浅谈粉煤灰的综合利用现状

摘要：从节能环保和资源再利用的情况出发，结合粉煤灰的物理和化学性能，提出粉煤灰综合利用的有效途径。

关键字：资源再利用 物理化学性能 有效途径

中图分类号：TU522.3+5文献标识码： A 文章编号：

前言：粉煤灰，是从热电厂煤燃烧后的烟气中收集下的固体颗粒，是燃煤电厂的主要固体废弃物，由于我国是个产煤大国，而且电力系统是以煤炭为基本燃料。近几年来，中国重工业稳步发展，每年平均发电能力增长率为7.3%，这给国家轻工业和重工业带来了广阔的发展空间，但同时也带来一系列问题，由于电力工业的迅速发展，每年燃煤电厂排放的粉煤灰总量也是逐年增加，例如：1995年粉煤灰排放量达1.3亿吨，2000年约为1.6亿吨，2009年约为3.82亿吨，2013年约为5.8亿吨，因此，粉煤灰的大量排放，给当前阶段的经济建设及生态环境保护带来了很多负面的影响，另一方面，虽然我国资源矿产丰富，但人均占有率确极低，因此，我们要及时响应时代的要求，积极开展农业和工业生产废弃物的研究，由此看来，粉煤灰的综合利用情况，能否变废为宝、能否变害为利，已成为当前经济建设中一项重要的技术经济难题，同时这也是解决我国电力生产环境污染严重，资源缺乏之间矛盾的重要手段，这也是目前电力行业生产所面临解决的任务之一，经过几十年工程人员的研究开发运用，粉煤灰在水泥建材、农业等行业已经得到很广泛的应用。

1．粉煤灰的主要物理和化学性能

（1）主要物理性能：

粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，粉煤灰的比重在1.95～2.36之间，松干密度在450 kg/m3～700kg/m3范围内，比表面积在220 kg/m3～588 kg/m3之间，由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性。

（2）主要化学性能：

我国电厂粉煤灰的主要由：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等氧化物由组成为，其中绝大部分氧化硅，氧化钛来自黏土，页岩，氧化铁主要来自黄铁矿，氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

由于我国地域辽阔，各地区土壤地貌形成条件各不相近，因此，经过几万年后形成的煤的成分也各不相同，经过研究，其主要化学组成见下表（%）：

2.目前粉煤灰的主要用途

（1）在水泥生产中的应用

目前大部分水泥厂在设计生产中，除了主要原料石灰石，粘土，砂岩，铁粉校正料等外，一般会优先考虑粉煤灰作为水泥原料配合料，在水泥厂设计生产中粉煤灰用途主要有两大类：一是在原料部分，作为熟料原料配料成分，二是在水泥粉磨部分，用作水泥配料成分。 由于常见粉煤灰与水泥厂常用黏土的成分比较类似，有一定近似性，因此可以用粉煤灰来代替黏土作为水泥熟料原料配料成分，一般来说，粉煤灰中的铝、铁，硅含量较高，因此，在水泥厂生产设计过程中，可以通过调整水泥配料计算和辅助原料的掺配比例，来满足熟料烧成的要求，这样，不仅能降低水泥生产线中的生产成本，降低能耗，符合可持续发展的要求，节约能源，而且，粉煤灰中的烧失量能强化水泥熟料的烧成反应，使得熟料反应吸热量降低，从而降低熟料反应需要煤粉的用量。

作为水泥混合材中，除了常见的石灰石，石膏等，一般会通过水泥配料计算中添加粉煤灰作为辅助材料，粉煤灰作为一种活性混合材，其主要作用是改善水泥的胶凝性能，而且具有扩大水泥强度等级范围、水泥反应前期降低水泥水化热、单位原材料增加水泥产量和降低水泥成本的作用。

（2）在混凝土中的应用

粉煤灰的化学成分主要是SiO2、Al2O3等，在实际生产中将粉煤灰掺入混凝土后，粉煤灰不仅可以取代部分水泥作为胶凝材料，而且能整体降低混凝土的生产成本，同时能保护自然环境，降低热电厂的粉煤灰的大自然排放量，而且在混凝土的成分里，粉煤灰还能与水泥相互促进并协调胶凝作用，从而大大改善混凝土的一系列性能，这主要可以从以下几点阐述粉煤灰在混凝土中的良好作用：

