粉煤灰在建筑和建材工业中的应用.pdf

粉煤灰在建筑和 建材工业中的应用一.粉煤灰水泥1.生产粉煤灰水泥的经济效益和社会效益粉煤灰主要由活性二氧化硅和三氧化二铝组 成，因此它可替代粘土组分进行配料，用于水泥 的生产。粉煤灰应用 于水泥生产，不仅具有经济效益,还具有社会效益，集中表现为以下几个方面(1)节省燃料一方面由于粉煤灰的产生过程就相 当于一个熟化过程，当用它代替粘土时就省掉粘土用于熟化消耗的 能量；另一方面由 于粉煤灰中 尚 含有一定数量末完全燃 烧的碳粒，在某些粉煤灰水泥生产中得到应用。此，在粉煤灰水泥生产的配料中可减少加入的煤量。比如：开封建筑材料厂采用64%69%石灰石、15%左右析煤 灰、6%7%石膏、2%萤石、0.9%10%矶土、7.9%8.5%外加煤配制生料，经1350匕燃烧成熟料。用该熟料和15%沸 石、25%脱碳粉煤灰制成水泥，平均吨熟料耗标煤102kg,比 普通的硅破盐熟料200kg煤耗降低了 49%o增加产量，降低电能粉磨普通硅酸盐水泥时，掺加粉煤灰作混合材料，能 起一定的助磨作用，使磨机产量有所提高，单位电耗 降低。降低产品成本.改善水泥性能粉煤灰比生产传统水泥的原材料易得，价廉，能 降低产品成本。同时，粉煤灰水泥具有如下将点。早期强度低，后期增长率大，比普通硅酸盐水泥大 一倍；浇筑实体致密，不易产生裂缝，水泥石结晶完 整耐风化，适用于道路、机场跑道、水坝等工程。干缩性小，能明显改善混凝上的干性收缩与脆性。水化热偏低，适用于高温季节施工或大体积混凝土 工程施工。胶砂流动度大，和易性好，在相同塌落度时可比普 通硅酸盐水泥减少拌和水，从而液小水灰比。坍落度主要是指混凝土的塑化性能和可泵性能坍落度的测试方法:用一个上口 100mm、下口 200mln、高300mm喇叭状的塌落度桶，灌入混凝土后捣实，然后拔起桶，混凝土1=刍重产生塌落现象，用桶高（300mm）减去塌落后混凝土最高点的高度，称为塌落度，如果差值为10mm,则 塌落度为10。和 易 性是指混凝土是否易于施工操作和均 匀 密实的 性能，是一个很综合的性能其中包含流动性、粘 聚性和保水性。影响和易性主要有用水量、水灰比、砂率以及包括水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等几个方面。耐硫酸盐性能好，长期处在有硫酸盐的介质中基 本无侵蚀现象。对一些地方小窑水泥厂产的水泥,含辄化镁及游离辄化钙过量,破坏了水泥安定性而不能使用时,如掺入二氧化硅含量大于52%的粉煤灰(掺入量10%一30%),水泥的安定性得到改善，并能立即使用。(4)保护环境，变废为宝我目是一个燃煤大能使粉煤灰资源得到很9好地再生利用，对避免生态环境恶化，实行可持续 发展，造福子孙后代具有重要意义。2.普通粉煤灰水泥粉煤灰在水泥中 的应用 历经几十年广泛的试验 研究和生产应用，现已能大批量稳定生产。粉煤灰水泥是将粉煤灰作为一种火山 灰质材料 掺入普通硅酸盐水泥熟料中，加入适量石膏经研磨 而得。生产流程见下图：粉煤灰f烘干熟料-T钢.而词成品石膏-f粉煤灰的掺量按重量百分比计一般可达20%一 40%o粉煤灰的质量指标为：烧失量三8%,含水量至1%,三氧化硫=3%o所生产的水泥强度标号有275号、325号、425号、525 号、625号等。目前，我国粉煤灰水泥主要有两大品种：粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰矿渣两掺的复合水泥。3.特种粉煤灰水泥近年来，许多科学工作者根据粉煤灰的特性，研制了一些粉煤友掺加量较多，具有某些特性和 特殊用途的水泥，人们称之为特种水泥。粉煤灰低热水泥中 国 建材研究院研制成功的粉煤灰低热水泥是用 粉煤灰、矿 渣和少量硅酸盐水泥熟料、硬石膏配制的。这种水泥的特点 是熟料用量少，粉煤灰掺量多。水泥组成为粉煤灰36%52%,矿渣20%36%,熟料18%20%,硬石膏10%,外加 糖蜜0.15%,水泥比表面积控制在4005501n2/kg。80水泥标 号可达325425号，且具有水化热较低，微膨胀等特性。