粉煤灰

• 粉煤灰的化学活性来源于玻璃态的颗粒(多孔玻 璃体和玻璃珠) 中可溶性的SiO2、Al2O3 等活性 组分, 活性SiO2、Al2O3在有水存在时, 可以与 Ca(OH)2 反应, 生成水化硅酸钙(C—S—H) 和水 化硅酸铝(A —S—H) :
mCa(OH)2+SiO2+nH2O→mCaO·SiO2· 2O nH mCa(OH)2+Al2O3+nH2O→mCaO·Al2O3· 2O nH
• 第三阶段, Ca2+扩散到粉煤灰颗粒内部, 与内部的活性 SiO2、Al2O3发生水化反应。由于Ca2+扩散损耗了部分 能量, 因而反应速率较第一阶段有减小。
• 粉煤灰中虽然含有大量的铝硅酸盐玻璃体, 但 是其中[SiO4]4- 聚合度很高, 结构致密, 化学性 质稳定, 其火山灰活性大部分是潜在的, 活性发 挥的速度非常缓慢。 有资料显示, 粉煤灰∶Ca (OH )2= 3∶1的体系, 7 d 反应程度只有1.5%~ 3% , 180 d 反应程度只有7%～ 20%. 经过1 a 水化的粉煤灰水泥,粉煤灰颗粒也只有1/3 参加 了水化。 因此, 必须加以激发, 才能充分发挥 粉煤灰的潜在活性。粉煤灰活性的激发常用的 方法有物理激发、化学激发和高温激发等方法。
（4）富铁微珠：富铁微珠是沉珠的一种,其中铁 含量较高，铁质主要构成颗粒的壳壁,外观颜色较 深。圆形居多,球体发育较好,有少量含铁量较低 的呈多孔不定形状,其中包含有很多小微珠或外层 包裹一层莫来石或石英结晶体。富铁微珠主要存 在于粗灰中。
（5）富硅铝玻璃微珠：粉煤灰的主要化学成分为 SiO2 和Al2O3 ,两者含量占60 %以上,铝硅元素以玻 璃体形式存在,玻璃体中以圆球居多，表面较光滑, 球形度好。
8. 粉煤灰的资源化利用
日本粉煤灰综合利用情况
8.1 建筑材料
• 此类用灰量约占粉煤灰利用总量的35％ 左右，主要技术有：粉煤灰水泥(掺量30 ％以上)，代粘土做水泥原料，普通水泥 (掺量30％以下)，硅酸盐承重砌块和小 型空心砌块，加气混凝土砌块及板，烧 结陶粒，烧结砖，蒸压砖，蒸养砖，高 强度双免浸泡砖，双免砖，钙硅板等 。
7. 环境危害
• 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。 现阶段我国年排渣量已达3000万t。随着电力 工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增 加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘， 污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其 中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。 因此粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的 注意。
粉 煤 灰 标 准
标准名称： 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 Flyas used for cement and concrete 标准类型： 中华人民共和国国家标准 标准号： GB/T 1596-2005
• 煤在锅炉中燃烧后形成的被烟气携带出炉膛的 细灰。 • 从燃煤火力发电厂的烟道中用吸尘器收集的粉 尘。 • 煤炭在燃烧过程中产生的细微灰尘。由有机物 和无机物组成。 • 《GB/T1596-2005》：电厂煤粉炉烟道气中 收集的粉末称为粉煤灰。
2 特性
• 属于火山灰性质的混合材料 , 其主要成分是 硅、铝、铁、钙、镁的氧化物 , 具有潜在的 化学活性 , 即粉煤灰单独与水拌合不具有水 硬活性 , 但在一定条件下 , 能够与水反映生 成类似于水泥凝胶体的胶凝物质 , 并具有一 定的强度 . 由于煤粉微细 , 且在高温过程中 形成玻璃珠 , 因此粉煤灰颗粒多成球形。
粉煤灰中的炭粒对粉 煤灰的综合利用会产 生负面影响,其高温烧 结烧失量大,是制备烧 结砖的有害成分。
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（3）复珠：在粉煤灰中,有些微珠里面包含大量细小玻 璃微珠的颗粒,或是柱状颗粒相互粘连成形状不规则颗粒, 密度往往较大,置于水中能够下沉,表面发育有气孔,这些 称为复珠或沉珠。前者通常称为子母珠,后者称为珠连体。 一些研究证明,含有复珠是粉煤灰品质较好的一个标志。
（1）不规则玻璃质颗粒：粉煤灰中普遍含有数量 不等的形态不规则、结构疏松、粒径较粗的多孔 玻璃质颗粒。
这类多孔玻璃质颗粒 活性差,多孔结构需水 量大,干燥时易使制品 开裂,因此对于生产硅 酸盐烧结制品是不利 的。
（2）未燃尽炭粒：粉煤灰中的炭粒一般是形状不规则的 多孔体。炭粒内部多孔、结构疏松、易碾碎、孔腔吸水性 高 。粉煤灰中炭粒粒径较大,一般大于粉煤灰的平均粒径, 小颗粒以片状居多,含有少量角粒状。
3. 理化特性
84.4%
粉煤灰的pH值
随风化进行, 粉煤 灰的pH 值显现出 减少的趋势。
