土木工程專業(yè)的相關(guān)論文
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摘 要：我國現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)仍然以燃煤為主，煤粉燃燒過程中粉煤灰渣的年排放量可達(dá)到 1.5 億 t.截至 2015年年底，粉煤灰積存量已達(dá)到 30.0 億 t.大量粉煤灰渣積存，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。如何實現(xiàn)對粉煤灰的合理利用，已成為技術(shù)人員高度重視的課題之一。從這一背景入手，針對粉煤灰的物理與化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行簡要分析，闡述建筑材料應(yīng)用領(lǐng)域中粉煤灰的主要機(jī)理，分析粉煤灰在建筑材料領(lǐng)域中的應(yīng)用方向與優(yōu)勢，會對粉煤灰的資源化利用起到一定參考與幫助。
關(guān)鍵詞：建筑材料;粉煤灰;應(yīng)用
粉煤灰是指煤粉在鍋爐燃燒過程中經(jīng)煙道氣帶出并通過除塵器收集得到的粉塵物質(zhì)。 統(tǒng)計：在當(dāng)前技術(shù)條件支持下， 平均每 1.0 t 煤粉在燃燒過程中可生成 250.0~300.0 kg 粉煤灰。 在電力工業(yè)快速發(fā)展以及電力生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，粉煤灰排泄量呈現(xiàn)出了非常顯著的增長趨勢。 大量的粉煤灰材料若不得到及時且高效的回收利用，將會對生態(tài)環(huán)境帶來非常不良的影響。 目前，粉煤灰已經(jīng)在土壤改良、廢水處理、填充料、炭粒分選、建筑材料生產(chǎn)等多個行業(yè)領(lǐng)域中綜合利用。 將粉煤灰應(yīng)用于建筑材料生產(chǎn)領(lǐng)域中，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對粉煤灰的高附加值、大規(guī)模綜合利用，解決因粉煤灰大量堆存所造成的環(huán)境問題;另一方面還能夠有效降低建筑領(lǐng)域?qū)Σ豢稍偕牧系男枨螅?達(dá)到節(jié)約資源、控制成本的目的[1]. 從這一角度上來說，建筑材料生產(chǎn)已成為粉煤灰綜合利用的最佳途徑之一。
1 粉煤灰物理與化學(xué)性質(zhì)
粉煤灰外觀形態(tài)與水泥類似，顏色呈灰黑色至乳白色， 不同顏色粉煤灰的含碳量有一定差異，外觀顏色也與粉煤灰的細(xì)度水平相關(guān)。 粉煤灰密度在1.9~2.9 g/cm3,堆積密度在 0.531~1.261 g/cm3,原 灰標(biāo)準(zhǔn)稠度在 27.3%~66.7%,吸水量在 89.0%~130.0%,28 d 齡期抗壓強(qiáng)度比在 37.0%~85.0%.
粉煤 灰 內(nèi) 部 主 要 成 分 包 括 SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O 等。 電廠粉煤灰中SiO2構(gòu)成比為 1.3%~65.76%,Al2O3構(gòu)成比為 1.59%~40.12%,Fe2O3構(gòu)成比為 1.5%~6.22%,CaO 構(gòu)成比為 1.44%~16.8%,MgO 構(gòu)成比為 1.2%~3.72%,K2O構(gòu) 成 比 為 1.02%~2.14% ,Na2O 構(gòu) 成 比 為 1.1% ~4.23%,SO3構(gòu)成比為 1.0%~6.0%, 燒失量構(gòu)成比為1.63%~29.97%.
2 建材應(yīng)用中粉煤灰的機(jī)理分析
從建筑材料生產(chǎn)角度來說，應(yīng)用粉煤灰主要具有以下幾個方面的優(yōu)勢：第一，在建筑材料生產(chǎn)中應(yīng)用粉煤灰能夠與混凝土進(jìn)行合理搭配。 如在工程實踐需填充混凝土裂縫、縫隙時，加入粉煤灰材料不但能夠減少填充時的'加水量，還對提高混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部凝聚力有重要意義;第二，粉煤灰在形成過程中因高溫燃燒、熔化、冷卻后形成一定的玻璃珠狀顆粒，這種特殊理化性質(zhì)使粉煤灰在應(yīng)用于建材領(lǐng)域中對降低墻面表面積有重要意義;第三，粉煤灰可利用量巨大。 當(dāng)前建筑工程建設(shè)規(guī)模不斷發(fā)展與擴(kuò)大，建筑材料的需求量也持續(xù)增加。 粉煤灰作為電力行業(yè)運(yùn)行過程中的非常關(guān)鍵的排出物之一，排放量巨大，可以滿足建筑材料需求量巨大的要求，并且對減少粉煤灰大量堆積所產(chǎn)生環(huán)境問題也有重要意義。
3 建筑材料中粉煤灰的應(yīng)用
3.1 水泥混合材料應(yīng)用
利用粉煤灰高活性混合材料替代礦渣進(jìn)行水泥混合料的制備，能夠使水泥材料在強(qiáng)度方面得到明顯改善。在與礦渣同等摻入量的條件下，摻入粉煤灰生產(chǎn)的水泥混合料標(biāo)號更高， 對提高水泥強(qiáng)度，改善混凝土拌合性能有積極作用。
3.2 混凝土應(yīng)用
粉煤灰是建筑領(lǐng)域一種質(zhì)量性能非常理想的活性摻和料。 相對于常規(guī)摻和料而言，粉煤灰材料具有體積穩(wěn)定性高、膠凝性好、炭化性好以及耐久性好等諸多優(yōu)勢，在建筑混凝土工程中有著非常良好的應(yīng)用效果。 實踐表明： 將粉煤灰作為活性摻和料，以一定比例摻入混凝土原料內(nèi)，對改善混凝土原料工作性能、提高其耐久性以及強(qiáng)度水平均有重要意義。加入粉煤灰能夠降低水泥原料的使用量，從而達(dá)到控制工程造價，節(jié)約能源的目的。 具體來說，在混凝土拌合過程中加入粉煤灰能夠節(jié)約水泥用量 15.0%~40.0%,從而對減少能源消耗、降低二氧化碳排放量有積極作用。 除此以外，混凝土拌和過程中的砂石用量也能夠下降 15.0%~20.0%,粉煤灰節(jié)能降耗優(yōu)勢非常突出[2].
