1、粉煤灰综合利用电子讲稿 内蒙古电力学院能动系 李晓婕,第一章 概述,第一节粉煤灰综合利用的重要意义 我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤的火力发电为主。 由于燃煤机组的不断增加，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增加。1985年火电厂排灰渣总量为3768万吨，到1995年增加到9936万吨，平均每年增加560万吨。,按目前的煤种，以全国平均计，每增加10MW装机容量每年约增加近万吨粉煤灰的排放量。到2000年粉煤灰排放量已达到1.2亿吨。按目前的排灰状况和利用水平，冲灰用水量和贮灰场占地将要增加1倍，分别达到10多亿吨和40多万亩。,以上海市为例，按19782001
2、年的统计，全市共排放粉煤灰5512.2万吨，累计利用量为4822.6万吨，按每处置1吨灰包括贮灰场基本建设和运行费用15元计，则为国家共节约资金7.23亿元，而且减少贮灰场占地约1万亩，其中有的利用途径还具有明显的经济效益。,如在混凝土中掺加磨细的粉煤灰、 用粉煤灰制作水泥混合材以及替代矿渣 生产粉煤灰密实砌块等。 以全国粉煤灰利用工作较先进的江苏省南通市为例 19911995年共排放粉煤灰292万吨，利用量为301万吨，利用率为大于100%，取得了十分明显的社会、经济和环境效益：电厂周围的环境得到了改善；,节省了土地资源；电厂降低了成本，延长了灰厂储灰年限，节约了运灰费用 ；带动了一批建材企
3、业。 粉煤灰在高速公路中应用，其社会效益、环境效益、经济效益更为可观。 1990年浙江杭州钱江二桥北岸公路接线工程用粉煤灰填筑路堤 1992年完成的山东济南青岛高速公路粉煤灰路堤试点工程 京深高速公路石家庄到安阳段,粉煤灰综合利用使许多老电厂摆脱了生产困境。 所以，在有条件的地方，千方百计抓好粉煤灰综合利用，可以充分利用资源，减少贮灰场的建设或延长其使用年限，节约宝贵的土地资源和建设资金，大大减少对环境的污染，这对电厂、对社会都有十分重要的意义。,第二节我国粉煤灰综合利用概况 早在20世纪50年代已开始在建筑工程中用作混凝土、砂浆的掺合料，在建材工业中用来生产砖，在道路工程中作路面基层材料等，
4、尤其在水电建设大坝工程中使用最多；但总的利用量较少。 20世纪60年代开始粉煤灰利用重点转向墙体材料，研制生产粉煤灰密实砌块、墙板、粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰粘土烧结砖等。,20世纪70年代，国家为建材工业中利用粉煤灰投资5.7亿元。但由于种种原因，1980年粉煤灰的利用率仅14%。 20世纪80年代，随着我国改革开放政策的深入发展，国家把资源综合利用作为经济建设中的一项重大经济技术政策。 粉煤灰的处置和利用在指导思想上不断发展深化，从“以储为主”改为“储用结合，积极利用”，再进一步明确为“以用为主”，使粉煤灰综合利用得到蓬勃的发展。 综合利用率已摆脱多年徘徊在20%的局面，1995年已经达到41
5、.7%，2000年已达到58%。,第三节 我国粉煤灰综合利用技术概述由于国家长期以来十分重视粉煤灰综合利用，而且在坚持不懈地组织推动，因此全国粉煤灰综合利用技术不断提高和创新，各种项目不下百种，几乎包括了世界各国所有的利用技术。 重点开发研究的课题 1、大掺量粉煤灰制品研究开发（掺量50%）； 2、长距离（2km以上）粉煤灰输送系统； 3、粉煤灰的分选工艺及设备研究与应用，提高干灰分离效率和设备寿命；,4、分选后粗灰和超细灰的代砂和高强混凝土等方面的应用开发； 5、粉煤灰的纯灰种植（储灰场种植）及在农业上的应用研究，海水冲灰的围海灰场改善环境，种植植物，开发利用； 6、粉煤灰做防火、工程材料的
6、添加剂及提取氧化铝的研究； 7、各种使用粉煤灰的质量标准、产品标准，各种利用技术的设计、施工技术规程； 8、粉煤灰综合利用技术经济评价体系的研究。,第四节 世界各国粉煤灰综合利用动态 1、几个排灰大国的利用情况 根据目前掌握的信息，年排灰量在5000万吨以上的大国，有前苏联、中国和美国，分别是1.2亿吨、1.2亿吨和7344万吨。从总体看，在排放量较大的国家中我国的利用量和利用率是最高的。,前苏联以湿排粉煤灰为主，最近期间才开始增加干排灰的设施，现每年干排灰为1000万吨，约占10%，年利用量为1500万吨，利用率为13%。主要用来制作水泥、墙体制品、混凝土、砂浆掺合料和道路填方材料。 美国是