高掺量低热粉煤灰水泥，是采用化学物理方法利用粉 煤灰制成的水泥，其显著技术特点如下：1、粉煤灰用量大，一般用量可达5060%,比通常的粉煤灰硅 酸盐水泥中 的冷煤灰用 量增大3-4倍。2、生产工艺简单，与低热合成的构煤灰水泥相比，不需用蒸 养和高温澈烧，生产成本保廉。3、所研究的汾煤灰掺和材料和添加剂具有溶蚀、活化、早强 等多种功能，可促进水化的进行和早期强度的提高。4、材料来源方便，配方合理，性能优良。水泥最高强度可达 70Mpao5、水泥水化热低，析出CaSH为量低，抗硫酸盐侵蚀能力强。6、水泥标号可达325号、425号，适用于地下、水中以及经常 受高压水压的工程，大体积混凝土工程。粉煤灰砌筑水泥现代水泥工业向生产高强度水泥发展,这与前我每年都新建大批的痔混结构住宅所需大量低标号砌筑砂浆产生了经济上的不协调性。为,如果用325号、425号等标号水泥配制和易性能良好，仅要求强度为50号或25 号的砌筑砂浆，会浪费水泥，提高工程造价。正是为了解决这一实际问题，用于砌筑砂浆 的粉煤灰砌筑水泥就应运而生。臼目我家标准GB318382将砌筑水泥定义为：凡 由 活性混合材料或具有水硬性的工业废料为 主要原料，加入少量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨 细制成的水硬性胶凝材料。以粉煤灰为主要原料的 砌筑水泥，附称为粉煤灰砌筑水泥.其粉煤灰含量 一般不小于40%。粉煤灰砌筑水泥又分纯粉煤灰水泥无熟料粉煤灰水泥少熟料粉煤灰水泥磨细双灰粉a.纯粉煤灰水泥纯粉煤灰的水泥生产方法有两种：一种足利用含疑化钙高的粉煤灰生产，即将 化学成分比较稳定且辄化钙含量在15%以上的粉煤灰，加入适当的外加剂，磨细到一定细度.可生产出质量比较好的纯粉煤灰水泥。该生产方法简侵、成本低廉，是其他粉煤灰 利用方法无可比拟的。云南开远发电厂及开远化肥厂进行过这方面 的生产。另一种方法是利用人工增钙粉煤灰生产，即 按一定比例配人石灰或石灰石，与煤一起混合磨 幼，喷人锅炉燃烧，排出的粉煤灰，再加入定量 的石膏，进行球磨即得成品。这种水泥的质量经用 户 使用 反应较好。株洲鹿鲂厂和西安坝桥电厂等单位曾生产过。不过，由于炉内增钙会影响锅炉的正用燃烧，一 般不提倡用 炉内增钙的 方法生产纯粉煤灰水泥。b.无熟料粉煤灰水泥无熟料粉煤灰水泥又称石灰一粉煤灰水泥，是 以粉煤灰为主要原料，配以适量的石灰、石膏（有 时加入部分化学外加剂或矿渣等），共同磨细制成 的水硬性胶凝材料。生产这种水泥不需要燃烧用的窑炉，生产方法 简单、投资少、成本低、生产规模可大可小。生产 的水泥标号可达225275号，可用来配制2550号 砂浆，也可用于生产蒸汽养护的非承重构件。无熟料粉煤灰水泥的生产，要求粉煤灰活性越高 超好，含碳量低于8%,且是干排灰；石灰应是新烧制的,有效氧化钙含量越高超好；石膏可用二水石膏、半水石膏或燃烧石膏，还可 用含二氧化硫较高的工业下脚料代替。其大致配比（质量百分数）为：粉煤灰6570,石衣2530,石膏35O粉煤灰 石灰石膏 外加剂瓯 Oita强*哂.水泥库i包装一成品无触料汾煤灰水泥生产工艺流程C.少熟料粉煤灰水泥少熟料煤灰水泥是以粉煤灰为主要原料,加少量熟料与石膏（有时也加入部分石灰或部 分矿渣）磨制而成的水硬性胶凝材料。水泥标 号一般可达275325号。由于用孰料代替了无 熟料水泥中的石灰，水化产物与无熟料水泥不 同，凝结硬化规律他不一样，但生产工艺大致 相同。该水泥可用来配制25号、50号、75号、100号砂浆及低标号（200号以下）混凝土 构件。少熟料粉煤灰水泥对粉煤灰、石膏的技术要求与无熟料粉煤灰水泥相同，但要求水泥熬料最好是质量较好的熬料（525625号），并希望硅酸钙、铝酸钙含量高一些，因为水 泥熟科是少熟料粉煤灰水泥产生强度、提供氢氧化钙与粉煤灰中的活性组分作用生成水硬性胶凝材料的主要原料。少熟r料粉煤灰水泥配比为：煤*6570,料2530,膏35。d.磨细双灰粉磨细双灰粉即将粉煤灰和石灰按一定 比例混合磨细后制成的水硬性胶凝材料，一 般用于砌筑砂浆和装修用灰等，根据不同的 要求，采用不同的配比。