粉煤灰在建筑材料中的应用

粉煤灰在建筑材料中的应用

摘要：本文简要介绍了粉煤灰在建筑材料方面的应用，从粉煤灰在混凝土、烧结砖、公路建筑材料、保温材料中的应用入手，分析了各种利用粉煤灰的方法。最后对粉煤灰的利用现状进行了总结。

关键词：粉煤灰建筑材料再利用

0引言

粉煤灰是燃煤产业产生的一种工业废弃物，也叫“飞灰”。我国是个产煤和用煤大国，电力工业目前80%的发电量仍由燃煤产生，一般平均每发电1万kW·h，排灰约1万t。因此在我国粉煤灰是急需处理的工业固废之一，在2010年粉煤灰排放量达到近4亿t[1]。当前，随着全国性的电能紧缺，燃煤电厂仍在大量的建设中，可以肯定，随着我国发电量增加，粉煤灰的产量和贮存量必将进一步增大。

目前，国内粉煤灰综合利用已走上快速发展的轨道，使粉煤灰利用量每年以200万吨左右速度递增，综合利用率已摆脱多年徘徊在20%的局面，2000年利用已经达到58 %。[2]但是相比发达国家80%的利用率还存在一定的不足之处。[3]不过人们概念中的粉煤灰已不完全是一种废弃物，而是一种可再生的资源，通过一定的筛选及处理可以成为一种商品，并可带来可观的经济效益。

1粉煤灰

粉煤灰主要与燃煤电厂产生，当煤粉里的不燃物(主要为灰分)大量混杂在高温烟气中，在引风机的作用下沿着锅炉烟道依次流过炉膛、过热器、再热器、省煤器、空气预热器降温就会形成粉煤灰，它是燃煤电厂排出的主要固体废物。[4]我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2，Al2O3，FeO，Fe2O3，CaO，TiO2，MgO，K2O，Na2O，SO3，MnO2等。[5]粉煤灰各颗粒间的化学成分并不完全一致，因为在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。比如，氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在铁矿中，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多; 反之，玻璃体容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物，其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。

2粉煤灰在混凝土中的应用

粉煤灰应用在混凝土中可以增强混凝土的抗冻性能、抗渗性能、干缩性、钢筋粘结力、碳化性能[6]，这是因为粉煤灰可以填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重（表观密度）只有水泥的2/3左右，而且粒形（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物（与水泥中硅酸盐的水化产物相同），而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。[7]

从实际工程当中应用粉煤灰的情况来看，当混凝土工程量约1000m3, 强度为C30和C20时, 共节约水泥47t, 每立方可降低成本约8%。[8]

混凝土强度随粉煤灰掺量的加大而降低，对于稍高标混凝土( 如C40、C35、C30)可采用小掺量(不超过水泥用量的30%)，对于C30以下混凝土可考虑大掺量(水泥用量的40%以上)，以节约水泥。[9]同时随混凝土中粉煤灰掺量的增加，混凝土的塑性收缩开裂现象明显减少。

3粉煤灰在烧结砖中的应用

粉煤灰烧结砖由粉煤灰和普通炉渣、页岩为主要原料，经过搅拌、挤压、成型、烧制而成。粉煤灰烧结砖的特点环保节能。粉煤灰烧结砖这种新型建材产品的原材料80％以上为工业和民用垃圾，被国家确定为环保、节能产品。使用粉煤灰烧结砖做建筑材料，工程总造价可降低6%～8%，具有显著的社会效益和经济效益。[10]而且烧结粉煤灰砖产品尺寸标准，棱角整齐，外观较美，耐久性好，其力学性能与普通粘土砖相当，表观密度比普通砖小。

4粉煤灰在公路建筑材料中的应用

粉煤灰作为公路建筑材料的用途比较广泛, 经常应用于路基填筑、压浆处理路基、软土地基处理、桥涵台背回填、路面基层或底基层、水泥混凝土路面、沥青混凝土路面、大体积混凝土的施工之中。[11]

作为路基建筑材料, 使用粉煤灰可以填筑轻质路基, 减少地质环境影响, 减轻软土地基及相应承载力不足的地质环境所承受的压力, 避免造成地质灾害。[12]粉煤灰本身属于固体的工业废料, 将其直接或间接地用作公路建筑材料, 可以有效地减少工业废料的堆积及处理的压力, 减少环境污染, 同时相对另一面可以节约大量的自然资源, 减少破坏耕地及土地面积, 减少对生态环境的索取和破坏。

有时可以将粉煤灰和钢渣混合在一起作为路基建筑材料，钢渣是炼钢工程中造渣剂与生铁中的SiO2等反应排出的熔融渣，具有良好的物理力学性能。两种工业废渣联合在一起使用可以获得更好的性能。[13]

5粉煤灰在保温材料中的应用

将粉煤灰应用于建筑保温材料的生产中主要是利用其火山灰活性和低导热性，粉煤灰的导热性较低，在0.06~0.35 W/(m.K)数量级，低于混凝土的1.10 W/(m.K)，适合制作保温材料。

依据上述原理，可以利用水泥熟料-粉煤灰-熟石灰-硫酸钠体系合成保温材料的胶凝材料。丁勇杰的实验结果显示该体系保温材料的导热系数﹤0.23 W/(m.K)，表观密度≤600

kg/m3，抗压强度≥ 0.4 MPa[14]。完全满足建筑保温材料的要求。

另外徐子芳等人用粉煤灰在石灰－石膏激发下利用改性EPS研制节能自保温砌块，他们发现：石灰掺比为10%，石膏掺比为5%，粉煤灰掺量为20%～25%，改性EPS为2.5%时，砌块材料的导热系数为0.505w（mk）-1，保温性、施工性能、耐久与耐候性能均优良。[15]

6总结

粉煤灰在建材方面的应用技术较成熟，消耗量也比其他方面要大，现在粉煤灰的利用领域已扩展到冶金、建材、交通、化工、矿山、水利、农业等10多个行业，综合利用技术形成高、中、低三个层次，正在实现"以储为主"向"以用为主"的方式过渡，以大用灰量项目的推广应用和高新技术开发应用相结合逐步实现工程化、产业化发展格局。粉煤灰综合利用已向深度发展，力求高附加值的技术开发。

另外，粉煤灰的应用也出现在了新的领域，比如抗菌、燃料等方面。粉煤灰的综合利用实现了变废为宝，净化了其他污染物，保护了环境。虽然粉煤灰的应用较广，但粉煤灰的综合利用量还是太少，相对于粉煤灰的排放量，粉煤灰的消耗量还处于一个较低的水平，而且高新应用技术较少，粉煤灰的加工利用程度较低，粉煤灰的综合利用现状不容乐观。粉煤灰的综合利用还应该加大发展力度，积极拓展粉煤灰的应用领域。