1) 粉煤灰可以大大改良预拌制混凝土的和易性

预拌制混凝土的和易性受混凝土浆体的体积、混凝土中水灰比、混凝土骨料的级配好坏、骨料的形状、混凝土骨料的孔隙率等因素的影响，其中，混凝土骨料包括石灰石，砂粒以及粉煤灰，由于这三种不同的物料颗粒粒径不同，组成了混凝土的骨料，由于粉煤灰的玻璃体结构，掺用粉煤灰对预拌制混凝土的好处是大大增大混凝土浆体的体积，因而混凝土骨料间隙充满了浆体，浆体能包裹并了混凝了骨料颗粒，从而使混凝土有更好的可塑性和粘聚性。

2)粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水

在混凝土中掺入粉煤灰可以增加混凝土中的细骨料成分，前面讲过，混凝土骨料包括石灰石，砂子，还有粉煤灰，正是由于粉煤灰的存在使得混凝土结构更加均匀，混凝土的均匀可以大大减少混凝土中的泌水通道，同时，粉煤灰作为代替水泥的胶凝材料，由于粉煤灰自身的玻璃体结构，球形特性的结构，在相同的混凝土的稠度要求下，单位混凝土的需水量有着明显的不同程度的降低，因而，在预拌混凝土中掺用粉煤灰可以减少预拌混凝土的泌水问题，可以大大提高混凝土的性能，因为混凝土泌水会引起某些不良的后果，如会引起麻面、塑性开裂、表层混凝土强度降低等问题，泌水以后会使混凝土不均匀，泌水部位的混凝土中会产生缺陷，泌水部位水灰比下降的同时，在该部位留下缺陷，导致该部位强度下降。

3)混凝土中掺入粉煤灰可以提高混凝土的后期强度 [1]

在混凝土中掺入粉煤灰后，随着单位混凝土中粉煤灰的掺量增加，对应的混凝土早期强度逐渐减小，但是其后期强度却逐渐增加，因为混凝土取代了部分水泥作为胶凝材料后，初期混凝土中胶凝材料水化反应降低，但是后期在粉煤灰烧失量的作用下，特别当粉煤灰受到石膏的促进作用，粉煤灰会逐步开始二次水化作用，大大提高粉煤灰作为胶凝材料的作用，使混凝土反应后期再次胶结并产生力学强度，因此，在混凝土中掺入粉煤灰对混凝土有着重要的影响：减少单位混凝土的用水量，单位混凝土减少水泥用量的同时反而增加胶结料含量和混凝土反应后期通过粉煤灰的火山灰反应提高混凝土的强度，效果明显。

4)混凝土中掺入粉煤灰可减少混凝土的水化热

由于混凝土中水泥等胶凝材料的水化反应是放热反应，因此，在混凝土中掺入粉煤灰减少了单位混凝土的水泥的用量，胶凝材料反应前期，水泥的水化反应远远高于粉煤灰的水化反应，从而可以大大降低前期的水化热，我们都知道，在现实生产过程中，混凝土的水化热对于混凝土有着负面的影响，水化热可以引起混凝土的内部收缩，造成混凝土的裂缝，对于公路混凝土和水坝混凝土效果格外明显．

5)掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性

在混凝土中掺入粉煤灰对混凝土的抗渗透性，抗冻融性有着良好的作用，因为前面讲过，在混凝土中掺入粉煤灰可以改变混凝土中骨料的颗粒级配，可以改变混凝土的内在组成，从而改善混凝土的界面结构，使其渗透通道比基准混凝土的弯曲，同时通过粉煤灰中的活性成分火山灰反应生成的水化硅酸胶能填塞混凝土中的毛细孔隙，堵塞渗透通道，增加混凝土的密实度，从而改善其抗渗透性，与此同时也改善了混凝土的冻融性。