1、1 第三講第三講 粉煤灰及礦粉粉煤灰及礦粉2一、國內外粉煤灰綜合利用概述一、國內外粉煤灰綜合利用概述n粉煤灰是火力發電廠的主要廢棄物，其產量逐年增大。n處理不當將嚴重污染環境n目前國內外已經把粉煤灰廣泛應用于建材、建工、回填、筑路、農業、化工、環保、高性能陶瓷材料等眾多領域。n1、國外粉煤灰利用情況n國外20世紀30年代就用粉煤灰配置混凝土n英國粉煤灰利用率為46.2%,德國65%, 法國75%。n美國把粉煤灰列入礦物資源的第七位，排在礦渣石灰與石膏之前。美國20世紀30、40年代就用粉煤灰建造水壩n日本也從20世紀50年代起用粉煤灰建造水壩3一、國內外粉煤灰綜合利用概述一、國內外粉煤灰綜合利

2、用概述n2、國內粉煤灰利用情況n我國粉煤灰的綜合利用技術有近200 項，其中得到實施應用的近70 項。但是相對來說我國粉煤灰的利用率還是較低產生的附加值并不是很高。所以我們必須加緊對粉煤灰在高新技術領域應用的研究。n據資料統計，中國的粉煤灰堆積量已達到120億t，且每年以1.6 億t 速度增加，用這些粉煤灰堆成4 m 寬、4m 高的城墻，長達80，000km，比萬里長城長16 倍多，可以繞地球兩圈以上n目前我國粉煤灰利用率約為45左右4二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n1 1、外觀特性、外觀特性n粉煤灰外觀類似水泥，顏色在乳白色到灰黑色之間變化。n粉煤灰的顏色是一項重要的質量指標，可以反映

3、含碳量的多少和差異。n在一定程度上也可以反映粉煤灰的細度，顏色越深，粉煤灰粒度越細，含碳量越高。n粉煤灰就有低鈣粉煤灰和高鈣粉煤灰之分。通常高鈣粉煤灰的顏色偏黃,低鈣粉煤灰的顏色偏灰。n粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5300m。并且珠壁具有多孔結構，孔隙率高達50%80%，有很強的吸水性 5二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n2 2、化學成分、化學成分n粉煤灰物理化學性質波動比較大，這主要是煤質的不同、鍋爐技術參數不同、技術管理水平不同等造成的。n粉煤灰的主要化學成分為：SiO2：33%63%；AlO3：16%40%；Fe2O3：1.5%

4、6%；CaO：2%8%；MgO：1.5%4%；Na2O：0.5%2.5%；K2O：0.3%2%；TiO2：0.3%1.6%。n 6二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n3、微觀性能n粉煤灰的顯微結構主要是研究顆粒形狀、內部結構及物相種類等特性。n3 31 1 漂珠漂珠n漂珠一般呈乳白色，密度小于1g/cm3，粒徑15m180m，以玻璃相為主，空心球，漂于水面，玻璃相內有殘存氣體包裹。在熔融態時，因表面張力的作用，在最終收縮過程中，產生復合結構的微珠（即子母珠）。有呈定向針狀莫來石集合體和交織狀的針狀莫來石晶體。 7二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n3、微觀性能n3 32 2 沉珠（硅鋁質玻

5、璃微珠）沉珠（硅鋁質玻璃微珠）n一般呈灰白色，粒徑小于50m，密度為1.8-2.7g/cm3可沉于水底。nSiO2和Al2O3的總和通常在80%以上，珠體形成的溫度為1300-1400左右，其物相主要為玻璃相、莫來石及少量鱗石英晶體析出，莫來石的含量與晶體的程度高于石英 n如果對微珠進行輕度溶蝕，使殼層玻璃體溶解，可清晰見到從珠壁向內生長的針狀莫來石晶體，并且大微珠內還包裹著更小的微珠。n也有微珠在玻璃質珠壁上析出莫來石和鱗石英。其玻璃基質有很多氣孔出現。 8二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n3 33 3 海綿體玻璃體（海綿體玻璃體（也稱不規則微珠）n當煤粉粒子較粗或鍋爐溫度低于1300時