低温合成粉煤灰水泥将粉煤灰和磨细的 生石灰及品种混合 并加水消解后，经轮碾、成型，然后通过蒸 汽养护，再进行700850C低温塘烧,最后再加入5%7%石膏.共同粉磨成水泥，标 号可达325号。生产这种水泥.从原料、配料 直至蒸养成半成品，除原料和配合比不同外，其工艺与粉煤灰常压蒸养律完全相同，故可 利用桁煤灰蒸养痔的设备生产。在结晶法中，通过加入不溶的添加物即品种，形成晶核，加 快或促进与之晶裂或立体构型相同的对映异构体结晶的生长.低温合成粉煤及水泥的烧成温度不易超过 850C,因为当温度超过900c时，蒸养过程中生 成的主要水化产物立方晶形的水化铝酸三钙和高 碱性的水化硅酸二钙能相 互作用 生成钙铝黄长石,致使水泥强度下降。低温合成粉煤灰水泥中粉煤灰含量可达70%,而且干灰、湿灰都能利用。这种水泥的特性 是快凝、安定性好、强度发挥快、冬季也能正常 施工（5匕以上）。可用作喷射水泥、型砂水泥、加气粉煤灰砌块用 水泥、抗硫酸盐水泥、大坝水 泥、抢修水泥等特种水泥，也可用作一般建筑工 程水泥。水泥的水化机理:水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即 与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放 出一定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙 凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成 早期 强度并生成早期 水化热。硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙 晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强 度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。产物中氢 氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水 化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪 凝现象，水泥将无法正常使用。通的通过在 水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的 发生。铝 酸二钙水化生成水化铝 酸钙 晶 体和 水 化铝酸钙凝胶。该水化反应的速度和水化放 热量均属中等。石膏 调 节凝结时间 的 原理石膏 与水化铝 酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矶石）。该晶体难溶,包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜,阻碍水分进入水泥内部,使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪 凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结 时间的作用。(4)优质高标号水泥汤从心、苏锡华研究的“高铝制煤灰塘烧优质铝氧、高标号水泥等特种水泥并余热发电自给新工艺”的科技成果,是利用三氧化二铝 含量在30%以上的高铝粉煤灰配以70%的 石灰石，采用窑夕卜预热、预分解燃烧技术，烧成铝酸钙熟料,以5%的碳酸钠溶液浸取其中的三氧化二铝，浸出的铝酸钠 通入二氧化碳气体制成各种非冶金级氢氧化铝。余下的部分 硅钙渣，其80%的成分可用于烧制水泥，而且制粉率高达97%,将此渣配以10%15%的石灰石，可烧成625号水泥熟 料，掺粉煤灰和石膏又可制成525号水泥。由 华阴市与秦岭 创先实施10万吨级项 目，然后扩建85万吨级项 日。最终用尽秦岭电厂的年全部排灰。