粉煤灰应用现状探讨（共5篇）
粉煤灰应用现状探讨 篇1
混凝土中适当掺入粉煤灰, 可减少水泥用量, 节约能源, 并使粉煤灰被有效利用, 降低其对环境的污染。然而, 由于粉煤灰的活性劣于水泥, 粉煤灰部分替代水泥后, 混凝土强度会明显降低, 进而降低了人们对粉煤灰应用于混凝土中的积极性。
实际上, 造成粉煤灰混凝土强度偏低的主要原因是粉煤灰的化学特性不好, 再加上不合理的配合比设计, 使混凝土的强度效应没有得到很好的发挥。大量的试验研究和实践证明[1]:掺入粉煤灰的混凝土早期强度较低, 后期强度偏高。并且后期混凝土的抗拉强度、抗弯强度和弯压比、收缩性和徐变均优于普通混凝土;弹性模量与普通混凝土相近。因此, 我们需要了解粉煤灰在混凝土中的作用机理和各种效应, 准确的设计粉煤灰混凝土的配合比, 扬长避短, 提高粉煤灰混凝土的早期强度。
1 大掺量粉煤灰混凝土碳化的研究现状
混凝土碳化的过程实质上是一个中和反应的过程。混凝土在最初成型时, 主要发生的化学反应是水化反应, 生成大量的Ca (OH) 2, 并很快达到饱和;在碱性的环境下, 钢筋表面会产生钝化膜, 阻碍钢筋的锈蚀;随着反应的进行, 混凝土表面及内部的水分逐渐减少, 空出的孔洞就会很快的被空气填充, 而空气中的碳酸气体与混凝土中的Ca (OH) 2发生中和反应, 致使混凝土的碱性降低, 钢筋表面的钝化膜破坏, 进而导致钢筋锈蚀。另有研究发现, 当混凝土的p H≥12.5时, 钢筋仍处于钝化状态;当其p H≤9时, p H值对钢筋的锈蚀速度影响较小;因此, 只有当混凝土的p H值处于9~12.5时, 钢筋的锈蚀速度随p H值的下降而增大[2]。
1.1 影响碳化的主要因素
混凝土碳化的影响因素可以分为工艺因素和环境因素。工艺因素主要包括:水泥品种、水泥用量、水灰比、混凝土强度、外加剂、混凝土施工质量及养护条件、混凝土表面加覆盖层等;环境因素主要包括:空气介质的温度、湿度、酸性介质的浓度、混凝土构件承受的外力类型及风压等。在这些影响因素里, 有些影响混凝土碳化程度较小, 可忽略不计;有些因素对混凝土碳化的影响程度则随着其他因素的变化而变化。下面主要总结一下国内外学者研究的混凝土碳化的主要影响因素。
1.1.1 水泥品种
工程中常用的水泥品种有:硅酸盐水泥、矿渣水泥和火山灰质水泥。这三者抗碳化能力由低到高排序, 分别为:火山灰质水泥<矿渣水泥<硅酸盐水泥。
1.1.2 粉煤灰
将少量粉煤灰掺入混凝土中, 粉煤灰的微集料效应得到充分发挥的同时, 提高了混凝土的密实度;并且掺入少量的粉煤灰, 水泥的用量不会受到很大影响, 因此, 对水泥的水化产物Ca (OH) 2的稀释作用不明显。当粉煤灰的掺入量增加后, 会大量减少水泥用量, 从而减少了Ca (OH) 2的量, 降低了混凝土的碱性, 即混凝土的抗碳化能力变弱了。
1.1.3 水胶比
混凝土的水胶比越大, 孔隙率就越大, CO2在混凝土孔隙中的扩散速度越快, 化学反应速度就会越快, 导致部分碳化现象就越明显, 碳化的深度就越大[3]。
1.1.4 混凝土表面覆盖层
混凝土表层的覆盖材料一般有两类:一类是砂浆、石膏等含可碳化物质的材料;这类覆盖层可以消耗掉一部分CO2, 使CO2接触到混凝土表面的时间延缓, 而且在通过这类覆盖层的时候, CO2的浓度降低, 从而延缓了混凝土碳化的速度;另一类是沥青、涂料等不含可碳化物质的材料。这类覆盖层是通过物理隔离的方式, 使混凝土表面的开口孔道封闭, 从而降低了CO2的渗透速度, 延缓了混凝土的碳化。
1.1.5 空气的温度和湿度
结构周围环境的温度越高, 混凝土碳化越严重。原因是由于高温时混凝土变得酥松, 致使潮湿空气和CO2容易渗入, 从而钢筋脱钝锈蚀。
环境湿度过高或者过低, 混凝土都不易碳化。原因是湿度过高, 混凝土中的孔隙水较多, CO2扩散速度慢, 碳化速度也就会变慢;湿度过低时, 混凝土的孔隙水减少, CO2的扩散速度加快, 但由于缺水, 反应速度降低, 也会降低碳化速度。研究发现, 碳化在空气湿度约50%时进行的最快。
1.2 碳化带来的主要危害
1) 混凝土碳化引起钢筋锈蚀。碳化反应导致混凝土碱性降低, 当碱性降低至10及10以下时, 钢筋表面的钝化膜就会被破坏, 随着碳化层的加深, 钢筋锈蚀程度加剧。钢筋锈蚀的体积可达原来体积的2倍~4倍, 致使混凝土破裂。2) 减少混凝土的承载面积。碳化会消耗掉一部分粘结成分, 使混凝土表面的孔洞增多, 由于混凝土结构变得酥松, 因此其抗压、抗拉、抗弯性能均降低, 实质上碳化减少了结构的厚度和承载面积。