6、，煤粉中的鋁硅酸鹽黏土礦物來不及完全液化，通過固-液相反應和快速冷卻而形成的。n在液相粘度較大所形成的硅鋁玻璃體表面極為粗糙，具有大量微孔的近似圓形的海綿體的不規則微珠。n該微珠呈乳白色-灰色，粒徑小。含硅量高，有少量的莫來石等。 n3 34 4 磁珠磁珠n也稱高鐵微珠，呈黑色，粒徑為50m左右，導電，并顯磁性，密度為3.84.2 g/cm3。n該珠體是由富鐵組成的粉煤灰粉煤灰溶體從高溫快速冷卻，通過表面張力收縮形成的，成珠后溶體極易析出磁鐵礦、赤鐵礦和方鐵礦等晶體。9某電廠粉煤灰的顆粒形貌（1） 1000 50010某電廠粉煤灰的顆粒形貌（1） 2000 500011某電廠粉煤灰的顆粒形貌（

7、2） 1000 200012某電廠粉煤灰的顆粒形貌（2） 3000 500013某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3） 200 50014某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3） 1000 200015某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3） 3000 500016某電廠粉煤灰的顆粒形貌（4） 1000 200017某電廠粉煤灰的顆粒形貌（4） 4000 500018二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能3 35 5 殘炭殘炭n殘炭的形成是當煤粉過粗或爐溫較低時，燃燒不完全形成的一種未燃盡的殘屑。n一般呈黑色，粒度范圍較大，密度在1.5g/cm3左右n表面疏松多孔，有片狀殘炭、半圓狀殘炭、多孔球狀殘炭及無定形殘炭和硅鋁微珠連接體

8、。19二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n4、水化活性n粉煤灰最主要的三大效應。n第一，“形態效應”。n在顯微鏡下顯示，粉煤灰中含有70以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，質地致密。這種形態對混凝土而言，無疑能起到減水作用、致密作用和勻質作用，促進初期水泥水化的解絮作用，改變拌和物的流變性質、初始結構以及硬化后的多種功能，尤其對泵送混凝土，能起到良好的潤滑作用。20二、粉煤灰基本性能二、粉煤灰基本性能n4、水化活性n第二，“活性效應”。n粉煤灰的“活性效應”因粉煤灰系人工火山灰質材料，所以又稱之為“火山灰效應”。這一效應能對混凝土起到增強作用和堵塞混凝土中的毛細組織，提高混凝土的抗腐蝕能力。

9、n第三，微集料效應。粉煤灰中粒徑很小的微珠和碎屑，在水泥中可以相當于未水化的水泥顆粒，極細小的微珠相當于活潑的納米材料，能明顯地改善和增強混凝土及制品的結構強度，提高勻質性和致密性。n這三種效應相互關聯，互為補充。粉煤灰的品質越高，效應越大21粉煤灰混凝土的工作性能 n1）減少混凝土需水量。n2）改善混凝土泵送性能。n3）提高混凝土密實性、流動性和塑性。4）減少泌水與離析。n5）減少坍落度損失。22粉煤灰優缺點n1）節省費用。n2）改善新拌混凝土的工作性。n3）改善混凝土的長期性能或極限強度。n4）改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕、堿集料反應等耐久性能。n5）與外加劑的疊加效應，使減水劑效果更為明顯。n

10、6）降低混凝土的放熱高峰。 23粉煤灰優缺點n1）由于混凝土堿度降低可能引起鋼筋銹蝕的保護性能降低。n2）粉煤灰含碳量的較高時將影響混凝土外加劑的適應性，如降低引氣劑引氣效果。n3）由于用水量的降低，要求更為嚴格的養護制度。 24三、粉煤灰在建材行業的應用現狀三、粉煤灰在建材行業的應用現狀n1 1 粉煤灰制磚n粉煤灰燒結磚是我國目前吃灰量很大的項目之一，生產工藝及主要設備與普通粘土磚基相同。n與普通粘土磚相比，其各項性能均能達到要求，并能降低建筑物的自重，提高建筑物的保溫性能，其使用效果優于普通粘土磚。n目前國家已逐步禁止使用實心粘土磚，這樣粉煤灰燒結磚市場前景廣闊。n粉煤灰蒸養磚也可以和粘土