新煤衣精细化深加工和简单整体利用的生产方法进行 有机结合，对我国粉煤及资源由保、中科技水平利用状况向 高利用率、高科技转化，具省重要的示范意义。(4)粉煤灰喷射水泥喷射水泥主要用于各种坑道、隧道、地下防空工程，水 利水电地下工程等喷锚支护方面，采用喷射水泥可以加快施工 速度，节省工程投资，提高效率，便于机械化操作。一般采用500号以上的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥 夕卜掺速凝剂代作喷射水泥使用。普通水泥掺人少量速凝剂后(3%4%)能使混凝土的早期强度提高很快，但是其后期强度则 损失较大。构煤灰喷射水泥与其他粉煤灰水泥相似，即其后期 强度有所增长，弥补了这一不足。汾煤灰喷射水泥是以低温合成冷煤灰水泥为主要成分，夕卜掺入3 0%硅酸盐水泥熟料和适量缎烧石膏共同 粉磨制成的。粉煤灰喷射水泥生产工艺简单，希煤灰用量大，产品性 能良好，是粉煤灰资源开发利用 的最有效途径之一。粉煤灰早强水泥粉煤灰早强型水泥用 于工程 中 可加快施工进度，提高工程质量，降低工程造价.用于构件制作中可 加快模具周转，用蒸汽养护时可降低蒸汽消耗。粉煤灰早强型水泥的生产工艺过程同生产普 通水泥一样,只是改变配料和部分工艺参数。立窑 烧成中低火稳定，易于操作，易于控制，有较好的 适应性。(6)粉煤灰彩色水泥粉煤灰彩色水泥是以低温合成粉煤灰水泥为 基料，以掺加颜料而制成。这种水泥是以75%左右 的粉煤灰掺入少量激发剂，以水热合成、低温微烧 成熟料，加入适量石膏，共同粉磨而成的新品种水 泥。由 于采用 了一定的制作工艺.低温合成粉煤灰 水泥具有一定的白度，所以，掺加颜料后可制成彩 色水泥。彩色粉煤灰水泥是物美价廉的中、低档墙面装 饰材料，它吃灰量大，是综合利用粉煤灰的有效途 径。4.推广物煤灰水泥存在的问题利用 粉煤灰作水泥混合料来途产各种粉煤及水 泥，对于提高水泥质量，降低水泥成本，大量消耗 粉煤灰，都有好处，应大力推广。但是.目前利用 粉煤灰生产水泥的量并不大，主要问题在于：湿排粉煤灰宜接利用困难大我国目 前电厂采用湿法排灰或干灰湿排约 占95%,这样带 来的问题是：一方面，湿排粉煤灰不能直接用来生产水泥，必须经过于明 而目 前又缺乏成本低、效率高的干燥设备，势必会给粉煤灰水泥生产企业带来能耗提高、效益降低的结 果.影响其利用粉煤灰生产水泥的积极性；另一方面，湿排 灰一般都是狗煤灰和炉底渣混排，这样的混合灰渣中化学成 分和颗粒级配的变化更大，对保证粉煤灰水泥产品质量带来 廓烦。电厂粉煤灰的质量波动较大许多地区粉煤灰含碳量超过8%,达不到二级粉煤 灰的指标要求（运行正常的现代电厂粉煤灰烧矢量一 般不超过3%）o 这友接影响到包括粉煤及水泥在内 的粉煤及产品的质量。因此，对原煤提出一定要求，提高操作技术.加大 研究和发展粉煤灰资源价值再创造技术，是稳定粉 煤灰质量，推广粉煤灰在水泥及相应技术领域得到 广泛应用 所面临的又一迫切课题。1.水泥标号水泥标号是按规定龄期的抗压强度和抗折强度划 分，强度以kgf7cm2计。硅酸盐水泥、普逋水泥的强 度龄期为3d、28d,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰 水泥和复合水泥的强度龄期为3d、7d、28do 强度的 检验方法按水泥胶砂强度检验方法(GB177 85)(简称GB法，此标准已于1999年5月1日废止)执彳亍。各类水泥的强度共设275、325、425、425R、525、525R、625、625R 和725R 九个标号。强度等级：水泥强度等级也按规定龄期的抗压强度和抗 折强度划分，强度以MPa计。各类水泥的强度龄期统一为3d、28do 强度的检验方法按水泥胶砂强度检验方法(ISO法)(GB/T17671 1999)(简称ISO法，此标准于1999年5月1日实 施)执行。常用各类水泥的强度共设32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R，、个等级。