2 大掺量粉煤灰混凝土的发展趋势
目前, 我国火力发电厂等工业生产中的粉煤灰年排放量达9 000多万吨, 已成为影响环境的重要原因之一。使用大掺量粉煤灰混凝土, 不仅能节约水泥, 而且可以消耗大量的粉煤灰, 对改善环境具有良好的效果;同时大掺量粉煤灰混凝土能够提高钢筋混凝土结构的耐久性能, 在工程中有广阔的应用前景。
3 大掺量粉煤灰混凝土自然碳化研究的意义
混凝土的快速碳化试验是在恒温恒湿的环境下进行, 其试验结果具有一定的局限性, 不能真实反映不同地区、不同环境下的混凝土碳化情况, 而自然碳化是将试块放在变化着的环境中进行碳化试验, 得到的数据是与自然环境中的温度、湿度变化密切相关的, 由此推出的混凝土自然碳化预测模型与工程实际更加相符。但由于混凝土自然碳化试验周期长, 影响工程工期, 因此通过试验及理论相结合, 建立快速碳化试验与自然碳化试验间的关系式, 通过快速碳化试验的数据即可预测混凝土自然碳化环境下的碳化深度, 具有深远的意义。
参考文献
[1]孙氰萍.大掺量粉煤灰混凝土的特性[J].混凝土, 1997 (2) :16-23.
[2]屈文俊, 陈道普.混凝土碳化的随机模型[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2007, 35 (5) :577-581.
[3]蒋利学, 张誉.混凝土部分碳化区长度的分析与计算[J].工业建筑, 1999, 29 (1) :4-7.
秸秆粉煤灰建筑材料应用现状 篇2
我国自古以来便是一个农业大国, 主要的粮食作物为稻谷、小麦和玉米, 每年我国产出秸秆7亿吨, 折合成标煤约为3.5亿吨, 相当于7个神东煤田, 全部利用可以减排8.5亿吨二氧化碳, 相当于2007年全国二氧化碳排放量的1/8。另一方面, 随着人们生活水平的改善, 秸秆不再是农民能源消费的唯一选择, 大量剩余的秸秆被遗弃在田间地头, 全国各地露天焚烧秸秆的现象十分普遍, 造成了严重的环境污染。目前我国秸秆的主要用途是除少量用于还田、饲料、工业原料、薪柴以及造纸外, 大多的秸秆都被露天焚烧, 不仅造成了严重的资源浪费, 而且造成了生态环境的破坏。
同时, 我国近些年工业大力发展, 产生了大量的工业废渣, 其中粉煤灰的比例很大, 对环境造成了极其恶劣的影响。粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末, 是工业“三废”之一, 目前我国年排放粉煤灰约为11000万吨, 利用率却仅为42%, 随着工业的发展, 粉煤灰排放量还将逐年大幅增加。目前, 粉煤灰在我国建材工业中的应用主要有:路基填充材料、墙体材料、粉煤灰水泥和混凝土掺和料等, 虽然这些措施能够处理部分粉煤灰, 但利用率低, 没有充分发挥粉煤灰的作用。
因此, 如何充分利用秸秆和粉煤灰的问题具有重大的意义。秸秆粉煤灰建筑材料的出现为解决这个问题提供了可能, 而且有利于环境保护和可持续发展, 对国家“节能减排”, “循环经济”, “环境和谐”, “利废经济”等重大国策的实现起到实效的促进作用。
1 秸秆纤维建筑材料
1.1 秸秆纤维基环保节能墙体材料
秸秆纤维基环保墙体材料主要是利用农作物秸秆为主要原料配以加强材料和黏合材料在反应池里经物理反应和化学反应脱模后自然凝固形成的。主要分为秸秆纤维水泥基复合墙体材料以及不含传统水泥的秸秆纤维基复合墙体材料。
秸秆纤维水泥基复合墙体, 是以秸秆、粉煤灰、水泥为主要原料配以各种外加剂而制成的一种新型复合节能墙体材料。肖力光[1]在普通的秸秆纤维水泥基复合墙体的基础上进一步讨论了秸秆纤维和高分子聚合乳液对复合墙体材料性能的影响, ) 还对利用秸秆制成的水泥基墙体材料进行了实验研究, 得到了具有轻质、高强、保温性能好、吸水率低、抗冻融性能高、防火、防水、防虫鼠害及环保节能的轻体保温砌块, 该保温砌块成本低廉, 能够满足北方寒冷地区单一墙体材料节能50% (按240mm厚墙体计算) 的要求。[2]随后他们也探讨了秸秆纤维对低碱水泥基材料阻裂性能的影响, 发现当秸秆纤维的掺入量超过0.5%时砂浆基本不产生裂缝, 表明一定量的秸秆纤维的掺入对低碱水泥砂浆具有很好的阻裂效果。[3]杜太生等[4]对类似的水泥基墙体材料的弹性模量、干收缩值等进行了实验测定, 建立了混凝土单元无配筋、混凝土单元有配筋、混凝土单元与钢丝网单元联合作用的3种有限元模型, 为这类新型墙体材料在实际工程中的应用提供了依据。马捷等[5]计算了秸秆基建筑保温材料的年节能量, 并与等量秸秆用作燃料释放的热量进行了对比;而且对秸秆基建筑保温材料和发泡聚苯乙烯材料生产过程中的能耗排放量和经济性也进行了对比分析。