11、磚一樣，作為承重墻體材料應用于工業與民用建筑。生產粉煤灰蒸養磚可以使用質量較差和長年積存在灰坑中的濕排灰，提供了一條可行的出路。25三、粉煤灰在建材行業的應用現狀三、粉煤灰在建材行業的應用現狀n2 2、 粉煤灰制砌塊n粉煤灰砌塊目前主要是粉煤灰小型空心砌塊等品種。粉煤灰小型空心砌塊的主要工藝特點是 ：原材料：膠結料以水泥為主；集料由爐渣、砂、石或人造輕集料的多元材料組成；生產工藝由帶模養護變為脫模養護，成型設備由振動臺變為加壓振動成型機組流水作業，勞動生產率提高，勞動強度降低26三、粉煤灰在建材行業的應用現狀三、粉煤灰在建材行業的應用現狀n3 3 粉煤灰作為制水泥和混凝土的原材料n粉煤灰的成分

12、與粘土相似，可以替代粘土配料生產水還可利用其殘余碳，在煅燒水泥熟料時可節約燃料。n用粉煤灰做生產水泥的混合材料時，主要是利用其火山灰性質。根據粉煤灰摻量的不同，生產不同品種的水泥。n粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為基本原料，配以適量的生石灰、水泥、石膏及鋁粉等添加劑制成的一種輕質混凝土建筑材料，粉煤灰摻量一般可達70。n用粉煤灰作混凝土摻和料，要求粉煤灰有較高的質量，如細度要大、活性要高、含碳量要低。27三、粉煤灰在建材行業的應用現狀三、粉煤灰在建材行業的應用現狀n4 4 粉煤灰生產其他建筑材料n粉煤灰還可用于生產粉煤灰陶粒、灌漿材料等。n5 5、粉煤灰在道路工程中的應用n用灰量占利用總量的20，

13、粉煤灰、石灰石、砂穩定路面基層。粉煤灰用于護坡、護提工程和粉煤灰修筑水庫大壩，建造廣場、機場、港區的地基等。n粉煤灰瀝青混凝土。n6、從粉煤灰中提取礦物和高值利用n粉煤灰中部分具有工業價值的稀有元素通常在細粒飛灰中富集，達到工業品位，可予以提取利用。目前己提取出鋁、鍺、鎵、銀、鍋、鈾等多種金屬。這是粉煤灰綜合利用的一條可行途徑。28四、粉煤灰在農業方面的應用n1 利用粉煤灰改善土壤n可以明顯地改善土壤結構降低容重增加孔隙度n提高地溫、縮小膨脹率，從而顯著地改善黏質土壤的物理性質n促進土壤中微生物活性，有利于養分轉化和種子的萌芽，合理施用符合農用標準的粉煤灰對不同土壤都有增產作用。對于黏、重、板

14、及酸性土壤，每公頃施粉煤灰225t即可取得顯著增產效果；小麥增產10.45%，玉米增產9.3%，水稻增產12.1 %。n印度坎普爾地區的導水性實驗、南昌的土壤孔隙實驗、西北農學院土壤膨脹實驗（防止土壤流失）都已經有力地證明了粉煤灰改善土壤結構的效果。29四、粉煤灰在農業方面的應用2 、利用粉煤灰生產復合肥粉煤灰可以改良土壤調節土壤溫度和pH 值，增加和補充土壤的營養成分。粉煤灰糞便和生活垃圾可以生產無害全營養復合肥料和微量元素肥。已經開發的粉煤灰化肥品種有粉煤灰硅鈣肥、粉煤灰鈣鎂磷肥、粉煤灰磁化肥等。我國利用獨創工藝生產出了中國磁化肥是以粉煤灰為主要原料按科學配方加入適量添加劑，經特殊磁化處理

15、的復合肥，磁性復合肥作為專用肥料，不僅能提高肥效改良土壤耕性，而且能增強作物的光合作用和呼吸功效提高作物抗旱抗災性。30礦粉n從從1969年起，英國、德國等發達國家就開始了超細礦渣年起，英國、德國等發達國家就開始了超細礦渣粉在混凝土中作為礦物摻合料的應用。自上世紀粉在混凝土中作為礦物摻合料的應用。自上世紀90年代年代起，我國開始了超細礦渣粉的應用研究工作。起，我國開始了超細礦渣粉的應用研究工作。2000年，年，國家標準國家標準用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉GB/T180462000正式頒布。正式頒布。2002年，國家標準年，國家標準高強、高性能混凝土用礦物外加