相应的产品新标准是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175 1999)、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及新煤灰硅酸盐水泥(GB1344 1999)和复合硅酸盐水泥(GB12958 1999)。这三项标准于1999年12月1日起实施。考虑水泥生产、检 验及使用方面的实际情况，规定了为期1年的过渡期。过渡期 内新老标准的水泥并行，从而实现平稳过渡。标号与强度等级：水泥强度从标号到强度等级的变化,主要是由于采用了不同的强度检验方法，即由GB 法 改为ISO法。这是我国水泥标准为向国际标准靠拢并 与其保持一致做出的重大修改。两种检验方法在胶砂 组成（标准砂、及砂比、水灰比）、搅拌方法、携实 成型方法、养护、加载速度、试验条件控制和仪器设 备等方面有明显的差别。经试验对比，老标准水泥采 用GB法和ISO法的试验结果是：抗折强度差值不大，对水泥疆度指标的影响可忽略不计；而抗压强度用 I SO法检验的则普通较用GB法检验的降假了 大约一个 强度等级。如标号为425的水泥，其强度等级相当于 32.5O 就平均统计水平来看，标号与强度等级的关系 大致是425号32.5级、525号42.5级、625号-52.5级。2混凝土标号：混凝土标号是指按标准方法制作、养护的 边长为20cm的立方体标准试件，在28d龄期用标准试 验方法所测得的抗压极限强度，以kgf/cm2计。如500 号混凝土，其试件抗压极限强度为500kgf7cm2。当采 用非标准尺寸的试件时，应换算成标准试件的强度，换算系数分别是：边长15cm的立方体试件为0.95,边长10cm的立方体试件为0.90o 混凝土的标号通用采 用150、200、250、300、350、400、450、500、550、600o强度等级混凝土的强度等级按立方体试件抗压强度标准值划 分。立方体试件抗压强度标准值则是指按标准方法制 作、养护的边长为150mm的立方体标准试件，在28d龄 期用 标准试验方法所测得的抗压强度总体分布 中的一 个值，强度低于该值的百分率不得超过5猊 亦即保证 率为95%。混凝土的强度等级采用混凝土(concrete)的代 号C与其立方体试件抗压强度标准值的兆帕数表示，如 立方体试件抗压强度标准值为50MPa的混凝土，其强 度等级以“C50”表示。稣徐整簟HT午稣徐 3h*r箕 a 093 M凌金案整 0093 冶93 033 冶K）0W 983 K0S3%3 0Z3冶13省出%躯备案整印牛稣建。3混一青（E6880SI）素坤渡与物室整辞一年稣卷率科闻国曜（28Z0Ifa9）素母谢海礁砚案普午稣徐紫势盲国日紫坤室 哗da函解物渡出*生*+（醉诙锌 日Ir661工紫势力）仔6 9SWT9I）紫势区热确碗案露牛稣繇冬满。96。伊引印!、L宇本物11ral001斗相S0*1兴4等3制0注物umiooz冲相：哲暗与噂混苒察甲整3 4*!紫势泗首诲双 44*!物4紫势等 宗标号与强度等级（两者主要差别在两个方面）一是所用标准试件尺寸不同，标号和强度等 级所用 立方体试件边长分别是200mm和150mmo二是取值方法的不同，强度等级有明确的 统计概念，即强度标准值是强度总体分布中的 平均值减去1.645倍标准差（从而使保证率为 95%）,而标号则没有明确的数理统计概念，据推算其保证率约在85%的水平上。考虑标准 试件尺寸的 变化和强度等级的数理统计定义。混凝土简写为“硅”，是指由胶凝材料将集料胶 结成整体的 工程复合材料的 统称。通常讲的混凝土一词是指用 水泥作胶凝材 料，砂、石作集料，与水（加或不加夕卜加剂和 掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养 护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵 石）、细身料（砂）和水拌合，经硬化而成 的一种人造石材。