不含传统水泥的秸秆纤维基复合墙体材料, 以秸秆纤维为主要原料辅以适量的胶黏剂和增强剂, 严格按照一定配方经改性处理加工制成。例如曹永敏、张兴福等[6]人研究的大掺量粉煤灰和秸秆粉镁质复合墙板, 对镁质复合墙板的综合心能进行了测试。南京农业大学的付菁菁[7]研制了一种麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料, 该类墙体材料主要是将麦秸秆粉、粉煤灰与PP粉料置于搅拌机中拌合, 将混合物盛入模具后置于平板硫化机热压成型, 脱模后加工成所要求性能测试的尺寸, 然后对热导系数、表观密度进行了分析, 对力学性能 (压缩强度、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等) 、吸水性能进行了测试, 并对保温材料切割断面的微观结构进行了观察。在此新型材料的研制中, 还考虑了模压时间、压力、温度以及原材料的比例等对其性能的影响。
1.2 秸秆纤维泡沫混凝土材料
秸秆纤维泡沐混凝土材料主要是将植物秸秆纤维自重轻、保温性能好、减少噪音污染的特点与泡沫混凝土密度小、保温性能好、隔音效果好、调节室内湿度等优点相结合, 优劣互补, 形成的建筑材料。孙令鹏等[8]研制的秸秆纤维水泥基泡沫保温材料, 在试验中研究了水泥掺量、水胶比、纤维率和气泡掺量对掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的干表观密度、抗压强度、吸水率和导热系数的影响, 确定了掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的最佳配合比, 并研究了水泥种类和不同养护条件下对其抗压强度的影响。王立久等[9]人对植物纤维生产水泥基泡沫保温墙体材料的研究, 以发泡混凝土为基础, 在其中加入大掺量农作物秸秆纤维, 作为轻集料芯材, 两面加上磷酸镁水泥或者碱矿渣水泥面板, 形成三明治结构的外墙体材料, 使产品轻质保温, 植物纤维的掺入关键是起到稳泡增韧作用。该试验用明胶乳液对纤维表面进行了防水处理, 显著降低了纤维的吸水率, 提高了其在水泥基材料中的耐碱侵蚀性和抵抗微生物对其解聚的能力。这是与传统的水泥基植物秸秆填料相比的不同点。
1.3 内填充农作物秸秆保温墙体材料
内填充农作物秸秆墙体材料主要是将经过由防火、防虫、防霉和防水剂等组成的秸秆表面处理液, 对秸秆采用喷淋的方式进行表面处理, 然后将秸秆经过加压成型后作为芯材填充到各种空心砌块中形成, 包括内填充秸秆的粉煤灰砌块和秸秆轻质保温墙板。这类墙体材料充分利用秸秆导热系数小的优点, 大幅的提高了墙体的保温性能。蒋连接, 李庆录等[10]对内填充农作物秸秆的粉煤灰砌块做了有关保温墙体热工性能研究, 研究表明, 粉煤灰空心砌块墙体的传热系数远远高于设计规范中规定的参数要求, 达不到建筑节能的要求, 而内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体的传热系数相比于普通粉煤灰空心砌块墙体减小了55.8%, 与工程中广泛应用的加气混凝土砌块墙体的传热系数相近, 能大幅度地提高墙体的保温性能, 达到自保温要求。黄旭光、李强[11]等对水泥基秸秆粉煤灰填芯砌块做了有关研究, 研究证明, 水泥基秸秆粉煤灰夹芯砌块具有优良的保温隔热、阻燃、防蛀、防水、无毒无味、轻质、抗真菌侵蚀、强度较高等性能。而且其墙体保温性能能达到节能50%的使用效果。与同等厚度的红砖墙相比, 热阻大大提高, 是一种优良的保温节能材料。对于内填充农作物秸秆的秸秆轻质保温墙板硬化快、强度高、质量轻、易于搬运安装, 具有隔声、防虫、防腐、防火、防潮、防水性好等特点, 最重要的是其导热系数小, 大幅度地提高了墙体的保温性能, 是良好的墙体材料。
2 大掺量粉煤灰混凝土