16、劑高強、高性能混凝土用礦物外加劑頒布實施。在該頒布實施。在該標準中，正式將超細礦渣粉命名為標準中，正式將超細礦渣粉命名為“礦物摻合料礦物摻合料”，納，納入混凝土第六組分。從此，超細礦渣粉作為一個獨立的入混凝土第六組分。從此，超細礦渣粉作為一個獨立的新產品橫空出世，并立即被廣泛地接受和應用。新產品橫空出世，并立即被廣泛地接受和應用。 3132331.礦粉的概念n磨細礦粉即磨細水淬高爐礦渣粉，又稱礦渣微粉，其英文縮寫為GGBS或GGBFS n磨細礦粉是以高爐水淬礦渣為主要原料經干燥、粉磨處理而制成的超細粉末材料；是制備高性能水泥和混凝土的優質混合材。 342.礦粉的技術指標n礦粉的活性指數礦粉的活

17、性指數是采用標準試驗測試確定的，簡單的說：礦粉替代50%水泥，拌合制作標準砂漿試件，然后測試砂漿28天強度。含礦粉砂漿強度與不含礦粉基準砂漿強度比，就是礦粉的活性指數。n常用的S95是一個礦粉等級。其中S表示礦粉，來源于英文SLAG（礦渣）。95表示活性指數不小于95%。n標準：S105/95/75，7天活性指數：不小于95、75、55，28天活性指數：不小于105、95、75n流動度比：小于85、90、95n密度。2.8g/cm3，比表面積：不小于350m2/kg352.礦粉的技術指標n粒化高爐礦渣的質量可用質量系數K得大小來表示：nK=（CaO + Al2O3 + MgO）/（ SiO2

18、+ MnO + Ti O 2）n式中CaO 、Al2O3 、MgO、SiO2 、MnO 、 Ti O 2為相應氧化物的重量百分數。n質量系數反應了礦渣中活性組分與低活性和非活性組分之間比值。質量系數越大，則礦渣的活性越好。363.礦粉和粉煤灰的區別n（1）兩者來源不同：粉煤灰來源于熱電廠排放的煙氣經收塵處理后收集得到的飛灰；而磨細礦粉則是由煉鐵高爐排出的熔融態礦渣經水淬（粒化）后再進行干燥、磨細加工而得到的超細粉末。（2）兩者化學組成不同：一般粉煤灰含很高的SiO2、Al2O3，但CaO卻非常低（僅為1-5%）；磨細礦粉則具有與普通硅酸鹽水泥非常相近的化學組成，如CaO 30-42%, SiO

19、2 35-38%, Al2O3 10-18%, MgO 5-14%，等。（3）兩者水化活性不同：粉煤灰不具有自身水化硬化特性，只能在有活性激發劑（如硅酸鹽水泥等）作用下，才能具有強度；磨細礦粉卻具有自身水化硬化特點，能在加水拌和后自行水化硬化并具有強度。當有硅酸鹽水泥激發時，其活性得到更充分的發揮。373.礦粉和粉煤灰的區別n（4）兩者的允許摻量不同：粉煤灰在水泥中的允許摻加量為2040%，但在混凝土中最大摻量一般不超過35%；磨細礦粉在水泥或混凝土中的摻加量則可達2070%。一些歐洲國家甚至允許摻到85%。（5）兩者在混凝土中的摻加方式不同：粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式以保證混凝土強度

20、達標；磨細礦粉則通常采用“等量”取代水泥方式配制混凝土，其強度仍然可以滿足設計要求。384.摻礦粉混凝土拌和物性能特點n與空白混凝土相比，摻加超細度礦粉混凝土拌和物具有如下基本性能特點：（1）凝結時間延長，坍落度損失小，對夏季施工有利；（2）拌和物粘聚性增加，不易分層離析，可泵性好；（3）混凝土泌水減少，對減少沉降開裂有利。 395.摻礦粉混凝土強度發展特點 n1）礦粉摻量對混凝土強度發展有顯著影響，應根據設計與施工要求，通過實驗確定最佳的摻量范圍；（2）在標養條件下，摻量30-50%礦粉混凝土3天抗壓強度約為空白混凝土的50-60%，7天時達到70-80%，28天及以后強度與空白混凝土持平并可持續增長。 40 6.養護溫度對摻礦粉混凝土強度發展影響 n（1）摻礦粉混凝土強度發展對養護溫度較敏感，溫度越低對其強度發展越不利；（2）夏季施