砂、石在混凝土中起身架 作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水 泥浆，包裹在粗细界料表面并填充骨料间的 空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混 凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将为 料胶结在一起，形成坚强的整体。混凝土的原材料水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料与水拌 和使混凝土拌合物具有可塑性；进而通过化学 和物理化学作用凝结硬化而产生强度。一般说 来，饮用水都可满足混凝土拌和用水的要求。水中过量的酸、碱、盐和有机物都会对混凝土 产生有害的影响。集料不仅有填充作用，而且 对混凝土的容重、强度和变形等性质有重要影 响。混凝土性能1,和易性:混凝土拌合物最黄要的性能。它综合表示拌合物的稠度、流动性、可塑性、抗分层 离析泌水的 性能及易 抹面性等。测定和表示拌合物和易性的方法和指标很多，中主要采用 截锥坍落筒测定的坍落目度，作为稠度的主要指标。2.强度：混凝土硬化后的最童要的力学性能，是 指混凝土抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力。水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用 量以及搅拌、成型、养护，都直接影响混凝 士的强度。混凝土按标准抗压强度（以边长为150mm 的立方体为标准试件，在标准养护条件下养 护28天，按照标准试验方法测得的具有95%保 证率的立方体抗压强度）划分的强度等级，称 为标号，分为C10、C15等。3.变形混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形，主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。在长期荷载作用下，应力不变，应变持续 增加的现象为徐变，应变不变，应力持续 减少的现象为松弛。由 于水泥水化、水 泥石的碳化和失水等原 因 产生的体积变 形，称为收缩。4.耐久性在一般情况下，混凝土具有良好 的耐久性。但在寒冷地区，特别是在 水位变化的 工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冰融交替作用时，混凝 土易于损坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。混凝土养护:养护的的 在于创造适当 的温湿度条件,证或加速混凝土的正常硬化。不同的养护方 法对混凝土性能有不同影响。常用的养护方 法有自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、蒸 压养护、电热养护、红外线养护和太阳能养 护等。养护经历的时间称养护周期。为了便于比较，规定测定混凝土性能的试件强须在标准条件下进行养护。中采用的标准养护目条件是:温度为203C;湿度不低于90%o混凝土的种类按胶凝材料分有:无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅 酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；有机胶结料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。按容重分有:重混凝土，容重2600-5500公斤/立方米甚至更大；普 通混凝土，容重2400公斤/立方米左右；轻混凝土，容重为500T900公斤/立方米的轻集料混凝 土、多孔混凝土、大孔混凝土等。按使用功能分主要有结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐 火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混 凝土等。