7、粉煤灰资源开发利用比较先进的国家，他们重视国家立法的作用。,2、比较重视固体工业废渣利用的一些国家 英国：发展了适用于钢筋混凝土的优质商品粉煤灰“普浊兰”。 波兰：煤炭资源丰富，在欧洲仅次于前苏联。在粉煤灰的利用中，侧重于建材产品。 法国：粉煤灰综合利用起步早，特别在水泥、混凝土方面的应用技术研究有较深的基础。,3、其他一些国家这些国家的粉煤灰排放量更小，在利用率上也并不高，但在综合利用方面都有各自的特色。 澳大利亚：非常重视粉煤灰混凝土工业质量控制体系，有专门经营优质粉煤灰产品的公司。 日本：粉煤灰的有效利用率占30%，使粉煤灰在很多方面得到了应用。,第二章粉煤灰的形成过程及其收集和处理,煤
8、炭在锅炉中燃烧后有两种固态残留物灰和渣。随烟气从锅炉尾部排出的，主要经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰，简称灰或飞灰；颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出来的称为炉底渣，简称渣或大渣。 收集起来的粉煤灰经除灰系统，或送入灰用户加以利用，或送至灰场储存。,第一节煤炭及电厂燃煤锅炉 一 、煤的形成、组成和分类 1、煤的形成 古代植物泥炭褐煤烟煤无烟煤 2、煤的组分 在工业上常将煤的组分划分为工业分析组分和元素分析组分两种。 煤中灰分是一种惰性组分，因此高灰分煤的发热量低。 煤中灰分在燃烧过程中经氧化、分解、化合作用而形成灰渣。,3、煤的性质指标 发热量；可磨性；煤粉细度；煤灰熔融性；密度（真密度
9、、视密度、松装密度）；着火点。 4、煤的分析基准由于煤中灰分和水分经常随开采、运输、贮存及气候条件的变化而变化，所以同一煤种的各项成分的质量百分数并不相同，因此必须说明成分分析的基础，才可判断煤的种类和性质。工业上通常使用收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种基准作为成分总量的计算基数。,5、煤的分类目前按表征煤化程度的参数，即干燥无灰基挥发分作为分类指标，粗略地将煤划分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。 二、锅炉的类型及特性 工业上使用的锅炉分为电站锅炉和工业锅炉两大类。 按燃烧方式，锅炉可分为层燃炉、煤粉炉、流化床炉、旋风炉等。按燃烧方式分类的锅炉，对燃煤的要求及其所形成的灰渣均有所不同。,
10、（1）层燃炉 层燃炉显著的结构特点是具有一个金属栅格炉排（或炉箅），燃料置于其上，形成均匀的、有一定厚度的燃料层并燃烧，故亦称火床炉。 按照燃料层相对于炉排的运动方式，层燃炉又可分为三类：燃料层不移动的固定层炉子，如抛煤机炉；燃料层沿炉排面移动的炉子，如倾斜推饲炉和振动炉排炉；燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。,（2）煤粉炉是煤悬浮燃烧的锅炉。煤经磨煤机磨成粉状之后，随空气一起喷入炉膛空间进行燃烧。磨煤机的类型很多，常见的有钢球磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。 （3）旋风炉排出的渣为液态渣，燃料也是煤粉。它的特点是在前置的圆筒形风筒内组织旋涡燃烧。,（4）流化床锅炉 流化床
11、锅炉亦称沸腾炉。它的优点是：对燃料的适应性很强；燃料中加入石灰石可以进行炉内脱硫；燃烧温度低，NOx排放量小；灰渣活性高，利于综合利用。其缺点是目前单台锅炉容量小，设备的磨损问题也有待于解决。 循环流化床锅炉是20世纪70年代末发展起来的第二代流化床锅炉。,第二节粉煤灰的收集 从锅炉含尘烟气中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器。 一、除尘器的类型 按作用于除尘器的外力和除尘器 的作用机理，可将除尘器分为四大类型。 1、机械力除尘器 2、过滤除尘器 3、电除尘器 4、湿式除尘器,二、除尘器的选用 排烟性质、状况及其变化，各种除尘器的特性及适用范围是选择除尘器的两个基本因素。 分散
12、度-指粉煤灰中各种粒级的质量百分组成。 含尘浓度-指单位体积烟气内含有的烟尘质量。 尘粒密度。 尘粒比电阻。,尘粒的粘附性-尘粒间的凝聚或尘粒对器壁粘附堆积的附着力。 烟气量-锅炉燃烧过程中所产生的废气流量。 烟气温度和露点。 三、几种常见的除尘器 1、袋式除尘器 袋式除尘器属于织物过滤器类，是利用棉、毛或人造纤维（化学与玻璃纤维）等加工制成滤袋进行过滤除尘的。,粉尘通过滤布时，产生筛滤、碰撞、拦截、扩散、静电和重力沉降等作用，粗尘粒首先被阻留，并在网孔之间产生“架桥”现象，形成粉尘初层。之后形成粉尘过滤层，相应地，过滤效率和阻力都增大了。当阻力达一定程度时，需清除积存的灰尘。经过一段周期性的
