浅谈工业固体废弃物在水泥混凝土中的应用

浅谈工业固体废弃物在水泥混凝土中的应用作者：沈宜萍

来源：《建材发展导向》2014年第02期

摘要：水泥混凝土作为世界范围内用量最大的人造材料，在生产及使用过程中的碳排放量却对生态环境造成了极为不利的影响，如何降低此的过程中产生的CO2排放量，掺加具有水化硬化活性的工业固体废弃物是常用的技术手段。

关键词：工业固体废弃物；水泥混凝土；低碳减排；综合利用

水泥混凝土是世界范围内用量最大的人造材料，由于生产混凝土材料广泛存在，使得其相比于其它人工材料具有价廉物美的特点，因此其地位在国民经济发展和人们日常生活中扮演着重要角色。

但随着社会的发展，混凝土原材料中的胶凝材料水泥生产过程不仅要消耗大量不可再生资源，而且耗能量也巨大。在诸多降低水泥混凝土生产和使用过程中能耗和碳排放的手段中，掺加具有水化硬化活性的工业固体废弃物是常用的技术手段。工业固体废弃物包括电力、冶金、印染、化工等多部门种类繁多的粗产品。下面就选取几种我国较为常见的工业废弃物浅谈其在水泥混凝土中的应用。

1 粉煤灰的利用

粉煤灰资源化利用是建立在对其性能认识的基础之上的。其在水泥混凝土中性能的发挥主要是靠其物理形貌特性和潜在化学活性作用。

1.1 粉煤灰在混凝土中利用的特点

粉煤灰混凝土不仅可以用于普通粉煤灰混凝土，而且还能用于许多普通混凝土难以适应的场所。粉煤灰在混凝土中能充分发挥的性能包括三大效应：微集料效应、微珠效应、火山灰效应。粉煤灰应用研究主要围绕这三方面展开。

粉煤灰对水泥混凝土性能的影响主要表现在以下几个方面：

1.1.1 粉煤灰等量取代水泥后，由于粉煤灰的绝对密度小于水泥的绝对密度，因此可以节约了水泥的掺量。

1.1.2 利用粉煤灰的球形特性，其在拌合物中可以达到增加拌合物流动性的目的，从而可以减少混凝土用水量，增强了混凝土的密实性。

1.1.3 粉煤灰取代水泥可在一定程度上提高拌合物中细粉颗粒比例，减小不同密度组分分离的趋势，降低拌合物的泌水率。

1.1.4 减少了混凝土的徐变。掺粉煤灰的水泥混凝土拌合物其性能在后期仍然有一定程度的发展，对结构的徐变有一定的抑制作用。

1.1.5 降低水化热、减小热膨胀。粉煤灰的掺加，减少了水泥的用量，可以降低混凝土中的水化放热。粉煤灰本身的火山灰反应过程比较缓慢，减少了混凝土热膨胀出现裂缝的几率。

1.1.6 提高混凝土密实度。粉煤灰颗粒具有的物理减水作用可以增加拌合物的流动性。此外，由于粉煤灰的潜在火山灰活性，反应过程的生成物可以填充水泥石中毛细孔。

1.2 粉煤灰活性激发

从粉煤灰火山灰反应特点中可以看出，粉煤灰，自身不具备或很少具备自水化性能，只有在碱性条件下其潜在的活性才会得到发挥。为使粉煤灰材料在水泥混凝土体系中的潜在活性能更好的发挥，研究者提出了许多活化措施。粉煤灰活性激发主要有化学激发、物理激发、热力激发和复合活化。物理激发主要是针对较粗的粉煤灰颗粒采用物理粉磨的方法提高其细度；热力激发是指适当提高反应物化学反应温度，提高粉煤灰的反应活性；复合激发是将诸如化学激发、热力激发等手段复合使用，提高活性激发效果。

2 矿渣粉的利用

从矿渣的产生过程可以看出，其是经历高温的铝硅酸盐矿物极冷后得到的。加之其为钙基脱氧工艺的副产品，因此其组成与水泥生料高温烧成得到的熟料产物有相似的组分。故而矿渣粉在水泥混凝土中有较高的利用价值。

同粉煤灰一样，矿渣粉用于水泥混凝土中有两种掺加方式，其一是作为水泥混合材，即掺入硅酸盐水泥一起作为普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥使用；其二是用作水泥混凝土的掺合料，即使用过程中替代硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。矿渣粉作为水泥混凝土掺合料使用时，具有以下特点：（1）提高混凝土致密度，增强材料耐腐蚀性。（2）降低水化热并防止开裂现象。

3 脱硫石膏的利用

脱硫石膏的化学组成主要是二水石膏和部分碳酸钙及可溶性碱金属盐类。其在水泥混凝土中所发挥的作用主要是水泥熟料的缓凝剂和火山灰材料，如粉煤灰、矿渣粉的活性激发剂。研究结果显示，脱硫石膏加入含火山灰质材料的混凝土中后，可促进体系钙矾石的生成，提高体系早期强度，并有利于减少混凝土材料的收缩。此外，脱硫石膏中的碱金属离子对促进含火山灰质材料的早期强度亦有积极作用。

硫酸盐在水泥混凝土中性能的发挥与其溶解特性相关。溶解度大、溶解速度快的硫酸盐对含火山灰质材料性能的激发效果更加显著。二水石膏常温下的溶解度只有2.05g/L，因此其活

性激发效果的发挥通常需要的量较大。

4 结语

综上所述，工业固体废弃物在水泥混凝土中有着广泛而巨大的应用潜质，对工业废弃物合理的综合利用将为现代建筑业，工业等多个行业带来较好的经济效益及环境影响，是符合节能减排，创建绿色社会的研究方向。

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