按施工工艺分主要有:离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射 混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝 士等。按配筋方式分有：素（即无筋）混凝土、钢筋混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预 应力混凝土等。按混凝土拌合物的和易性分布:干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝 土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混 凝土等。二.粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土泛指掺加粉煤灰的 混凝土。实践证明，在配制混凝土混合 料时，掺入一定数量和质量的粉煤 灰.可达到改善混凝土性能，节约水泥,提高混凝土制品质量和工程质量，以及降低制品生产成本和工程造价的 目 的。它是实现粉煤灰资源化、商品化和综合 社会效益一体化的一条重要途径。1.掺用机理由于粉煤灰有的火山灰活性.它能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙级慢进行“二次反应“在表面形成一火山灰质反应生成物o与水泥浆硬化体晶格坚固地结合起来，进而增长长龄期强度.提高混凝土的抗掺性和耐久性；此夕卜,由 于粉煤灰在混凝土 中 具有超 出火山 灰活性的 特殊物理功能，比如粉煤灰的减水功能、增加浆体 的体积功能、调节凝胶量和胶凝过程的功能、填 充浆体乳隙功能、与水泥整体的协和功能等，便 粉煤及混凝土物理化学作用达到动态平衡，起到 了使混凝土性能改善和质量提高的作用。2.掺混方式分类及优缺点按粉煤灰在混凝土配制 过程 中 的掺混程序可分 为“内掺”和“夕卜掺两种方式。内掺粉煤灰就是指水泥内已掺有粉煤灰。也就是说粉煤灰与水泥按专门设计的 固定比例掺混好,形成一种系列化的销售产品，用户根据白己的具体 工程要求而选用。比如：含粉煤灰的普通硅酸盐水泥、粉煤灰 硅酸盐水泥或粉煤灰矿渣硅酸盐水泥及“预混合粉 煤灰水泥”等。“外掺粉煤灰”就是指粉煤灰生产企业经过选灰，加工成供混凝土中宜接掺用的商品粉煤灰*用户 按照工程程的要求和粉煤灰的特征就用 瓯进行粉煤灰 混凝土最佳配比的设计。前者的 优点是粉煤灰和 水泥混合均 匀 质量控制较好，但其根本性缺点是粉煤灰与水泥配比 固定,不能按照现场施工情况进行调整二者比例;后者优点是施工配比可灵活学握，缺点是绐施 工带来增加设施等麻烦。按所掺粉煤灰的 加工程度可分为 原状粉煤灰 混凝土和 产品粉煤灰混凝土。所谓 原状粉煤灰混凝土,就是指在制备混凝土时.把直接从燃烧系统排出的粉煤灰作为一种组 分加入搅拌机拌制而成的混凝土；产品粉煤灰泥凝上则是指制 备混凝土时所用 的粉煤灰进行预加工处理，提高粉煤灰的内在品质 和质量，如 目 前已被广泛采用 的磨细粉煤从技术。前者的优点是使用方便，可带来较大的经 济效益，但是致命的缺点是 由于所用原状 粉煤灰无法控制 质量，没有质量保证，只 能用 在要求较低的施工工程中，在结构混 凝土中代替部分水泥或砂；后者能提高粉煤灰泥凝土质量，有利于开 发特种用途的粉煤灰混凝土，将是拓宽和 推广该技术应用 领域的 发展方向 和 董点。3.粉煤灰混凝土的应用范从20世纪50年代初期开始，我粉煤灰混凝土目经近半个世纪的开发历程，目 前已被广泛应用在土 木工程、建筑工程，以及预制混凝土制品和构件等 方面。(1)土木工程和水利工程粉煤灰混凝土用于大坝，道路，隧道与港湾，下水 道等，效果是和易性好，水密性好，水化热低，膨 胀收缩小，后期强度高，耐海水浸蚀性强，耐化学 腐蚀性强，可配制 特殊用 途土木工程混凝土。建筑工程粉煤灰混凝土用 于现场浇制 工业和 民用 延筑的柱、梁、板、基础、地面等.