13、过滤和清灰，剩余的积灰趋于稳定，可保持比较高的除尘效率。 不同结构的袋式过滤器的主要区别是过滤元件的形状和清灰方法。,袋式除尘器的除尘效率高，设备结构简单，投资比电除尘器低。 袋式除尘器收集的是干状灰，有利于灰的综合利用且无废水处理问题。 袋式除尘器的缺点是过滤速度低，过滤面积大，设备庞大。 目前国产滤袋易损，检修和维护滤袋的工作量较大，劳动条件较差，因而限制了其推广和使用。,2、电除尘器 电除尘器是一种高效干式除尘器，处理烟气量大，目前新建的大中型电站锅炉基本上采用此种除尘器。 对产生电晕的放电极和接地收尘的集尘极施加高压直流电，在其间就会产生一个不均匀电场。 电晕线周围的电场强度很大，使空
14、气电离，产生大量电子和正、负离子。,正离子驱向放电极后被中和，负离子和电子在电场力作用下向集尘极运动。 当含尘烟气通过电场时，固体尘粒与这些电子、负离子相碰撞而带电。荷电尘粒在电场力作用下向集尘极运动，到达极板后释放出电荷。沉积在集尘极上的粉尘经过周期性的振打，在重力和惯性作用下，掉落至灰斗，由卸灰器排走。,第三节 除灰系统 火力发电厂除灰（含渣）系统，就是将炉底渣和粉煤灰收集、输送、储灰（或综合利用）的工艺系统，通常分为厂内、厂外两部分。 厂内除灰系统是将锅炉的灰渣集中到储灰设施内待运；厂外除灰系统指由输送设备、管道或车船等将灰渣运至储灰场储存或运往灰渣用户。,一、除灰系统的类型 1、气力除
15、灰系统 以空气为输送介质和动力，将锅炉各集灰斗的干灰输送到指定地点。 适于中短距离定点输送，既保持了灰的活性，又没有灰水污染等问题。 根据系统压力的不同，可分为负压（真空式）和正压（压力式）两大类。,2、埋刮板输送机和螺旋输送机 埋刮板输送机是一种在封闭的矩形断面的壳体中，借助于运动着的刮板，输送粉状、小颗粒等物料的输送设备。 螺旋输送机是一种常用于水平或小于20。倾角的粉粒状物料输送设备，俗称铰笼。 3、水力除灰系统 油隔离泵、柱塞泵、水隔离泵、沃曼泵,第四节 粉煤灰的优化加工 粉煤灰是一种活性矿物质细粉资源。 粉煤灰球磨、分级、湿灰干燥和分级等优化加工技术的兴起，不仅可确保电厂所供应的不同
16、品种粉煤灰的质量，并可使其更合理地开发利用，进一步提高粉煤灰利用的技术和经济效益。,一、粉煤灰的磨细加工 粉煤灰磨细加工使粉煤灰以商品的角色进入混凝土的原料市场，并使它的品质（细度、需水量比）和质量均匀性符合结构混凝土的使用技术要求。 二、粉煤灰干法分级 分级是根据产品粒度范围要求，将符合要求的颗粒分出。 三、湿排粉煤灰的过滤、干燥和分级,第三章粉煤灰的基本性能,第一节粉煤灰的分类与理化性能 一、粉煤灰的分类 1、ASTM C 618分类法 美国ASTM C 6181980将粉煤灰分为F类粉煤灰（相当于我国的低钙粉煤灰）及C类粉煤灰（相当于我国的高钙粉煤灰），其定义如下。,（1）F类粉煤灰：通
17、常是由燃烧无烟煤或烟煤所得的，并能符合这一类技术条件的粉煤灰。这一类粉煤灰具有火山灰性能。 （2）C类粉煤灰：通常是由燃烧褐煤或次烟煤所得的，并能符合这一类技术条件的粉煤灰。这一类粉煤灰除具有火山灰性能外，同时显示某些胶凝性。某些C类灰的氧化钙含量高于10%。,2、McCarthy分类法 基于氧化钙的含量分类。 氧化钙量（%）10 低钙粉煤灰 氧化钙量（%）1019.9 中钙粉煤灰 氧化钙量（%）20 高钙粉煤灰3、Majko分类法 根据粉煤灰自身是否具有胶凝性分类粉煤灰类别 凝结性能 水中稳定性F类灰 不凝结硬化 不稳定 中等胶凝性C1类灰 60min内凝结硬化 稳定 强胶凝性C2类灰 15
18、min内凝结硬化 稳定,二、粉煤灰的化学组成(%) 成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O 烧失量 平均值 50.6 27.2 7.0 2.8 1.2 0.3 0.5 1.3 8.2 三、粉煤灰的矿物组成 矿物名称 石英 莫来石 赤铁矿 磁铁矿 玻璃体范 围 0.918.5 2.734.1 04.7 0.413.8 50.279.0均 值 8.1 21.2 1.1 2.8 60.4 四、粉煤灰的物理性能 粉煤灰的品位波动性较大。,五、粉煤灰的颗粒特性 1、粉煤灰颗粒的形成及其形貌 第一阶段，粉煤灰变成多孔碳粒。 第二阶段，粉煤灰由多孔碳粒转变为多孔玻璃