大掺量粉煤灰混凝土 (HFCC) , 是把粉煤灰看作混凝土的一个独立组份, 以粉煤灰为主要原料, 据工程设计的要求, 来配制混凝土。肖力光等[12]对, 大掺量粉煤灰泡沫混凝土砌块做了研究, 探讨了粉煤灰的处理工艺, 各种外加剂对大掺量粉煤灰泡沫混凝土的影响, 以及其经济效益, 得出了该砌块具有容重轻、强度高、保温隔热性能好、导热系数小、抗冻性、抗碳化性能高、粉煤灰掺量大、成型方便、工艺简单、投资小、见效快等优点, 是一种较为理想的保温节能墙体材料。同时武汉理工大学的郑念念[13]等也对大掺量粉煤灰泡沫混凝土的性能做了比较系统的测试, 测试得出, 粉煤灰和聚丙烯纤维的掺入, 对泡沫混凝土的干燥收缩均有较好的抑制作用, 与一般的泡沫混凝土相比, 大掺量混凝土泡沫混凝土具有轻质高强的特点, 而对比加气混凝土, 在节省了蒸压养护这一工序的同时, 更能节约能源, 对实现资源的可循环利用、降低建筑能耗、实现可持续发展等具有重要现实意义。邱军付, 罗淑湘等[14], 在合理优化各相关参数以后, 制备了粉煤灰掺量大于45%, 干表观密度200kg/m3的性能基本满足外墙保温制品的要求的泡沐混凝土保温板, 也通过掺入适量的粉煤灰激活剂有效的解决制品早期强度偏低现象, 以及通过调整水灰比制得性能较为理想的泡沫混凝土。
3 秸秆粉煤灰条板利用的可能性
秸秆或者是粉煤灰分别制备板材和建材的方法.国内外已经报道了许多专利与非专利技术、通用的方法是经过不同材料比例的物理共婚, 模压而成.这类板材共同的缺点是防水性很差。秸秆是一种韧性材料, 粉煤灰是一种刚性材料, 考虑将这两种废弃物结合起来, 能够开发出低成本高性能的板材, 粘合压板技术工艺制备板材, 防水性差是实施的瓶颈问题, 秸秆的主要成分是粗纤维和无氮浸出物, 粉煤灰的主要组分为硅铝酸盐, 这两种材料的表面均含有自由羟基, 如果采用传统的制得的板材, 从物质结构理论上分析, 是靠物理吸附与部分氢键的集合形成, 在水的存在下, 物质组分很容易离散, 难以防水。针对物质结构分析, 采用材料界面接枝技术与半互穿聚合物网络工艺来解决材料涨缩现象, 使其具有优越的防水、耐腐蚀、抗冲击性、隔音与防虫等效果。另一方面, 墙体材料完全不含有甲醛, 是一种新型环保材料, 乡村秸秆资源丰富, 为墙体生产提供了丰富的原材料。通过秸秆、粉煤灰与粘合剂的比例, 调节板材厚度与强度, 用于制备农房轻质墙体是名副其实的纯天然绿色材料。
4 结语
粉煤灰应用现状探讨 篇3
关键词：高速公路,路面施工,粉煤灰,推广使用
引言
随着国民经济的快速发展, 交通量也增长迅速, 我国的高速公路建设近几年掀起了高潮。不断出现路堤的大量用土与农业争地的问题。由于这种问题备受关注, 所以国家开始不断探索, 试图找出解决这一问题的办法, 他们发现我国年粉煤灰的排放量在四千万吨以上, 并且这些粉煤灰的利用率很低, 而利用这些粉煤灰来修筑公路可以减少环境污染和农田占用面积, 还可以提高道路工程质量, 具有较大的社会经济效益。于是国家变废为宝, 在高速公路路面的施工建设中广泛使用粉煤灰。
1 我国粉煤灰应用现状研究
我国的粉煤灰综合应用的比较晚, 粉煤灰用于道路工程建设所占比例不大, 使用范围主要包括:粉煤灰填筑路堤、水泥粉煤灰稳定类基层、碾压混凝土路面、低强度粉煤灰桩处理软基、粉煤灰水泥混凝土等。针对这种现状, 国家做出了相关的研究工作。通过多年研究, 相关部门和行业对一些地区所产生的粉煤灰的理化标准、颗粒组成、活性、毛细水作用、渗透特性等一些共性进行了初步分析, 提出了对粉煤灰的化学成分、颗粒组成、微观结构相应的试验方法, 也建立了相关应用领域的粉煤灰分类分级指标和标准。在道路工程领域, 也分析了解到粉煤灰的工程性能得出粉煤灰用于公路施工具有密度小、固结作用强、透水性好、压缩性低等的结论。
粉煤灰是一种质地轻、孔隙多、颗粒均匀的无粘性材料, 它用与公路路面施工的优点有很多, 例如, 能充分利用粉煤灰自身重量轻、压缩性小、固结快的特点, 减轻路堤的自身重量、减小软土地基的附加应力, 从而减少总沉降提高路堤的稳定性。但是, 粉煤灰填筑路基也有一定的不利因素, 像机械配置高、运输成本高、用水量大、施工设备要求高。尽管如此, 用粉煤灰填筑路堤可以变废为宝, 可以充分利用资源, 这还是十分有社会价值和环保意义的。
2 粉煤灰在填筑路基方面的应用
2.1 粉煤灰应用之前
在粉煤灰进行道路修建的应用之前, 要先具体分析道路的路基高度和实际的土质情况, 并提出相对应的设计方案, 也要对道路路基所需的施工措施以及控制标准提出要求。在对路基进行设计时, 要根据施工场地和路基的自身建设状况采用一定的措施来排出施工过程中多余的地下水, 从而提高基层材料的凝固速度, 以满足公路施工工程的沉降要求和稳定性要求。在施工过程中, 公路路面的坡度要做包边处理, 以此来保护路面施工粉煤灰填筑路堤的稳定性。在土质的边坡纵横设置一些无妨土工织物所组成的碎石盲沟。在路堤的过程中也要不断的对粉煤灰路堤以及土质边坡自身的强度和稳定性来进行计算, 在计算路堤稳定的过程中, 要保证计算结果的准确和路基的安全度。
