石。实心玻珠和厚壁玻珠不同处室不具中空现象。无色透明者较多，也有少量因含杂质而呈黄褐至褐红色，其物相主要是玻璃相和磷石英等。这两类为主的粒径大多比空心玻珠小。厚壁微珠的起爆温度亦为160，但最高温度可达386，而实心玻珠则无爆裂现象。厚壁微珠和实心为主的圆形度、光滑度及
19、粒度略低于空心微珠，他的粘连体较多，这与它的形成条件有关。4、铁珠（又称磁珠）铁珠的外观多呈黑色，具有弱金属光泽，球状，可用磁选法选出，也称磁珠。其粒径多在50?左右，比重大于4，比表面积很小。铁珠的物相组成较复杂，主要有磁铁矿、赤铁矿、方铅矿、褐铁矿、玻璃等。粉煤灰中的氧化铁大多富集于铁珠中。其形状不易与其他微珠区别，在反光显微镜下呈现黑色球状的是铁珠。5、不规则玻璃体和多孔玻璃体不规则玻璃体是粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘连体颗粒组成。有的粘连体断开后，其外观和性质与各种玻璃球形体相同，其化学成分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝。具有较大的比表面积，易粘附其
20、他碎屑。比重较小，熔点比其他微珠偏低。其颜色有乳白至灰色不等。一般硅、铝、铁的含量分别在73%、21%和3.1%左右。在扫描式电子显微镜下可以比较容易地观察到不规则玻璃体和多孔玻璃体的存在。除以上5种典型颗粒外，尚有少量的石英和单独的赤铁矿等。2.2.2粉煤灰的物理性质粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、细度和比表面积、需水量等，这些性质是化学成分及矿物质组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范围很大，这就决定了其物理性质的差异也较大。粉煤灰的物理性质中，细度是比较重要的一项，它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后
21、期的反应。粉煤灰颗粒细度与磨制的煤粉细度有关，一般来说，设备相对落后的老电厂粉煤灰细度较粗，而使用电收尘器的新建电厂，粉煤灰细度较细。要搞清所用粉煤灰的细度，只有通过实测才能确定。作为一般规律，粉煤灰的细度通常是88?筛孔余量10%30%，其中20.5颗粒占65%70%，0.050.005颗粒占30%35%，小于0.005的微小颗粒仅占2%3%粉煤灰的密度和堆积密度反映其空心玻璃微珠及多孔玻璃体的含量。当含量大时，堆积密度较小。粉煤灰需水量比是按规定的水泥标准砂浆流动性试验方法，以30%的粉煤灰取得硅酸盐水泥是所需的水量与硅酸盐水泥标准砂浆需水量之比。这个性质能在一定程度上反映粉煤灰物理性质的
22、优劣。最劣粉煤灰的需水量比往往高达120%以上，优质粉煤灰则可能在90%以下。2.2.3粉煤灰的化学性质粉煤灰的化学成分与煤粉的各种物质成分有关，主要成分为二氧化硅（SiO2），三氧化二铝（Al2O3），三氧化二铁（Fe2O3），氧化钙（CaO），未燃尽的碳（烧矢量），还有少量的镁（Mg）、钛（Ti）、钾（K）、磷（P）等氧化物。氧化硅、氧化铝、氧化钛等来自砂、黏土、页岩和板岩。氧化铁主要来自煤中所含的黄铁矿（FeS2）燃烧后形成的褐铁矿（FeO）、赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）。氧化钙、氧化镁来自矿物质中的碳酸盐、硫酸盐。2.2.4粉煤灰的活性粉煤灰的活性包括化学活性和物理活性两