酸性A： pH 值< 4. 5； 弱酸性WA： 4. 5~ 6. 5 中性N：6. 6~ 7. 5 弱碱性WB ：7. 6~ 9. 5；碱性B ：> 9. 5
• • • •
堆积密度：0.5~1.0g/cm3 比表面积：0.25~0.5m2/g 孔隙率：60~75% 粒径：1~100um
• 优点：在混凝土中掺加粉煤灰节约了大 量的水泥和细骨料；减少了用水量；改 善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝 土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减 少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗 渗能力；增加混凝土地修饰性。
从粉煤灰中提取矿物和高值利用:
这部分用灰量约占利用总量的5%，如：粉煤灰 中提取微珠，碳，铁，铝，洗煤重介质，冶炼三 元合金，高强轻质耐火砖和耐火泥浆，作为塑料， 橡胶等的填充料，制作保温材料和涂料等。
• 粉煤灰与水泥相比,“先天性缺钙”, 其中CaO 含量一般小于10% , 而后者却超过60%. Ca2+ 是形成胶凝性水化物的必要条件, 所以在所有 的激发方法中, 首先必须提供充足的Ca2+ 。
粉煤灰-石灰-水系统的反应可以用类似“缩核”反应的 模型来描述:
• 第一阶段, 表面接触反应. 粉煤灰颗粒表面的活性SiO2、 Al2O3 溶出, 与来自Ca (OH)2 的Ca2+ 在颗粒表面发生 水化反应, 形成水化层, 水化层将粉煤灰颗粒包裹起来, 阻止进一步反应。 • 第二阶段, 体系溶液中的Ca2+吸收能量，扩散穿过水 化层. 这一阶段反应速率主要受Ca2+ 的扩散速率影响。 影响Ca2+扩散速率的因素有反应环境的温度、表层水 化物的结构以及形态和粉煤灰自身的物理化学性能。
粉煤灰的火山灰活性与 硅铝玻璃体的含量有关, 能够参与化学反应的硅 铝酸盐玻璃体数量越多, 粉煤灰的活性就越好。
6. 粉煤灰的活性
• 粉煤灰的活性一般包括物理活性和化学 活性。
• 物理活性包括：减水效应、微集料效应 和密实效应。
• 减水效应：由球形颗粒产生。球形玻璃微珠的 “滚珠”作用使掺粉煤灰体系的流动性提高, 降 低了需水量。
火山灰活性
火山灰是细微的火山碎屑物。由岩石、矿物、火 山玻璃碎片组成，直径小于2毫米。在一些火 山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性二 氧化硅、活性氧化铝等活性组分。
所谓火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙 反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫 铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源 于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放 出的氢氧化钙。
粉煤灰
Fly ash
1. 定义
冶炼厂、化工厂和燃煤电厂排放的非挥发性煤 残渣，包括：漂灰、飞灰和炉底灰三部分。
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。它是燃煤发电厂将煤磨成 100um 以下的煤粉，用预热的空气喷入炉膛 呈悬浮状态燃烧，高温烟气中的灰分，经集尘 装置捕集得到一种微粉状固体废物。
•
微集料效应：粉煤灰颗粒(尤其是惰性的晶体颗 粒) 充当微小集料, 使集料的匹配更加合理、填 充率提高、水泥的分散更加均匀。
• 密实效应：是微集料效应和火山灰效应的共同作 用的表现, 火山灰效应使粉煤灰形成类似托勃莫 来石次生晶相, 填补水膜层和水泥骨架空隙, 提 高密实度。
• 一般认为, 粉煤灰的物理活性是粉煤灰体系早期 活性和强度的主要来源。
4. 物相
• 粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。 • 一般矿物含有石英、莫来石、磁铁矿、方镁石、 生石灰及无水石膏等。 • 非晶体矿物包括玻璃体、无定型碳和次生褐铁 矿等,其中玻璃体含量一般在50 %左右。
5. 形态
粉煤灰中主要有5 类特征颗粒: × × 不规则玻璃质颗粒； 未燃尽炭粒； 复珠； 富铁微珠； 富硅铝玻璃微珠。
• 硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0%~5%石 灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水 硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，国外通称的 波特兰水泥。
• 最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化 钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。主要 矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和 铁铝酸四钙。
粉煤灰的火山灰活性