2.2 粉煤灰路堤施工的基本要求
粉煤灰路堤施工的施工方法和压实机械大致上与土质路基施工相似, 尤其是粉煤灰压实度能否满足要求取决于以下几点基本要求。
2.2.1 摊铺厚度
粉煤灰的摊铺厚度与摊铺方式以及压实机械的能力有关。摊铺厚度主要通过施工经验来决定, 不宜太厚也不宜太薄, 只有这样才能保证压实层中压实度均匀一致。
2.2.2 含水量
从粉煤灰的基本特性可以看出, 重型的含水量变化范围在百分之十, 土的变化范围是百分之二到百分之五, 它比土的变化范围还要宽。粉煤灰的吸水量大, 失水也快, 因此控制好碾压时的含水量接近或略大于最佳含水量十分重要。
2.2.3 碾压
压实度与碾压机械压实能力的大小和碾压遍数密切相关。振动压路机随其自重吨位的由小变大, 压实效果会越来越好。
3 路面粉煤灰混凝土材料的要求
粉煤灰水泥混凝土要适应路面大规模滑膜施工的需要, 要使路面达到路用指标的要求。为满足这一需要和要求, 相关人士和部门通过室内试验和依托工程滑膜施工粉煤灰混凝土路面, 并结合其材料特点, 探索出了适合路面粉煤灰混凝土的材料要求和配合比设计的方法。
3.1 粉煤灰用于混凝土的品质要求
如果粉煤灰应用于混凝土只是代替粗细集料, 对其品质的要求可相应降低, 但是如果粉煤灰参量比较多以及希望通过掺加粉煤灰使混凝土产生特殊效果的时候, 对粉煤灰的品质要求将是粉煤灰所有应用类型中最为严格的。
3.2 混凝土路面用粉煤灰的品质
在水泥混凝土路面施工工程过程中, 使用的干粉煤灰在细度、烧失量、需求水量、二氧化硫等方面要达到技术要求。检查混凝土路面对粉煤灰的安定性时, 最好不用高钙粉煤灰, 而应使用脱碳煤炭灰。在水泥混凝土路面中使用粉煤灰时, 应该明确所有水泥掺加的混合材料的种类和数量, 以便在粉煤灰混凝土配合比设计中综合考虑粉煤灰的掺量。水泥混凝土路面最好采用电厂煤粉烟道中采集的干粉煤灰和散粉煤灰。
4 粉煤灰的配合比设计方法
从粉煤灰应用于水泥混凝土路面施工以来, 人们就开始研究粉煤灰的配合比问题。与普通混凝土一样, 粉煤灰混凝土强度的影响因素比较多, 找到适合粉煤灰混凝土的配合比的方法不太容易, 需要通过多次试拌调整来确定配合比。
4.1 等量取代法
等量取代法又叫直接取代法, 同时根据粉煤灰的重量和体积按照具体比例来直接代替部分水泥。粉煤灰和水泥, 两者的材料结构不同, 混凝土中火山灰活性即二次水化反应是在水泥一次水化反应的基础上进行的, 所以粉煤灰的等量取代会导致混凝土早起强度低, 后期强度高的现象发生。
4.2 超量取代法
超量取代法是指加入混凝土中的粉煤灰的数量大于所扣除的水泥用量。这种方法不仅增加了混凝土中总的胶凝材料的用量, 而且在设计时考虑了粉煤灰在混凝土中得效应, 所以, 不仅能改善混凝土的性能, 而且可以提高早期强度, 且能达到普通水泥混凝土的要求标准。超量取代法配置的混凝土应用范围比较广泛, 它可以适用于各种结构混凝土。但是这种设计方法也有诸多不利因素, 它的设计方法比较复杂, 需要综合考虑强度、和易性、耐久性、经济性、安全性等方面的因素, 这就需要做大量的试验和校正工作。
5 结束语
公路施工是设计成果的具体体现, 施工质量的优劣直接影响着路面的使用性能。其中施工材料的好坏是公路的基础和关键。综上所述, 粉煤灰在高速公路路面施工中得应用能提高路面质量, 延长路面使用寿命, 还能变废为宝、保护环境。又根据我国有丰富的煤炭资源, 电厂排放的大量的粉煤灰及待利用, 所以粉煤灰的利用价值大大提高了。以粉煤灰为主要材料生产粉煤灰水泥, 不仅有利于解决水泥工业的资源环境问题, 而且经济效益也很客观。它的使用既减少了发电厂堆放粉煤灰的占地, 减少了扬尘, 节约了水泥, 减少了有害气体的排放, 从而减少了生产水泥所用材料对环境的破坏。因此, 为做好我国高速公路的建设工作, 相关人员要提高公路的科技含量, 积极采用新材料、新技术, 研发使用粉煤灰的新技术, 推广粉煤灰的使用, 促进我国的公路质量更好的发展。
参考文献
[1]谢勇成.粉煤灰在路面混凝土中的应用[C].第三届国际道路和机场路面技术大会论文集, 1998, 3.