3.3 燒結(jié)磚應(yīng)用
傳統(tǒng)粉煤灰制磚多采用的是免燒粉煤灰磚或蒸汽制粉煤灰磚，這種粉煤灰磚質(zhì)量性能存在較大的缺陷，在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制存在較大難度，因此在建筑材料領(lǐng)域中的實際應(yīng)用比較受限。 現(xiàn)階段在燒結(jié)磚領(lǐng)域中對粉煤灰的應(yīng)用主要集中為高摻量燒結(jié)多孔磚以及高摻量粉煤灰燒結(jié)普通磚這兩種類型。 將粉煤灰應(yīng)用于燒結(jié)磚制備中，能夠使生產(chǎn)出的燒結(jié)磚具有更為突出的吃灰量，強(qiáng)度較普通磚而言更高， 同時磚自重可下降 1/5 左右。 除此以外，由粉煤灰制備的燒結(jié)磚還具有導(dǎo)熱系數(shù)小、容易干燥等優(yōu)勢。 只要在生產(chǎn)過程中注意對粉煤灰摻入量以及摻入比例的嚴(yán)格控制，就能夠最大限度地確保燒結(jié)磚的質(zhì)量性能。
3.4 襯砌材料應(yīng)用
將煤渣、石屑以及粉煤灰等材料通過固化劑進(jìn)行固化處理，形成的襯砌材料能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)襯砌材料存在的抗凍性能差、早期強(qiáng)度低等問題。 在固化劑的配合下， 粉煤灰作為建筑襯砌材料的制備原料，能夠使生產(chǎn)的襯砌材料具有良好的抗凍性能以及防滲能力。 目前，在水利工程領(lǐng)域渠道防滲工程中，此類襯砌材料具有非常良好的應(yīng)用價值，還在水庫加固護(hù)坡以及電廠灰壩護(hù)坡等工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 粉煤灰的加入除了對提高襯砌材料性能起到了積極作用以外， 還可降低近 1/3 成本造價，因此同樣具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.5 生產(chǎn)輕集料、空心砌塊
對于含有 SiO2以及 Al2O3等元素并且碳含量低于 12.0%的粉煤灰而言，可用于輕集料燒制。 將粉煤灰作為骨料加入外加劑以及水， 可制作成空心砌塊。 此類建筑材料具有成本造價低、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等諸多優(yōu)勢，同時還可將粉煤灰作為骨料，與石膏或細(xì)磨生石灰結(jié)合，制備的空心砌塊還兼具良好的隔熱以及隔音效果。
3.6 粉煤灰路基填料
粉煤灰在粒徑參數(shù)方面與粉砂高度相似，并且液限可達(dá)到 60.0%,有良好的持水能力。 在公路工程路基填筑作業(yè)中，對粉煤灰材料的合理應(yīng)用不但能夠解決路基填料不足的問題，還能夠發(fā)揮粉煤灰在壓實性以及含水率方面的優(yōu)勢，提高路基填筑性能。 加之粉煤灰抗堿性能高，因此較少受氣候變化的影響，對各種自然條件均有良好的適應(yīng)性。
4 總結(jié)
將粉煤灰綜合應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域中，能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境起到明顯的改善效應(yīng)，對解決粉煤灰渣大量積存的問題有重要價值，綜合效益突出。 目前，粉煤灰在建筑材料領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中在水泥、混凝土、燒結(jié)磚、襯砌材料、輕集料、空心砌塊、泡沫陶瓷以及路基填料這幾個方面。 相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合粉煤灰的理化性質(zhì)進(jìn)行深入研究與開發(fā)，以促進(jìn)粉煤灰在建筑材料領(lǐng)域獲得更為廣闊的發(fā)展空間與前景。
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊志賓，韓敏芳，王慶云，等。高摻量粉煤灰水泥制備與性能研究[J].稀有金屬材料與工程，2008,37(Z1)：637-640.
[2] 齊善忠，付春梅，曲肇偉，等。建筑渣土作為道路填筑材料的改性試驗研究[J].中外公路，2015,35(1)：262-267.
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