粉煤灰雙免砌塊開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)

一、 概述

　　我國(guó)是世界人均耕地最少的國(guó)家之一。由于世界環(huán)境的惡化，每年沙漠化要吞噬掉一些耕地；隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市不斷擴(kuò)大。大片良田用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，我國(guó)燒制粘土磚每年要挖掉25—30萬(wàn)畝耕地。土地資源危機(jī)亮起了紅燈?！扒卮u漢瓦”的歷史，應(yīng)該結(jié)束了。發(fā)展綠色環(huán)保建材已到了刻不容緩的地步。

　　我國(guó)是世界燃煤發(fā)電的第一大國(guó)，排出的粉煤灰是世界之冠，97年粉煤灰的總排放量已達(dá)1.6億噸，目前利用率約在30%，主要用于筑路基和回填，建材業(yè)所用不多，每年有一億多噸未能利用的粉煤灰，儲(chǔ)存于灰?guī)熘?。每年需征地五萬(wàn)畝土地儲(chǔ)灰，目前貯存一噸灰的建庫(kù)費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)約需10—100元，粉煤灰用于筑路，受地區(qū)、時(shí)間的限制，使用不均衡，一旦干線基本建成，粉煤灰的出路馬上又成問(wèn)題。因此必須大力研究開(kāi)發(fā)利用粉煤灰，生產(chǎn)適合建筑業(yè)需要的墻體材料，特別是粉煤灰小型空心砌塊、地磚、面磚等新型建材，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，使粉煤灰綜合利用走上康莊之道。

　　國(guó)家對(duì)粉煤灰開(kāi)發(fā)利用非常重視，一批科技專家致力于這一事業(yè)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)粉煤灰綜合利用作出了重要貢獻(xiàn)，如上海粉煤灰砌塊在60—70年代曾占全市墻材的60%。但到了70年代后期，由于發(fā)現(xiàn)粉煤灰砌塊建筑存在諸如裂縫、粉刷脫落、裝修困難，施工不方便等缺點(diǎn)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有認(rèn)真的總結(jié)、研究、提高和改進(jìn)，包括建筑結(jié)構(gòu)體系的改進(jìn)，而是一下子給否定了。“壞名聲”一直影響到現(xiàn)在，給今天的粉煤灰建材的發(fā)展帶來(lái)了深重的不良影響。其實(shí)那時(shí)的粉煤灰砌塊以生石灰為激發(fā)劑，通過(guò)高溫壓固化成材，材料安定性欠佳、砌塊內(nèi)部存在不利的溫度應(yīng)力，干縮率較大，表面光滑等缺點(diǎn)，再加上沿用磚混結(jié)構(gòu)建筑體系，不可避免的造成了上述毛病。但是，近10年來(lái)科技成果有了新的發(fā)展。中國(guó)建材研究院有關(guān)專家經(jīng)多年研究和生產(chǎn)實(shí)踐推出的粉煤灰小型空心砌塊生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出的粉煤灰砌塊性能有了很大的提高，許多方面都超過(guò)了粘土磚，用這種新型建材蓋出了多幢六層住宅樓，經(jīng)有關(guān)部門(mén)鑒定受到專家的肯定。同時(shí)也受到用戶和房地產(chǎn)發(fā)展商的歡迎。根據(jù)北京、江蘇、安徽、上海等地的實(shí)踐證明，粉煤灰小型空心砌塊做為新型墻體材料大有發(fā)展前景。它大量利用粉煤灰，防止了對(duì)環(huán)境的污染和破壞，同時(shí)還提高了建筑使用功能和降低了建筑造價(jià)。真正做到了集經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益于一身，是利在當(dāng)代，功在千秋，造福子孫后代的綠色環(huán)保好建材。



　　二、 粉煤灰的化學(xué)物理特性適于做建材，是很好的建材原料

　　1、 煤灰是相當(dāng)純凈的建材原料
　　粉煤灰化學(xué)成份與煤種、產(chǎn)地、燃燒爐型式等有關(guān)，但我國(guó)非高鈣粉煤灰，其成份比較相近，現(xiàn)將上海地區(qū)的八大燃煤電廠的粉煤灰各種化學(xué)成份的平均值與江西明砂高嶺土化學(xué)成份相比，列表如下：

成份 SiO2 Al2Q3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 Na2O K2O SO3 燒失量
粉煤灰 49.9 31.2 6.7 2.5 0.7 1.2 1.2 0.2 1.1 5.9
高嶺土 50.6 34.9 0.6 0.4 0.1 微量 2.7 1.0 9.9


　　從上述表可以看出粉煤灰與高嶺土的化學(xué)成份很相近，以影響材料長(zhǎng)期穩(wěn)定性的燒失量（可以燃燒的有機(jī)質(zhì)）還低于高芩土很多。因此可以說(shuō)，經(jīng)過(guò)高溫燃燒后的粉煤灰是相當(dāng)純凈的相當(dāng)好的建材原料。

　　2、 粉煤灰中有害元素在水體中浸出物及放射性沒(méi)有超標(biāo)，是安全的。
　　對(duì)粉煤灰中有害元素在水體中浸出物及放射性曾有過(guò)片面的意見(jiàn)，令一些人談起粉煤灰就產(chǎn)生懷疑，為了糾正這種錯(cuò)誤影響，國(guó)內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)此做了大量的研究，測(cè)試了許多電廠的粉煤灰，研究的結(jié)果現(xiàn)簡(jiǎn)介如下：