23、个方面。化学活性是指粉煤灰中的可溶性和可溶性等成分在常温下与水和石灰石进行化学反应，生成水化硅酸钙和水化硅铝酸钙凝胶体，从而使其在空气中或水中进行硬化产生强度的性质。物理活性是指促进硅酸盐制品的胶凝活性和改善制品的性能（如强度、抗渗性、耐磨性等），是早期活性的主要来源。粉煤灰的活性主要来自活性SiO2（玻璃体SiO2）和活性Al2O3（玻璃体Al2O3），在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利成分。粉煤灰
24、中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成较多的玻璃体，在水化反应中会促进碱硅反应。但MgO含量过高时，对安定性等带来不利影响。粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，使一种惰性物质，不仅对粉煤灰的活性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。过量的Fe2O3对粉煤灰的活性也不利。2.3粉煤灰综合利用分析粉煤灰综合利用是指将粉煤灰视为资源而不再是废弃物，采取工艺技术回收利用。煤粉经燃烧形成粉煤灰后颗粒变小，孔隙率提高，比面积增大，活性程度和吸附能力增强，电阻值加大，耐磨强度变高，三维压缩系数和渗透系数变小。粉煤灰所具备的多方面性质决定了其可以被再利用，而且综合利用途
25、径十分广泛。2.3.1用于生产混凝土、水泥、砂浆粉煤灰中含有大量活性SiO2、Al2O3和CaO等组分，当掺入少量生石灰和石膏时，可生产无熟料水泥，也可掺入不同比例的熟料生产各种规格的水泥。粉煤灰水泥具有水化热低、抗渗性和抗裂性好，对硫酸盐侵蚀和水侵蚀具有抵抗能力等特点。其次，可以用粉煤灰代替水泥配制粉煤灰砂浆和混凝土，不仅可以降低成本、节约水泥，同时可改善砂浆的稠度、方便施工操作，也可改善混凝土性能、提高混凝土制品质量和工程质量。由于粉煤灰的固有活性，它能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢进行“二次反应”，在表面形成一火山灰质反应物，与水泥浆硬化体晶格坚固地结合，进而增长长龄期强度，提高混凝
26、土的抗渗性和耐久性。2.3.2用作土建原料、建材生产粉煤灰可代替传统的砂、土或其他填筑材料，作为道路、机场等交通工程中的填筑材料使用，其原因为渗透性好、密度较小、稳定性好、粒径适中、压缩系数小。由于粉煤灰类似黏土的性质，使其可替代黏土用于生产建材产品，如烧结、蒸养砖、砌块、陶粒等。另外，还可利用粉煤灰中的未燃尽碳，从而代替部分煤。2.3.3用作环保材料处理污水粉煤灰中含有SiO2、Al2O3和CaO等活性组分，可制备混凝剂和多孔结构的物质从而处理废水。粉煤灰中含有沸石、莫来石、碳粒、硅胶等，具有吸附脱色作用和无机离子交换特性，可处理电镀废水与含重金属离子废水。除此之外，粉煤灰还可广泛用于有机废
27、水、制药废水、造纸废水的处理等。第三章粉煤灰用于建筑工程3.1粉煤灰混凝土在前面叙述粉煤灰的特性时提到粉煤灰具有火山灰活性。所谓“火山灰活性”是指其能在常温下与石灰起化学反应生产具有胶凝性能的水化产物的性能。由于硅酸盐水泥在水化过程中要产生游离石灰（以氢氧化钙的形式存在），对混凝土性能弊多利少而粉煤灰的火山灰活性使其能与这些游离石灰结合成新的胶凝物质，制成比普通混凝土性能优良的优质混凝土。因此，在混凝土中掺入粉煤灰，不但能部分代替水泥，降低工程造价，而且能改善和提高混凝土的性能，是高性能混凝土的理想掺合料。在现代混凝土中，粉煤灰已经与水泥、集料、水、外加剂的混凝土。它以优异的耐久性为主要特征，