19、体。 第三阶段，粉煤灰由多孔玻璃体变为玻璃珠。 粉煤灰颗粒基本上可由低铁玻璃珠、高铁玻璃珠、多孔玻璃体及碳粒组成。,2、粉煤灰的粒径分布 粉煤灰的粒径波动于0.0010.1mm之间。与粉质粘土及粉质砂土相比，其粒径分布范围较窄，是一匀质级配材料。 3、粉煤灰各颗粒成分的化学组成 4、粉煤灰各颗粒成分的矿物组成低铁玻璃珠内主要为低铁玻璃体，它夹杂的晶体矿物最少，主要为莫来石、石英以及微量的磁铁矿和金红石。,高铁玻璃珠除含铁玻璃体外，尚有一定量的磁铁矿及赤铁矿。 多孔玻璃体内含有大量莫来石及石英。 多孔碳粒内粘连着一定量的硅酸盐矿物及玻璃体。 5、粉煤灰各颗粒成分的物理性能以密度为例，玻璃珠显著地
20、高于多孔玻璃体及多孔碳粒，亦高于原灰。,6、粉煤灰各颗粒成分的化学活性 粉煤灰内的氧化硅及氧化铝可在常温下与水泥水化时析出的石灰发生火山灰反应，形成水化产物，增进混凝土的强度。 化学活性较高的粉煤灰，其生成的水化产物较多，其强度贡献也较大。 7、粉煤灰各颗粒成分的强度贡献 粉煤灰作为混凝土的掺合料，其品质评定的最主要方法之一是其对混凝土强度的贡献。,低铁玻璃珠硬化浆体的强度显著地高于高铁玻璃珠及多孔玻璃体，高铁玻璃珠的强度又略高于多孔玻璃体。 多孔玻璃体的化学活性最高，生成的水化产物量最多，但其硬化浆体的强度却最低。 粉煤灰的强度贡献既与化学活性即水化产物的种类及数量有关，同时亦取决于粉煤灰的
21、需水性，或其浆体结构的空隙率。,多孔玻璃体化学活性虽高，但其空隙率大，故标准稠度需水量大。由于硬化浆体空隙率较高，因而其强度最低。 磁性玻璃体的活性虽低，但成型需水量较低，因而仍具有一定的强度。,第二节粉煤灰的品质参数 一、粉煤灰的品质参数 （一 ）细度 粉煤灰的细度可分别由比表面积、80微米筛筛余量、45微米筛筛余量及粒径表示。 （二）需水量比 需水量比是指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值，以百分量计。,需水量比愈小，粉煤灰的强度愈大。 （三）烧失量 1、烧失量与粉煤灰强度贡献的关系 粉煤灰烧失量对其强度贡献的影响存在着一些不同的看法。 2、烧失量与引
22、气剂剂量的关系 粉煤灰掺如混凝土胶砂中后，即使引气剂剂量及用水量相同，粉煤灰胶砂的含气量仍显著地低于基准胶砂。,含气量降低的幅度与粉煤灰中的烧失量有关，并随烧失量的提高而增大，为使混凝土具有与基准混凝土相同的抗冻性，其含气量水平亦应相同或略高一些。粉煤灰混凝土中需要的引气剂剂量随粉煤灰中碳分的增加而成倍地提高。,3、烧失量与抗冻性的关系 混凝土的抗冻性可通过一定次数的冻融循环后分别用耐久性系数及质量损失值进行说明。 碳分的危害作用来自其多孔体。引气剂易被多孔体吸附，减少了其周围的的气泡量。同时，它可视作为一个蓄水中心，并在严寒气候下形成冰屑影响混凝土的耐久性。,（四）氧化硅、氧化铝及氧化铁含量
23、 粉煤灰的酸性氧化物，特别是以玻璃体形态存在的氧化硅、氧化铝及氧化铁是参与火山灰反应的主要氧化物，与粉煤灰的强度贡献之间不存在明显的相关性。 （五）玻璃体 玻璃体内以无定形形态存在的氧化硅及氧化铝的化学活性较高，有可能有较大的强度贡献。,（六）密度 密度较高的粉煤灰，其多孔玻璃体含量较低，玻璃珠含量较高，因而其强度贡献亦较大。 （七）安定性 粉煤灰加入混凝土后，其三氧化硫、氧化镁及钾、钠含量较高时有可能影响混凝土的安定性。,1、三氧化硫 粉煤灰内的三氧化主要集中在粉煤灰颗粒的表层。 三硫型水化硫铝酸钙是一含大量结晶水的水化产物，因而在硬化浆体内形成一定的膨胀作用。2、氧化镁 粉煤灰内的氧化镁能
24、以两种形态存在：玻璃体及方镁石结晶体。,（八）含碱量 含碱量系指粉煤灰内碱金属，即钾、钠氧化物的含量。 碱能延迟混凝土的凝结时间，亦可能通过碱集料反应影响混凝土的耐久性。,二、细度对混凝土性能的影响 细粒径粉煤灰的活性成分较高，需水量比较低，强度贡献较大；因此，它同时可增进新拌及硬化混凝土的性能。 1、细度对泌水性的影响 混凝土的泌水性随着粉煤灰粒径的减小和掺量的增加而减少。 细粒径粉煤灰可使新拌混凝土具有较好的保水性，不易离析，可泵性亦显著提高。,2、细度对温升的影响 不同粒级粉煤灰都可明显降低混凝土的温升，但粗粒级粉煤灰的降低幅度大于细灰。 3、细度对强度发展的影响 随着粉煤灰粒径的减小，
25、其胶砂相对强度明显增加。 4、细度对渗透系数的影响 随着粉煤灰粒径的减小，其浆体的渗透系数显著降低。,5、细度对耐磨性的影响 混凝土的耐磨性大体上随粉煤灰粒径减小而提高（掺量） 6、细度对碱集料反应的影响 掺入粉煤灰后碱集料反应受到明显的抑制，细粒级粉煤灰比粗粒级更有效，30%粉煤灰的效果优于15%。,第三节高钙粉煤灰的特性 高钙粉煤灰来自褐煤及次烟煤。由于氧化钙含量较高，它含有一定量的自硬性矿物；因此，它除具有低钙粉煤灰的火山灰性能外，尚有一定的自硬性，有利于增进其强度贡献 一、高钙粉煤灰的物理化学性能 （一）高钙粉煤灰的化学组成 1、煤种对粉煤灰化学组成的的影响 各煤种粉煤灰氧化钙含量的递