　?。?）根據(jù)上海市粉煤灰應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)所述：“楊欽元等測(cè)得的粉煤灰的天然放射性元素的比活度，按GB6763—86兩個(gè)公式計(jì)算的結(jié)果分別為0.93和0.73，說(shuō)明即使全部用粉煤灰制成的建材，其放射性亦未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人體是安全的。”

　?。?）根據(jù)吳賢中、汪斌、李尉卿《粉煤灰及其建材制品中有害元素在水中浸出及放射水平的研究》一文結(jié)論：①有害元素在水體中的浸出極微，不會(huì)影響環(huán)境水質(zhì)，浸出后的水質(zhì)尚符合國(guó)家水質(zhì)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。②用粉煤灰做的建材制品的放射性對(duì)人體無(wú)傷害。這些制品的比放射性強(qiáng)度比GBJB—74《放射性防護(hù)規(guī)定》低2—3.56倍。而且檢測(cè)資料反映粉煤灰制品與當(dāng)?shù)卣惩链u放射性相當(dāng)。

　?。?）環(huán)保部門(mén)在蕪湖市測(cè)得蕪湖電廠粉煤灰的比放射性強(qiáng)度（淮南煤）及江蘇泰興黃橋電廠（徐州煤）的粉煤灰比放射性強(qiáng)度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)很多。

　　對(duì)于我國(guó)晉、陜、豫、冀、蘇、皖等主要的煤礦的粉煤灰的浸出物和放射性都沒(méi)有超標(biāo)是很安全的，而且這些地方60、70年代用粉煤灰硅酸鹽砌塊所建的建筑經(jīng)過(guò)20多年應(yīng)用也證明是安全的。但是在云、貴、川等地某些小煤窯的粉煤灰的放射性存在超標(biāo)現(xiàn)象，因此這些地區(qū)使用時(shí)宜慎。



　　三、粉煤灰的顆粒組成與結(jié)構(gòu)也適于做建材

　　粉煤灰的顆粒主要由大量硅鋁玻璃體和少量碳粒組成，玻璃體又以單珠、連珠體和海綿狀不規(guī)則多孔體組成。粉煤灰的活化能力主要靠硅鋁玻璃體，但在常溫下，因其以多聚物組成為主，故活化能力較低。粉煤灰的密度、堆積容重和細(xì)度如下表：

密度 堆積容重 細(xì)度%
（G/cm3） （kg/m3） >80mm 45—80mm <45mm
2.08 73.5 22.9 23.9 49.2

　　粉煤灰的基本效應(yīng)也適于做建材
　　 （1）活性效應(yīng)：粉煤灰活性效應(yīng)是指粉煤灰的火山灰活性反映（二次反應(yīng)）和高鈣粉煤灰的自硬的膠凝性質(zhì)。

　?。?）形態(tài)效應(yīng)：依據(jù)“粉體工程學(xué)”的理論，為粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)可以在混凝土材料中起到減水、引水、保水、釋水、潤(rùn)滑、減阻、解絮、塑化、增漿、濃化、粘聚、增密、減氣、堵孔、調(diào)凝、促凝等正效應(yīng)。

　?。?）微集料效應(yīng)：對(duì)混凝土漿體中尚未水化的水泥顆粒內(nèi)芯視為“微集料”，對(duì)混凝土強(qiáng)度起到正效應(yīng)即為微集料反應(yīng)，而粉煤灰微集料在混凝土中的效應(yīng)比未水化的水泥顆粒和微集效應(yīng)還略勝一籌。



　　四、雙免技術(shù)成材機(jī)理：
　　粉煤灰和爐渣的主要活性反應(yīng)，是與水泥熟料水化生成的Ca（OH）2反應(yīng)生成硅酸鈣結(jié)晶（xCaO·SiO2·nH2O）反應(yīng)過(guò)程如下：
SiO2＋xCa(OH)2＋(n－x)H2O＝xCaO·SiO2·nH2O

　　除上述反應(yīng)外，粉煤灰和爐渣還與其他的水化產(chǎn)物進(jìn)行一系列復(fù)雜的二次反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水鋁酸鈣結(jié)晶。其反應(yīng)過(guò)程如下：
　?、?(1.5－2.0) CaOSiO2·aq＋SiO2＝(0.8－1.5)CaO·SiO2·aq
　?、?3CaO·Al2O3·6H2O＋SiO2＋mH2O＝xCaO·SiO2·mH2O＋yCaO·Al2O3·nH2O x≤2 ，y≤3
　?、?Al2O3＋xCa(OH)2＋mH2O＝xCaO·Al2O3·nH2O x≤3
　?、?3Ca(OH)2＋Al2O3＋2SiO2＋mH2O＝3CaO·Al2O3·2SiO2·nH2O

　　上述反應(yīng)的水化產(chǎn)物與水泥熟料的水化產(chǎn)物基本相同。因此，粉煤灰和爐渣的水化性能是一致的。所以，粉煤灰和爐渣在活性充分發(fā)揮的情況下，可起到和水泥相同的膠結(jié)作用，而降低水泥的用量，從而降低砌塊的總成本。