28、也就是说，任何强度等级的混凝土都可以做成高耐久性混凝土。3.1.1粉煤灰在高性能混凝土中的作用机理过去，经常认为粉煤灰只是一种节约水泥的混合材，掺入粉煤灰将是混凝土强度降低，以至于人们总是以消极的态度对待粉煤灰在混凝土中的应用，认为在混凝土中掺入粉煤灰是以降低强度为代价的。但是，自从20世纪80年代后期高性能混凝土开始发展并获得广泛应用后，粉煤灰的作用发生了变化。高性能混凝土的特点是：胶凝材料用量大，水胶比低，利用高效减水剂来获得较大的流动性。在这种混凝土中，如果不掺粉煤灰，由于拌和用水量小，使早期水泥水化的水分不足，不能充分发挥全部胶凝材料的活性作用，而且由于会产生较大的水化热，不利于形成完
29、好、密实的混凝土结构。掺入粉煤灰后，正好解决了上述问题，也就是说，掺入粉煤灰可以改善早期水泥的水化条件，提高混凝土的工作性，改善水泥与外加剂的相容性，降低水化热，使混凝土形成密实的内部结构。因此，粉煤灰不是水泥的代替物，而是混凝土的一个独立组分，使用它的目的在于提高混凝土的某一种或某一些重要性能。对于粉煤灰在高性能混凝土中的作用机理，清华大学土木工程系覃维祖教授通过研究作出如下解释：长期以来，混凝土通常是在水灰比（或水胶比）相当大的条件下制备的（例如W/C0.6），这时浆体中水分所占体积大约为2/3，而悬浮在其中的水泥颗粒仅占1/3，因此需要大量的水化生产物填充于骨料与水泥颗粒的间隙，才能将其
30、粘结为一个整体。在这种情况下，水泥的水化活性是决定因素；水化活性越大，意味着水化速率越快，水化生成物越多，胶凝性能也越好，活性高的水泥有充分水化条件，生成的大量的胶凝与结晶，满足填充空隙的能力。粉煤灰与水泥水化放的氢氧化钙反应，形成低钙C-S-H的过程本来就缓慢，要37d才开始；加上氢氧化钙通过表面水化生产物层向内部扩散十分困难，因此在混凝土拌和后相当长时间里，粉煤灰的水化产物依然不多，填充空隙的能力差，宏观表现为混凝土强度在一定龄期内随粉煤灰掺量增大呈线性下降。在混凝土拌合物的水胶比（或水灰比）可以大大降低的情况下（例如W/C0.30），水泥颗粒或水泥与掺合粒颗粒的间距明显减小，需要填充空隙
31、的水化生成物量也随之大大减少。高活性的水泥与掺合粒迅速地水化，很快地消耗掉体内本来较少的水分，因此，供水不足成为影响它们充分水化的主要矛盾。当然如果能及时从外界补充水分，体内缺水可以缓解，然而实际情况是通常不可能及时而充分地补充水分；同时，在低水灰比情况下混凝土泌水明显减少乃至基本消失，体内的毛细孔在很多时间里被水化生产物填充而阻塞，使外界水分也没有进入混凝土的通道，致使水泥与掺合料无法充分水化，留下大量未水化的颗粒内芯。虽然内芯与水化产物的界面粘结强度很好，但因为硬化水泥浆体内大量微孔缺水，会使其自身收缩明显增大，加上由于早期温升加剧导致较大的温度收缩。在这种收缩变形、环境温湿度变化、荷载等
32、因素形成的应力叠加作用下，混凝土的微结构和性能产生不利的变化，其中最常见的现象就是宏观裂纹，外界水分和侵蚀性介质沿裂缝侵入，并逐渐延伸、扩展，给本来密不透水的混凝土结构带来危害。掺入粉煤灰后以上问题得到了解决。由于粉煤灰水化缓慢，混凝土拌合物的初始水灰比实际要大得多（水胶比一定的条件下，粉煤灰掺量越多，它自然也就越大），这时高活性水泥的水化显然要比不掺粉煤灰的低水胶比的混凝土中的水化迅速而充分，产生大量的水化生产物去填充相对较小的空隙，释放出的氢氧化钙则提供粉煤灰后续的水化，使混凝土随龄期增长日益密实，水泥石和骨料的界面得到显著加强（过渡区薄弱的氢氧化钙结晶大大减少），因此获得良好的力学性能和
33、耐久性。虽然在拌和时，一部分水分会为粉煤灰所吸附，但是，在水泥水化消耗水分形成的湿度梯度作用下，粉煤灰内的水分会不同程度地倒汲出，对水泥的继续水化起了一种“内养护”的作用，这远比通常的外部养护作用更大、更均匀。3.1.2粉煤灰加气混凝土粉煤灰加气混凝土是以钙质材料和粉煤灰为基本组分，以化学发气方法形成多孔结构，通过蒸压养护获得强度的轻质人工石材。从宏观物理组成看，它的大量的细小均匀的气孔结果说明它属于多孔混凝土一类；从它的基本组成材料和这些材料之间的水化反应及生产物来看，它属于硅酸盐混凝土；从它获取强度的方法来看，它是蒸压养护制品；从它的多孔结构形成的方法来看，它属于材料组分之间通过化学反应产