26、减顺序为：褐煤次烟煤烟煤无烟煤,氧化硅及氧化铝的含量则与上述趋势相反。 2、氧化钙含量与其他化学组成的关系 粉煤灰中的氧化钙量变化后，其他氧化物亦发生规律性的变化。 氧化钙含量增大后，硅、铝氧化物都相应地降低，烧失量逐步降低，三氧化硫、氧化镁、氧化钠或有效钙量随氧化钙量的增加而提高。,3、高钙粉煤灰的典型化学组成 目前我国高钙粉煤灰的排放量较少，其代表性化学组成尚不太清楚。 美国高钙粉煤灰的典型化学组成其氧化钙含量高至24%，氧化镁及三氧化硫含量亦分别达到4.6%及3.3%。 （二）高钙粉煤灰的矿物组成 褐煤灰的矿物组成随煤源有一定的波动，除一般低钙粉煤灰的矿物外，尚有一定量的水硬性矿物：C3
27、A、C2S、f-CaO，当粉煤灰的钙、煤及硫等氧化物含量较高时，还可能存在C4A3S（硫铝酸钙）,（三）高钙粉煤灰的物理性能 粉煤灰的密度随着氧化钙含量的增加而提高，这说明在高钙粉煤灰内玻璃珠量较高，多孔体及碳分较低。 相应地粉煤灰45微米筛余量及需水量亦随着氧化钙含量的增加而降低，同时火山灰活性指数逐步提高。 二、高钙粉煤灰掺入混凝土对几个使用性能的影响 1、高钙粉煤灰的安定性,高钙粉煤灰的安定性主要取决于f-CaO含量（游离态氧化钙）。 2、高钙粉煤灰对引气剂用量的影响 高钙粉煤灰混凝土的引气剂需求量低于低钙粉煤灰。 3、高钙粉煤灰对混凝时间的影响 高钙粉煤灰能延缓凝结时间。 4、高钙粉煤
28、灰对水化热温升的影响 高钙粉煤灰对水化热温升不能显著地降低。,5、高钙粉煤灰对抗硫酸盐侵蚀性能影响 高钙粉煤灰降低抗硫酸盐侵蚀性能。 6、高钙粉煤灰对碱-集料反应的抑制性能 粉煤灰减缓碱-集料反应的能力与其细度及氧化钙含量有关。一般认为，颗粒较细及氧化钙含量较低的粉煤灰可有效地降低混凝土由碱-集料反应所引起的膨胀。,第四节粉煤灰对人体健康与安全的影响 粉煤灰为颗粒粒径分布相当分散的粉末，其中有10%的粒径小于5微米。同时粉煤灰尚含有一定量的放射性元素及微量元素，因此，粉煤灰对健康及安全的影响引起人们普遍的关心。 一、粉煤灰的放射性 在人类日常的生活环境中，到处都存在着微量的放射性物质，主要的为
29、铀238、钍232、镭226、及钾40等四种放射性元素。,据有关资料介绍，居民所接受的辐射剂量，约40%来自建筑材料，30%来自土壤的天然放射性和宇宙线，另外的30%来自X射线及其诊断照射及其他射线波。 在个人所接受的剂量中，建筑材料占有很大比重；因此，控制建材的放射性应引起足够的重视。 我国工业废渣的放射性比活度的波动范围较大，其比活度顺序大致为：石煤渣磷石渣、赤泥磷渣粉煤灰、煤渣高炉渣。 粉煤灰的比活度取决于原煤中放射性物质的强度，同时与其细度有关。,二、粉煤灰中的微量元素 粉煤灰主要由硅、铝、铁、钙、硫、钾、钠等元素组成，此外，尚有一定量的镉、砷、铬、铅、汞、铜、锌、镍等对人体健康不利的
30、微量元素。因此，在处置或利用粉煤灰时应注意这些元素的含量，特别是粉煤灰浸出液内微量元素的含量。 粉煤灰的微量元素含量与煤种、煤源及粉煤灰的排放方式有关。 粉煤灰的微量元素遇水后有一部分即浸出。湿排灰由于浸析作用，其微量元素含量明显低于干排灰。,粉煤灰内微量元素对环境的影响主要是通过浸出作用体现的。 粉煤灰微量元素的含量并不等同于浸出液内的含量。 三、粉煤灰的含尘量 粉煤灰的粒径大部分小于100微米，其中小于10微米的颗粒能漂浮在大气内。 众所周知，粉煤灰的主要组成为二氧化硅，其含量在40%至60%左右；因此，人们很关心它对大气环境的影响。实际上粉煤灰内以石英形态存在的SiO2数量不高，在我国它
31、波动于1%16%，平均值为6.4%。 粉煤灰对致变性及动物方面的研究也证实了其生物活性很低。,第四章粉煤灰在混凝土及砂浆中的应用,第一节概述 一、涵义、目的和应用范围 粉煤灰混凝土是泛指掺加粉煤灰的混凝土，一般有两种情况：（1）用水泥厂生产中掺粉煤灰的硅酸盐水泥制备的混凝土；（2）制备混凝土时将粉煤灰作为一种组分加入搅拌机拌制而成的混凝土。,使用粉煤灰混凝土的主要目的是改善混凝土性能、提高工程质量、节省水泥、降低混凝土成本，进而节约能源和资源。 粉煤灰混凝土应用面极广，在土木工程（包括水利工程）、建筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面都可广泛使用。 二、历史回顾和国内外发展状况 1、粉煤灰与火