粉煤灰应用现状探讨 篇4
关键词：粉煤灰,矿井,固体污染物,燃煤污染
目前, 燃煤仍然是我国发电的主要方式之一。随着我国经济的快速发展, 对电力的需求越来越大, 发电厂的燃煤数量也随着增加。粉煤灰是燃煤发电产生的主要废物之一。如果不对粉煤灰进行处理, 任由其排入空气中, 易造成空气污染。同时, 由于粉煤灰的吸水性强、凝结硬化性能好等特点, 如果粉煤灰排入水中, 则很容易淤塞河道, 对环境造成破坏。充分利用粉煤灰的化学物理性质实现变废为宝, 是解决我国电力生产造成的环境污染、降低粉煤灰处理成本的根本方法。经过长时间的研究, 目前, 粉煤灰已在许多领域得到了广泛应用, 矿井防灭火是其中一个方面。矿井火灾会严重影响煤矿的安全生产, 研究矿井防灭火技术对矿井工作的顺利开展具有非常重要的意义。
1 粉煤灰在矿井防灭火中的应用原理
粉煤灰是煤燃烧后形成的一种灰色或灰白色的粉状物, 其吸水性好, 化学性质与黄土类似, 将其应用于矿井防灭火中具有很大的可行性。
矿井下防灭火的原理:主要采用充填材料建立隔离带, 以破坏煤炭自燃的必要条件, 达到防漏风、防自燃、抑制燃烧的效果, 从而实现井下防火和灭火的目的。根据破坏煤炭自燃条件的不同, 矿井防灭火的作用原理也不同, 井下充填材料的选择也各不相同。从填充材料的选择看, 井下充填材料包括灌浆、阻化剂、惰性气体和泡沫等。以往, 黄泥灌浆是我国矿井防灭火的首选技术。然而, 黄泥的过度开采必然会对环境造成破坏。为了解决这个问题, 寻找一种与黄泥相似的替代材料成为矿井防灭火技术研究的关键。
粉煤灰的化学性质与黄泥接近。黄泥属于惰性材料, 基本上不含助燃的化学成分。黄泥的化学性质是黄泥灌浆成为矿井防灭火常见方法的重要原因。粉煤灰的化学成分与黄泥类似, 主要由氧化硅、氧化钙等不燃物质组成, 基本上不含可燃物质。
从粉煤灰的物理性质看, 粉煤灰的稳定性和脱水性较好, 易于混合成浆和浆体传输。粉煤灰的颗粒配级以沙粒、土粒为主, 颗粒半径较小, 颗粒形状接近球形, 吸水性能良好。由于粉煤灰的颗粒呈多孔结构, 且比表面积大, 与水相拌后易混合成浆。同时, 由于粉煤灰的颗粒较小, 粉煤灰与水混合成粉煤灰浆后的稳定性和流动性都较高, 利用管道运输灌浆的综合效果非常好, 填充后的密封性能良好。
与黄土相比, 粉煤灰在矿井防灭火中应用优势是显而易见的。从使用性能看, 粉煤灰的稳定性和流动性更好。黄泥的颗粒半径比粉煤灰大, 脱水性较差, 利用黄泥灌浆容易被水流冲走, 密封效果和灭火效果较差;从使用成本看, 粉煤灰的成本较低, 将发电厂日常排放的粉煤灰应用于矿井防灭火中是变废为宝、减少燃煤污染、降低燃煤成本的重要方法, 综上所述, 将粉煤灰应用于矿井防灭火中具有可行性;从使用来源来说, 一些煤矿所在地的黄土较少, 利用黄土作为充填材料的土源不足, 而我国许多煤矿都建有热电站, 粉煤灰的来源非常广泛。
2 粉煤灰在矿井防灭火中的应用效果
粉煤灰应用于矿井防灭火的优势明显。将粉煤灰作为井下防灭火充填材料的施工周期较短, 由于粉煤灰的脱水性较好、脱水时间短, 有利于缩短采区工作面的恢复时间;由于粉煤灰的颗粒体积小、内表面积较大、孔隙体积大、透气性强和吸水性较好, 利用粉煤灰作为充填材料的密封性能较好, 隔绝空气的效果较好, 灭火速度较快;许多煤矿都建有坑口热电站, 粉煤灰的来源广泛且与煤矿距离较近, 缩短粉煤灰运输距离有利于降低防灭火施工的运输成本, 从而达到提高施工整体效益的目的, 且利用粉煤灰可避免对土壤的破坏, 同时, 可降低燃煤发电对环境的污染。
虽然粉煤灰在矿井防灭火中的应用效果明显, 但也应看到粉煤灰技术中存在的不足。具体不足之处有以下3点:1与水泥、石膏等物质不同, 粉煤灰与水混合后无法发生化学反应, 无法凝固成固体或胶体。只有在加入石灰等碱性物质后, 粉煤灰才能与之反应凝固成为具有一定强度的固体或胶体。2由于粉煤灰的脱水性比较好, 且沉淀速度比较快, 如果单纯使用粉煤灰与水的混合物, 则粉煤灰在灌浆过程中易发生灰水分离, 粉煤灰沉淀、清水流走, 进而造成管路堵塞。在这种情况下, 粉煤灰的防火灭火性能必然大打折扣, 在煤炭发生自燃时甚至有可能造成水煤气爆炸的潜在危险。因此, 要想实现粉煤灰应用于矿井防灭火的理想效果, 充分发挥粉煤灰灭火的优势, 就必须在粉煤灰浆中添加其他材料, 使粉煤灰混合物凝固成为固化填充材料, 防止混合物水灰分离。然而, 这种处理方案无疑增加了粉煤灰防灭火技术的难度和成本。3粉煤灰不宜长期储存, 一旦储存时间过长, 则会发生凝固结块, 无法投入使用。
3 结束语