34、生气体，即所谓“加气”，而不是外加泡沫。因此，粉煤灰加气混凝土是一种以粉煤灰为主要原料、采用特殊化学发气方法形成多孔结构的蒸压多孔硅酸盐混凝土。粉煤灰加气混凝土的技术经济特点主要是：1、重量轻加气混凝土的干体积密度相当于黏土砖的1/3左右，普通水泥混凝土的1/5左右，也低于一般轻骨料混凝土。因而采用加气混凝土作墙体屋面材料可以大大减轻建筑物自重，进而也就可以减少建筑物的地震力，减少建筑物基础、梁、柱等结构的尺寸，可以节约建筑材料和工程费用。2、保温性能好由于加气混凝土内部含有大量的气泡和微孔，因而有良好的绝热性能。，绝热能力为黏土砖的34倍，为普通混凝土的48倍。3、具有可加工性加气混凝土不仅
35、可以在工厂内生产出多种规格，还可以像木材一样地进行锯、刨、钻、钉，因而能在使用现场根据实际需要进行再加工。3.2粉煤灰水泥和粉煤灰砂桨3.2.1粉煤灰水泥粉煤灰主要由活性SiO2和Al2O3等组成，因此它可主要用于粉煤灰水泥的混合材料，同时也可代替黏土组分进行配料，用于水泥的生产；另外，还有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的混合材可以按规定掺入部分粉煤灰。1、粉煤灰用于通用水泥混合材料粉煤灰硅酸盐水泥是1977年修订水泥标准时从火山灰水泥中划分出来的一种通用水泥。粉煤灰硅酸盐水泥的定义为：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰
36、水泥）。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%40%。粉煤灰水泥经过几十年的试验研究和生产应用，已大批量稳定生产，成为我国目前六大水泥品种之一。另外，根据普通水泥、矿渣水泥和复合水泥标准的规定，粉煤灰可以作为3种水泥的混合材普通水泥的活性混合材；矿渣水泥中的部分矿渣混合材；与其他一种或数种混合材料复合，作为复合水泥的混合材。2、粉煤灰用于生产粉煤灰特种水泥（1）粉煤灰砌筑水泥砌筑水泥是用于砌筑砂浆或抹面砂浆的一种低标号水泥。我国于1997年修订的砌筑水泥的国家标准GB31831997规定：“凡由一种或一种以上的水泥混合材料加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的和易性较好的水硬性胶凝材料，
37、称为砌筑水泥。”粉煤灰砌筑水泥还有少熟料粉煤灰水泥、无熟料粉煤灰水泥、纯粉煤灰水泥。少熟料粉煤灰水泥是以粉煤灰为主要原料，加入少量熟料与石膏（有时也加入部分石灰或矿渣）共同磨细而成的水硬性胶凝材料。无熟料粉煤灰水泥（又称石灰粉煤灰水泥）是以粉煤灰为主要原料，配以适量石灰、石膏（有时加入部分化学外加剂或矿渣），共同磨细而成的水硬性胶凝材料。生产这种水泥不需要煅烧用的窑炉，工艺简单、投资少、成本低。也可用于生产蒸汽养护的非承重构件。无熟料粉煤灰水泥的配比也需根据原材料的具体情况通过试验确定，一般波动范围大致为：粉煤灰65%70%，石灰25%30%，石膏3%5%。纯粉煤灰水泥是指燃煤电厂燃料煤中Ca