32、山灰混凝土的历史渊源 所谓“火山灰”，是指硅质或硅铝质材料，其本身仅具微小的胶凝值或不具有胶凝值，但它为粉状和有水存在时，能在常温下与氢氧化钙进行化学反应，形成具有胶凝性质的化合物。,粉煤灰是一种人工火山灰，与古代罗马混凝土中使用的天然火山灰都属火山灰质材料。 2、世界粉煤灰混凝土发展历史 1935年美国学者首先进行粉煤灰混凝土应用的研究； 20世纪80年代以来，世界各国对粉煤灰的研究与应用进入新的发展阶段； 国外发展趋向中最令人瞩目的是以发展适用于混凝土的优质粉煤灰产品。,3、我国粉煤灰混凝土的发展过程 我国在20世纪50年代初期，上海市进行粉煤灰水泥与混凝土的研究； 20世纪70年代颁布了
33、各种标准； 20世纪80年代，粉煤灰混凝土在我国不少城市建设工程中有了新的发展。 三、粉煤灰混凝土的优越性 粉煤灰混凝土与不掺粉煤灰的基准混凝土对比，能够充分利用粉煤灰的功能，除节省水泥用量外，其质量不低于基准混凝土的主要质量指标。充分说明粉煤灰在混凝土中的作用以及减水剂的复合作用。,四、粉煤灰混凝土技术的发展前景 1、进一步开发优质粉煤灰 2、大掺量粉煤灰高性能混凝土研制的迫切性 3、进一步发展绿色高性能混凝土 第二节粉煤灰原材料 一、粉煤灰的化学成分、矿物组分和颗粒组成 1、化学成分 粉煤灰的化学成分取决于原煤灰分的化学成分以及燃烧的程度，其变化范围较大。 了解粉煤灰化学成分的目的是要知道
34、粉煤灰中所含的对混凝土性质有益和有害的化学成分的数量。,2、矿物组分 研究粉煤灰胶凝性能的重点，不是放在晶体矿物上，而应放在粉煤灰的玻璃相上。 粉煤灰火山灰活性的高低，一般取决于玻璃体和结晶体组分的比例。 3、颗粒组成 粉煤灰是多种不同性状颗粒的混合物，只有深入研究颗粒组成的特征，搞清楚颗粒的组分、结构、性质及其关系，才能对粉煤灰的综合利用进行评价、开发、加工、应用。,二、粉煤灰的主要性状特征 粉煤灰的性状是指粉煤灰颗粒和混合粉料的物理、化学性质以及形态、结构等的统称。 粉煤灰的技术特征，主要是指粉煤灰用作水泥和混凝土的原材料时，与用途和质量有关的粉煤灰成分、结构和性能的技术信息，也是与粉煤灰
35、混凝土技术相关的重要技术参量。,（一）粉煤灰的性状 1、表观色泽 低钙粉煤灰随着碳分含量从低到高，从乳白色变至灰黑色。 2、粒径和细度 所收集的统灰粒径变化为0.5300微米，这一范围与水泥接近，但其中大部分的颗粒要比水泥细得多。 细度是粉煤灰最重要的参量，用来作为评估用于混凝土中粉煤灰质量的基本参量。,3、比表面积 粉煤灰比表面积的变化范围一般为150050002/g。 4、颗粒级配 颗粒级配大致可分为三种形式： （1）细灰。颗粒级配细于水泥，主要用于钢筋混凝土中取代水泥或水泥混合材料。 （2）粗灰。包括统灰和分选后的粗灰，颗粒级配粗于水泥，主要用于素混凝土中和砂浆中取代集料。 （3）混灰。
36、与炉底灰混合的粉煤灰，用作取代集料或用作水泥混合材料，或者作填筑用粉煤灰。,5、密度 普通粉煤灰密度为1.82.3g/cm3，约等于硅酸盐水泥的2/3。粉煤灰堆积密度的变化范围为0.60.9g/cm3，振实后的堆积密度为1.01.3g/cm3。 密度是粉煤灰技术特征中一个很重要的参量，它可用于混凝土用粉煤灰的质量评定和质量控制，特别是能用于粉煤灰质量均匀性的评定和控制。 6、需水量比 粉煤灰的需水量比是以30%的粉煤灰取代硅酸盐水泥时所需的水量与硅酸盐水泥标准砂砂浆需是量之比。,级粉煤灰需水量比不大于95%，级灰比大于105%，级灰不大于115%。 7、火山灰活性 粉煤灰火山灰活性的评定大都采
37、用“抗压强度比”一类的试验方法。根据所掺粉煤灰对水泥砂浆或消石灰砂浆强度的贡献来评定粉煤灰活性的高低。 8、烧失量级粉煤灰不大于5%，级粉煤灰不大于8%，级粉煤灰不大于15%。,9、含水率 粉煤灰的含水率影响卸料、贮藏等操作，规定不得超过1%。 10、三氧化硫、氧化镁、有效碱等含量 规定三氧化硫不大于3%。 11、收缩性 12、均匀性 应在粉煤灰产品生产控制中测定粉煤灰的均匀性，对引气剂需要量的均匀性规定不得大于20%（非强制性）。,（二）粉煤灰的技术特征 主要是指有重点地研究粉煤灰的若干技术上的特征，以确定粉煤灰对某种用途的适用性。 粉煤灰技术特征大体上可以分为结构特征和功能特征两大类。 三