矿井火灾是煤矿最危险的事故之一, 严重影响着煤矿的安全生产。经过长时间的研究, 我国的矿井防灭火技术已有了长足的进步和发展。粉煤灰的价格低廉、来源广泛, 将其应用于矿井防灭火中的可行性非常高, 应用前景十分可观。加大对粉煤灰作为防灭火材料的研究, 对提高井下防灭火技术、减少矿井火灾事故具有非常重要的现实意义。
参考文献
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粉煤灰应用现状探讨 篇5
关键词：Ⅱ级粉煤灰,高性能混凝土,应用
0 引言
粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒, 亦称飞灰, 其化学成分主要是Si O2 ( 45~65%) 、Al2O3 ( 20~35%) 及Fe2O3 ( 5~10%) 和Ca O ( 5%) 等, 粉煤灰掺入混凝土后, 不仅可以取代部分水泥, 降低混凝土的成本, 保护环境, 而且能与水泥互补短长, 均衡协合, 改善混凝土的一系列性能, 粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益。
II级粉煤灰的粒径相对较大, 在经过一定加工之后则可以达到II级灰标准, 能够制作成具有较高性能的混凝土材料。 但是在实际应用中, 常常因为对粉煤灰的掺量和水胶比把控不当, 导致制配成的高性能混凝土强度、耐久性等性能难以达到预期要求。
针对这一现状, 本文将通过实验来研究II级粉煤灰的粉煤灰掺量以及水胶比, 根据混凝土的应用需求确定最佳配比标准, 以确保高性能混凝土的强度、耐久性等性能参数都达到使用要求。
1 粉煤灰对于配置高性能混凝土的重要意义
粉煤灰作为一种工业废料, 用做混凝土掺和料, 有利于变废为宝, 能很好的降低工程造价。 更主要的是它能提供混凝土的高工作性、 高密实度、 高体积稳定性等高性能。 尤其是在制配高性能混凝土时, 掺入适量的粉煤灰, 能有效改善新拌混凝土的和易性, 抑制新拌混凝土的泌水, 提高混凝土的后期强度, 降低混凝土的水化热, 改善混凝土的耐久性, 从而确保混凝土的各项参数达到设计要求。
2 用II级粉煤灰制配高性能混凝土存在的问题
2.1 早期强度低
II级粉煤灰对混凝土的强度及工作性有很大的改善, 但粉煤灰混凝土存在早期强度低的问题。 在水胶比相同时, 混凝土的早期强度, 随粉煤灰掺量的增加而降低。因为粉煤灰在水化早期没有参与反应, 取代水泥后, 减少了初期水泥反应的数量, 所以混凝土早期强度的增长会受到限制, 不易达到强度指标。
2.2 粉煤灰掺量和水胶比不易控制
在粉煤灰掺量不大时, 混凝土的早期强度还是可以的。但是粉煤灰具有减水增强的作用, 掺量越多, 水泥用量相应减少, 生成的CH也就越来越少, 最终可能影响粉煤灰活性的激发。 而且, 二次水化反应生成的CSH凝胶, 是粉煤灰和CH相等共同作用的结果, 如果生成的CH被大量消耗, 不仅会影响混凝土后期强度的增长, 还会使混凝土碱度下降和抗碳化能力降低。 因此, 对粉煤灰的掺入量要进行适当的控制。
3 改进方案
针对上述问题, 本文将通过以下实验来研究改进方案, 并结合不同的应用需求提出合理化建议:
3.1 试验原材料
在本次试验中, 原材料有粉煤灰 ( 细度15.0%, 烧失量6.61% , 含水率0.2% , SO3 0.66% , 比表面积470m2/kg) , 河砂, HL-HPC聚羧酸高效减水剂, P.O42.5 水泥 ( 比表面积360m2/kg) 。
3.2试验内容
①方案选择。
在高性能混凝土中, 其同普通混凝土所使用的原材料基本相同, 并具有一定的矿物细掺料以及外加剂。 根据高性能混凝土材料的配置特点以及配制要求, 我们所选择的试验因素为粉煤灰掺量以及水胶比, 通过二因素四水平正交表方式对其进行正交试验。 其中, 我们将最大粉煤灰掺量设定为54%, 最低水胶比设定为0.23。
②试验内容。
根据正交表要求, 我们共将混凝土试验分为16 个组, 其中, 试件成型为一个长宽高皆为100mm的立方体, 最大骨料粒径为20mm, 其中不同组混凝土拌合物的坍落度在21cm左右, HL-HPC在水胶比在0.25 时掺量为1.1% , 在为0.3、0.35、0.4 时其掺量为0.8, 含气量控制在6%左右, 16 组混凝土在3d、28d以及60d龄期所具有的抗压如表1所示。
在上述试验基础上, 我们分别对3d、28d以及60d的抗压强度进行极差以及方差分析, 分析结果如表2 和表3所示。
4 实验结果分析
4.1 极差、方差分析