38、O含量较高，或采用炉内增钙方法，即在磨煤粉的同时加入一定量的石灰石或石灰，混合磨细后进入锅炉内燃烧，在高温条件下，部分石灰与煤粉中的硅、铝、铁等氧化物发生化学反应，生成硅酸盐、铝酸盐等矿物。收集下来的粉煤灰具有较好的水硬性，再加入少量石膏做激发剂，共同磨细后可制成水硬性胶凝材料，称为纯粉煤灰水泥。因为炉内增钙会影响锅炉的正常燃烧，所以除非燃料煤本身含CaO较高时，可利用其粉煤灰生产纯粉煤灰水泥外，一般不提倡用炉内增钙的方法来生产纯粉煤灰水泥。（2）粉煤灰低热水泥中国建材研究院研制成功的粉煤灰低热水泥是用粉煤灰、矿渣和少量硅酸盐水泥熟料、硬石膏配制的。这种水泥的特点是熟料用量少，粉煤灰掺量多，具
39、有水化热较低，微膨胀等特性。3、用粉煤灰配制烧水泥熟料生产特种水泥（1）低温合成早强粉煤灰水泥低温合成早强粉煤灰水泥是将粉煤灰、磨细生石灰及晶种混合，加水消解后，经轮碾、成型、蒸汽养护78h后，再通过700850的低温煅烧，最后再加入5%7%石膏，共同粉磨成水泥。在混合料中加入晶种，是为了在蒸养过程中促进水化物生成和改变水化物的生成条件，对提高水泥的强度有一定作用。晶种可采用蒸养硅酸盐碎砖或低温合成粉煤灰水泥生成过程中的蒸养料，加入量为2%左右。低温合成早强粉煤灰水泥的性能，具有凝结快和早强的特点，其缺点是抗大气稳定性较差，易碳化，后期强度增长小等。低温合成早强粉煤灰水泥还可以外掺30%硅酸盐
40、水泥熟料和适量煅烧石膏共同粉磨制成喷射水泥，用于各种坑道、隧道、地下工程等喷锚支护施工中。（2）粉煤灰彩色水泥粉煤灰彩色水泥是以低温合成粉煤灰水泥为基料，再掺加颜料而成。这种水泥是以75%左右的粉煤灰掺入少量激发剂，以水热合成、低温煅烧成熟料，加入适量石膏，共同粉磨而成的新品种水泥。由于采用了一定的制作工艺，低温合成粉煤灰水泥具有一定的白度，所以，掺加颜料后可制成彩色水泥。彩色粉煤灰水泥时物美价廉的中、低档墙面装饰材料，使综合利用粉煤灰的一种有效途径。另外，有的利用经过处理后的粉煤灰和有色金属氧化物及工业下脚料进行配料，直接烧成粉煤灰彩色熟料，经磨细或在粉磨中进一步处理后称为彩色水泥。用这种方
41、法生产的水泥颜色美观，不因外界因素影响而发生颜色等化学变化，是一种较好的装饰材料。3.2.2粉煤灰砂浆为了解决利用较高标号的水泥配制较低标号砂浆存在的水泥浪费和技术不合理的问题，经研究采用廉价的粉煤灰代替部分代替水泥配制了粉煤灰砂浆，不仅降低了成本，同时改善了砂浆的稠度，方便了施工操作。粉煤灰水泥砂浆主要用于内外墙面、踢脚、窗口、沿口、勒脚、磨石地面底层及墙体勾缝等装修工程以及各种墙体砌筑工程；粉煤灰混合砂浆主要用于地面上墙体的砌筑和抹灰工程；粉煤灰石灰砂浆主要用于地面以上内墙的抹灰工程。1、粉煤灰砂浆粉粉煤灰砂浆粉是一种以粉煤灰为主要原料，配以适量的生石灰、生石膏、晶坯制成的，广泛用于建筑砂
42、浆的建筑胶凝材料。其主要功能是代替石灰和节约水泥，是一个技术成熟，投资省、效益好的大宗利用粉煤灰的项目。2、双灰粉砂浆双灰粉砂浆是一种在粉煤灰中参入适量生石灰共同磨细而成的一种水硬性胶凝材料。用它代替石灰膏可配制成各种不同标号的砌筑砂浆和抹灰砂浆。双灰粉砂浆均质性好，和易性好，着面力强，适应性强，便于施工，可保证工程质量。应用双灰粉配制砂浆，不仅可节约大量的水泥、石灰、降低砂浆造价、经济效益显著，而且能综合利用大量的粉煤灰，有明显的社会效益和环境效益。3、双粉砂浆双粉砂浆是用粉煤灰代替部分胶凝材料和细集料，用石粉代替部分或全部砂子，与水泥、石灰一起制成的粉煤灰、石粉砂浆（简称“双粉砂浆”）双粉
43、砂浆中的粉煤灰为工业废料，石粉一般为下脚料。两者如不利用，不仅占地，而且污染环境，将两者用于配制双粉砂浆可变无用为有用，节约天然资源，降低砂浆成本，改善环境，有较好的经济效益和环境效益。3.3粉煤灰回填土粉煤灰是一种火山灰类硅酸盐材料，用它回填的建（构）筑物地基具有一定的整体性和较好的土工性能，在一定温度、湿度条件下，压实粉煤灰的承载力随龄期增加而有所提高。粉煤灰回填材料适用于工业与民用建（构）筑物地基和场坪的回填，可根据建（构）筑物地基和场坪对地基的不同要求采用不同的回填方法。如含适宜水分粉煤灰分层压实法和水力冲灰填法等。粉煤灰回填是一项技术性很强的工作，除了解决回填地基沉降难题外，下述几个