38、、影响粉煤灰混凝土性能的粉煤灰质量的变异性 1、粉煤灰的质量变异 只要做过多点取样和连续取样，即使是同一电厂的粉煤灰样品，质量的跳动很大。,2、粉煤灰质量变异的原因 原煤差异和煤粉加工中的差异 粉煤灰形成过程的差异 粉煤灰收集过程的差异 第三节粉煤灰效应 20世纪80年代初，通过粉煤灰混凝土应用技术基础研究，提出了“粉煤灰效应”的假说，把粉煤灰对混凝土可能发生的效应归结为三项基本效应，即“形态效应”、“活性效应”、“微集料效应”。这是根据“模糊”学说原则，对粉煤灰在混凝土中的行为和作用这个既复杂又变化的问题，作出综合处理和简化处理。,一、粉煤灰效应及其效率 1、粉煤灰基本效应 按照混凝土凝结、
39、硬化的动态过程和各类效应的隐显状况，以及便于运用粉煤灰基本效应的观点。可以简单地把形态效应视作粉煤灰第一基本效应，活性效应列为第二基本效应，而微集料效应则列为第三基本效应。 2、粉煤灰的正效应和负效应 3、粉煤灰效应的效率评定 粉煤灰混凝土的三类粉煤灰效应，其综合正负效应相抵之后净得的效果，才能标作粉煤灰对混凝土作出的贡献。贡献的大小就是粉煤灰效应的效率。,二、粉煤灰三类基本效应的特点 1、形态效应 形态效应是指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征以及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。 2、活性效应 对粉煤灰活性效应狭义的理解是指粉煤灰中活性成分。 3、微集料效应 微
40、集料效应是指粉煤灰的微细颗粒均匀地分布于水泥浆体的基相之中，就象微细的集料。,在粉煤灰的特征和特性中，集中了许多微集料作用的优点： （1）粉煤灰玻璃微珠的形态特征和特性适宜于用作微集料。 （2）粉煤灰玻璃微珠颗粒分散于硬化水泥浆体中，与水泥浆体的结合养护时间越长越密实。 （3）从掺粉煤灰的水泥浆体的基相整体来看，毛细孔隙细化和致密，而且得到均匀性改善。 三、粉煤灰免疫效应 1、粉煤灰免疫效应 粉煤灰的免疫效应并未列为粉煤灰的基本效应，是因为它是按照混凝土耐久性的特殊要求来处理的特殊效应。,粉煤灰免疫效应的主要功能 （1）降低混凝土内部温升的顶峰温度，减少大体积混凝土出现裂缝的危险。 （2）改善
41、新拌混凝土流变性质、泌水性和离析现象以及能够保持一定的和易性，降低用水量，为形成具有良好耐久性的混凝土结构创造本条件。 （3）粉煤灰中活性氧化硅、氧化铝成分，结合氢氧化钙、有效碱、硫酸盐及其他对混凝土耐久性不利的物质，且能缓解某些对混凝土耐久性不利的化学反应或其他作用。 （4）提高硬化混凝土结构密实度，细化孔隙、填堵有害的毛细孔孔隙，增强混凝土自身对有害介质的浸入、渗透、扩散的防御能力，保护钢筋不致遭受外侵介质的腐蚀和锈蚀。,2、粉煤灰免疫负效应 在发挥粉煤灰在混凝土中免疫正效应的同时，尚须注意负效应的产生，尤其是要避免由于粉煤灰使用不当而产生的饿负效应，并进一步缓解负效应的发展，甚至设法将负
42、效应排除。 第四节粉煤灰对混凝土性能的影响 一、粉煤灰混凝土的性能 粉煤灰混凝土的性能差异很大，按照粉煤灰混凝土材料结构状态由不稳定逐渐转向稳定，可以更加明显地划分为三个阶段：新拌混凝土阶段；硬化之中的混凝土阶段硬化混凝土阶段。在不同阶段中粉煤灰的功能服务也不完全相同。,二、粉煤灰对新拌混凝土性能的影响 1、工作性和用水量 粉煤灰对新拌混凝土性能正效应是改善混凝土的工作性。在粉煤灰混凝土与基准混凝土工作性相等的条件下，粉煤灰混凝土单位用水量有可能降低。 2、水灰比、水胶比、等效水灰比 3、坍落度和坍落度损失 用坍落度试验控制新拌粉煤灰混凝土的工作性。,4、泌水性 泌水现象是由于新拌混凝土的组分
43、中固体颗粒下沉而水分上升的结果。泌水影响混凝土上层表面的质量和损害混凝土耐久性。粉煤灰在混凝土中可以弥补混凝土中水泥用量和细集料中细粉部分的不足，有利保水性和堵截泌水的通道。 5、凝结时间 与基准混凝土对比，掺加低钙粉煤灰能延缓新拌混凝土的凝结时间。,6、易泵性 粉煤灰混凝土的易泵性可得到明显的改善。 7、终饰性和抹面性能 粉煤灰混凝土的终饰性好，适用于浇筑艺术混凝土，且容易抹面。 8、温升水化热 掺加低钙粉煤灰明显降低温升，缓解放热速率，推迟顶峰温度出现的时间。 9、均匀性 只要保证充分的搅拌时间，粉煤灰混凝土的均匀性可优于基准混凝土。,三、粉煤灰对硬化中混凝土性能的影响 1、早期强度 粉煤
44、灰混凝土的早期强度降低，引起拆模时间延迟，工期延长，影响施工进度。 2、养护温度和湿度 养护温度超过20就能够较好的发挥粉煤灰的活性效应，因此在温度较高的地区推广粉煤灰混凝土比较有利。 粉煤灰早期的潮湿养护十分重要。 3、温度提高下的养护 采用蒸汽养护，以蒸汽养护恒温温度为70时经济效果最好。,四、粉煤灰对硬化混凝土性能的影响 1、28d龄期强度与后期强度 粉煤灰混凝土需经过配合比设计，采用适当措施，把原来需要90180d龄期才能达到与基准混凝土等强度水平，提前到28d。 2、弹性模量 标准养护条件下28d龄期等强度的粉煤灰混凝土的饿弹性模量与基准混凝土的弹性模量近似。,3、徐变 粉煤灰对混凝