从表2 中结果我们可以了解到, 对于3d龄期强度, 粉煤灰掺量的多少对于强度的影响同水胶比大小相比具有更为显著的影响, 对于28 以及60d强度, 水胶比对于强度额影响同粉煤灰相比所具有的影响更为显著。经过进一步的研究可以发现, 水胶比对60d强度同对28d强度相比, 其极差值存在着一定的下降情况, 该种情况的存在同粉煤灰后期结果也具有一定的关联。
而从表3 中对于方差分析的结果则可以了解到, 极差分析同方差分析间结果也具有较强的相似性, 即在3d情况下, 粉煤灰掺量同水胶比相比具有更强的强度影响水平, 在28 以及60d情况下, 粉煤灰同水胶比两类因素所具有的显著性水平均有所提升, 但两者相比粉煤灰依然具有着较强的显著性, 且无论是对于哪一种时期, 粉煤灰同水胶比的变化情况都对混凝土强度具有着较为显著的影响, 而该种结果也同目前很多论文著作以及研究结果具有着较为一致的特点, 即对于混凝土强度来说, 矿物掺量、水胶比以及外加剂是对强度具有最大影响的部分。
4.2 强度试验结果分析
从表1 在不同粉煤灰掺量、不同水胶比情况下强度变化可以了解到, 在水胶比相同的情况下, 不同时期混凝土的抗压强度会随着粉煤灰掺量的增加而降低, 而随着龄期的增长, 混凝土在粉煤灰掺量不同的情况下之间的强度差会呈现出一种减少的趋势。 而在粉煤灰掺量相同时, 不同龄期混凝土抗压强度也会随着其中水胶比值的减少而增加, 而当其中粉煤灰掺量在50%以上、水胶比在0.3 以下时, 当水胶比减少时, 高龄期混凝土的强度会具有较大的增长幅度。
经过对相关资料的研究, 可以了解到粉煤灰对于混凝土强度所具有的作用会随着其龄期的提升而增加, 即成正比关系, 而同水胶比间则存在着一种反比关系, 同本试验所获得的结果相符。
4.3 耐久性试验
在混凝土耐久性方面, 我们所使用的检验方式为大水头抗渗性能试验, 通过逐级加压的方式对试件的渗透高度进行考察。其中, 当粉煤灰掺量为55%、水胶比为0.4、混凝土含气量在5.7%情况下, 在28d时其所具有的渗透高度在25mm左右;60d情况下试件所具有的渗透高度在15mm左右。
从这里则可以了解到, 通过粉煤灰掺量以及水胶比数值的提升, 在对混凝土材料中含气量进行控制之后, 混凝土材料具有着较高的抗渗性能, 且当令其在60d之后所具有的抗渗性能会达到最高值。
在500 次冻融循环试验中, 对混凝土相对动弹质量损失率以及模数进行考察。 所获得的冻融性能结果表明, 除了在28d、水胶比在0.4 情况下, 混凝土所具有的冻融性能、质量损失以及动弹模数, 当粉煤灰含量在35%时其所具有的强度同55%粉煤灰掺量相比较高, 且其中相对动弹模数所具有的差值不大, 在质量损失方面也具有着较大的差距。而对于60d混凝土, 粉煤灰在55%以及35%情况下所具有的冻融性能较为接近, 即当粉煤灰掺量较大时, 其也具有着更大的质量损失。 而当龄期在60d以后时, 其在质量损失方面则明显减小。 在此种情况下, 我们在混凝土中对适量的引气剂进行掺入, 将混凝土含气量控制在5%时, 无论是55%还是35%情况下, 混凝土在经受500 次冻融循环之后, 其所具有的相对动弹模数都保持在75%以上。
5 结论及建议
5.1 结论
①从强度角度看来, 通过上述实验, 对II级粉煤灰掺量以及水胶比的不同情况配置, 则能够对不同强度的混凝土进行配置。 在28d龄期, 根据不同配比情况可以配置出C35 至C50 间的混凝土, 而在60d龄期情况下, 则可以配置出C45 至C60 的混凝土。
②从耐久性方面看来, 通过将引气剂在材料中的掺加, 即使在粉煤灰掺量较大的情况下, 当冻融循环结束后, 在28d以及60d情况下, 将混凝土含气量控制在5%左右, 材料的相对动弹模数都保持在75%以上, 依然能够满足规范要求, 且具有一定的富余。
③从经济角度看来, 对于指标在II级灰范围内、且粒度较大的III级粉煤灰, 通过一定的研磨之后则能够满足II级灰要求。 对于该类型煤灰而言, 其具有着较大的产量, 不仅配制出的粉煤灰在强度方面能够满足设计要求, 且在耐久性以及经济性方面也具有着较为明显的优点。
5.2 建议
实验结论显示, 优化后的粉煤灰掺量及配置参数比较符合混凝土龄期、强度等指标, 在实际应用中, 只要根据不同龄期或强度要求进行制配, 就可以得到所需的混凝土。笔者建议在制配过程中, 应该重点关注混凝土的龄期、强度等配置要求, 在粉煤灰数确定后, 选择适当的配合比, 采用较低的水胶比, 是保证混凝土强度的有效办法, 可以使粉煤灰效应得到充分的发挥。
参考文献
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