44、技术的问题，仍需在试验与实践中引起注意：（1）当灰体处于地下水位以下，灰体性能的稳定性；（2）粉煤灰回填层对地下水质的影响；（3）粉煤灰填筑层中，对埋入钢铁（筋）的锈蚀问题等。3.3.1回填对粉煤灰的要求1、粒径分布。粒径分布影响粉煤灰一系列工程特性。填筑用粉煤灰粒径通常为0.0050.5mm，介于粉砂和中砂粒径的范围内，因此粉煤灰具有明显的细砂或粉砂的特性。如无塑性、渗透系数大，内摩擦角大，黏结力小等性能。粉煤灰粒径范围愈宽、级配好、易于压实、物理力学性能亦好。2、密度。松散干密度是指自然状态下单位体积内的干重量。粉煤灰松散干密度一般在6001000kg/m3。最大干密度是指室内标准击实试验
45、所测得的最大干密度，其相应的含水量为最佳含水量。轻型击实标准粉煤灰最大干密度为10001400kg/m3，最佳含水量为30%50%；重型击实标准最大干密度比轻型击实增大4%10%，含水量减少410个百分点。粉煤灰干密度与含水量的击实曲线坡度平缓，即达到规定压实度要求时，有较大的含水量变化幅度，这意味着对施工含水量的控制是非常有利的。3、内聚力与内摩擦角。粉煤灰压实度在90%100%范围内饱水后，内聚力为618kPa，比土壤的内聚力小很多。其内摩擦角随压实度增加而增大，压实度在90%100%饱水后，内摩擦角为2336范围内。4、压缩性。粉煤灰压缩性是指荷载作用下的可能压缩性能，常以压缩系数表示。
46、武汉粉煤灰试验表明，压缩系数1-2为0.080.2MPa-1时，属低压缩性或中压缩性。5、渗透性。渗透性是水在粉煤灰中的渗透能力，以渗透系数度量。灰的粗细不同，渗透性也不同，粗灰渗透性系数较大，而细灰渗透系数较小，压实后的灰体，渗透性系数大体在10-410-5cm/s。3.3.2粉煤灰建筑回填问题1、软化现象粉煤灰作为结构填方工程材料用于水位以下填筑，其饱水性能及稳定性，一直被工程技术界所关心。有关资料介绍，粉煤灰浸水后软化所产生强度降低值约为未浸水时的20%25%；压缩量增大的平均值约为10%。而根据荷载板试验，承载力降低约为20%30%。为此粉煤灰用于地下水位以下的结构填方工程时，其强度应
47、适当降低，工程设计时，也可以考虑预留沉降等技术措施。2、湿排（吹填）粉煤灰的液化饱和状态下的粉煤灰在遇有地震等循环荷载的作用，灰体的颗粒间的摩擦作用大大减弱，灰体的颗粒骨架在不排水状态下反复经受剪切变形，终于导致破坏，形成液化。所以饱和粉煤灰在动力作用下，不论是用作筑坝、回填材料，还是用作建筑物和堆场地基，都必须考虑液化问题。粉煤灰土属粉细砂土（无黏性土），其动力特性与天然砂无明显差别，粉煤灰土的液化一般都按饱和砂土液化的理论和估算方法进行研究。影响粉煤灰土液化的因素如下：（1）颗粒级配：中细粉砂较容易液化；其颗粒越均匀，越易液化。一般说，不均匀系数小于10，尤其小于5时更易液化。（2）密实性：砂土密实性一般用相对密度Dr表示。1964年日本某地区地震资料表明，凡Dr50%的地方，普遍发生液化，Dr70%的地方，则未发生液化。（3）地下水条件：地下水位高，尤其地下水位接近地面时，液化现象更严重。第四章粉煤灰用于墙材生产4.1粉煤灰烧结墙材粉煤灰烧结墙材，主要是粉煤灰烧结砖和陶粒。粉煤灰烧结砖是指以粉煤灰和黏土等粘结剂为原料，经高温焙烧而成的砌墙用砖。依据粘结剂的不同，粉煤灰烧结砖可分为多种类型；主要有粉煤灰黏土烧结砖；粉煤灰页岩烧结砖，粉煤灰煤矸石烧结砖等等。烧结粉煤灰砖在我国已有30多年历史，最初采用塑性挤出工艺，粉煤灰掺量一般在25%左右，难以提高，近年来，一些研