45、土徐变的影响各因素中，粉煤灰的品质影响最大，如果使用减水型优质粉煤灰，能使徐变值明显降低。 4、收缩性 混凝土的收缩性主要取决于混凝土单位用水量、混凝土内胶凝材料浆体的体积、水泥种类和用量、集料种类。如在用水量相同的情况下，粉煤灰使胶凝材料浆体的体积有所增加，则收缩性略有增大。,5、抗渗性 抗渗性一般是指液体介质以渗透形式从混凝土表面沿着孔隙和贯穿的毛细孔向混凝土内部迁移。 粉煤灰的抗渗性能够显著提高。 6、抗硫酸盐侵蚀 硫酸盐侵蚀主要包括两个作用：一是可溶性氢氧化钙与硫酸盐作用生成硫酸钙，引起石膏膨胀；二是水泥矿物中的铝酸三钙与石膏反应生成钙矾石（水化硫铝酸钙），引起膨胀破坏。 粉煤灰活性效
46、应可以从化学作用上稳定氢氧化钙，又可以从结构密度上提高抗渗能力，所以能增强抗硫酸盐侵蚀。,7、抗碳化性能 混凝土的抗碳化性能是指大气中的碳酸气或含碳酸的水与混凝土中氢氧化钙作用生成碳酸钙。 8、抗氯化物性能 氯化物与氢氧化钙反应生成可溶性物质，导致混凝土孔隙增加，强度降低。 由粉煤灰效应所产生的对毛细孔细化作用和堵截作用，能有效地阻止氯离子的侵蚀。,9、抗电流对钢筋的锈蚀 粉煤灰混凝土能降低杂散电流产生电池的腐蚀。 10、抗冻性 粉煤灰混凝土抗冻性试验表明，有时会出现抗冻性低于基准混凝土的情况。 11、碱集料反应 粉煤灰能有效地抑制碱集料反应，主要是依靠粉煤灰效应的发挥来拦截与活性集料反应的碱
47、。,12、耐磨性 道路工程多年实际考验表明，粉煤灰混凝土能胜任路面混凝土要求较高的耐久性和耐磨性。 13、抗自然风化和火灾作用 粉煤灰混凝土对自然风化的抵抗力，与基准混凝土对比，通常不低。 粉煤灰混凝土的耐火性优于基准混凝土。 14、抗冲击、冲刷、冲蚀、孔蚀作用 水工混凝土结构物受到水流、冰块的冲击、冲刷、冲蚀、孔蚀等作用，如用优质粉煤灰配制混凝土。降低水灰比，提高耐久性，能增强水工混凝土对这些作用的抵抗力。,15、动荷载和反复荷载性质 掺加粉煤灰后混凝土强度提高而脆性减低，可以保证不致发生不利的影响。 第五节粉煤灰水泥 一、粉煤灰硅酸盐水泥 1、粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥的生产，基本
48、上有把粉煤灰与水泥熟料在水泥磨机中共同混合磨细，或者与磨细的水泥在混合设备中共同混合这两种工艺。 按照我国水泥标准GB13441999规定，粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，它是由硅酸盐水泥熟料和占水泥重量20%40%的粉煤灰和适量石膏磨细而成的产品。,2、矿渣粉煤灰硅酸盐水泥 20世纪80年代，上海市研制了“双掺水泥”，它是将水泥熟料、粒化高炉矿渣、粉煤灰共同混合磨细而成的水泥。 二、水泥产品中粉煤灰的质量和掺量 1、关于粉煤灰质量的规定 GB15961991用于水泥和混凝土中的粉煤灰中规定，用作水泥活性混合材料的粉煤灰，按质量要求只分为两极，相当于适用于钢筋混凝土中粉煤灰的质量要求，这意味
49、着用于水泥生产的粉煤灰的品质要求比用于混凝土的粉煤灰要求严格一些。 从发展的要求来看，为了更好地生产优质粉煤灰水泥产品，应根据粉煤灰效应的原理，选用低碳、多珠的细灰。,2、粉煤灰有序化的要求和设施 对粉煤灰的质量通过系统试验和分析，作出质量变异程度以及性能的评价。制订一个结合水泥生产实际情况的质量规范，是粉煤灰质量有序化的根本保证。国内水泥厂尚未设置粉煤灰的均化设施，但是一般都采用混合磨细工艺，可以达到与磨细粉煤灰相似的均匀化要求。 3、粉煤灰在水泥中的掺量 我国水泥标准（GB13441999）规定粉煤灰硅酸盐水泥中粉煤灰掺量20%40%，实际一般水泥产品中最多掺加30%。,三、粉煤灰水泥的生产 1、粉煤灰硅酸盐水泥的生产 粉煤灰硅酸盐水泥这一类水泥生产的特点是用粉煤灰等材料取代部分水泥熟料，为水泥生产节省大量能源。 粉煤灰硅酸盐水泥生产中，磨细工艺可分为粉煤灰与水泥熟料共同磨细以及分别磨细后混合两种情况。 2、矿渣粉煤灰硅酸盐水泥的生产 国内矿渣粉煤灰硅酸盐水泥的生产大都采用水泥熟料、矿渣、粉煤灰共同混合磨细的工艺。国家水泥标准规定粉煤灰掺量在15%以下，矿渣掺量为30%左右，主要生产标号425号的矿渣水泥产品，广泛用于各类混凝土工程之中。,