具效果是和易性好，改善 混凝土浇捣性和装饰性，可按指定强度指标设计混 凝土，长期强度高，可配制特殊用途的建筑工程用 混凝土。(3)预制混凝土制品粉煤灰混凝土用于钢筋混凝土预制件，水 泥制 品可改善加工性能，节约报捣能量，改善制 品外观质量，降低水泥单耗，节约材料成本。(4)预拌混凝土(商品混凝土)商品混凝土是指以集中搅拌、远距离运输的 方式向建筑工地供应一定要求的混凝土。它 包括混合物搅拌、运输、泵送和浇筑等工艺 过程。严格地讲商品混凝土是指混凝土的工 艺和产品，而不是混凝土的品种，它应包括 大流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、高强混凝土、大体积混凝土、防渗抗裂混凝 土 或高性能混凝 土等。集 中 搅拌的 商 品 混凝土主要用 于现浇混凝土工 程，混凝土从搅拌、运输到浇灌需l-2h,有时超过 2ho因 此商品混凝土搅拌站合理的供应半径应在 10km之内。瓯着商品混凝土的普及和发展，现浇混 凝土成为今后发展方向。在我国许多大城市，如北 京、上海、天滓、广州、深圳等，商品混凝土揽拌 站都在一百个以上，其规模和工艺水平不亚于发达 国家。许多 中 小城市也在推广应用 商品混凝土。粉煤灰混凝土用 于各种用 途和强度的普通和待 殊用途预拌混凝土（商品混凝土），能更好地与掺加 化学外加剂配制成泵送及其他性能混凝土。4.粉煤灰性状对混凝土性能的影响表观色泽对于低钙粉煤灰，其颜色从乳白色变至 灰黑色，表示碳含量从低到高。粉煤灰含碳粒越多，粒径越粗，则其质 量及均匀性就越降低，掺在混凝土中表现为需 水量增大，反应活性减小，影响外加剂的掺量 和作用，最终劣化混凝土的质量。氧化钙高的 粉煤灰一般呈浅黄色。关于高钙粉煤灰对混凝土的影响目前还 在研究之中。粒径和细度 粒径和细度变小,可改善粉煤灰组成的均匀程度，提高汾煤灰质量，增加温凝土的润滑性，从 而减少混凝土的泌水量，增强粉煤灰反应能力，提 高保水能力，同 时在一定的掺量范围（30%以下）及和易性条件下，尚有一些减水作用。这些效应的产生，对混凝土内部结构带来的效果是：浆体结构毛细孔隰“细化”，提高混凝土的密实度。由 此，又使最终混凝土材料减少收缩，降低徐变.提高强 度.提高抗渗透性能、抗磁化性能、抗硫酸盐侵蚀、抗氯 化物性能、抗电流对钢筋的锈蚀、抗冻性能、抗自然和大 灾、抗冲击、冲刷、冲蚀、孔蚀等。何是，在同样的条件下，粒径和细度差 的粉煤灰，掺在混凝土中会使其反应能力变弱,增加混凝上用水量等。与此同时，带来一系列 负效应。这里需要指出的是，粉煤灰粒径和细 度过小过细，需水量会重新增加，影响粉煤灰 性能的发挥。根据粒径和 细 度对粉煤灰产 品 性能影 响将粉煤灰划分为：细灰 级配细于水泥，主要用于钢筋混凝土中 取代水泥用 作水泥混合材料；粗灰（包括统灰）级配粗于水泥,主要用于 素混凝土和砂浆中取代集料;混灰 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，尚 须与熟料共同 或分别磨细,或者用于“土工”粉煤灰。比表面积一般来说，通过改变粉煤灰的粒径和 细度来增加其比表面积（情况一样）；但是,若是由于多孔碳粒增多而增加比表面积，此 时就会增加混凝土的需水量，降低其保水性,对混凝土材料产生一系列负效应。(4)密度普通桁煤灰密度为L 82.3g/m3,约是硅酸盐水泥的2/3。因此，若能增加 粉煤灰的密度则可使析煤灰在混凝土的配比设计中，容易做到尽量少带来或不会带来浆体绝对体积的增加，就使混凝土内部 毛细孔隙“细化”，提高密实度，改进粉煤灰混凝土早期 强度,改善整个混凝土材料的一系列性能。需水量粉煤灰的需水量，从本质上反应了其粒径、细度和含多孔碳粒、多孔玻璃体的多少,此，需水量大小对粉煤灰混凝土性能的影响与粒径、细度、多孔碳粒、多孔玻璃体对混凝上性能影响是一致的。(6)火山灰活性粉煤灰火 山 灰活性大小对混凝土早期 强度影响 大,活性高，有利于提高早期强度。烧失量烧失量是粉煤灰含碳量高低的一个指标，它的数值宜接影响到粉煤灰分级。烧失量越大对 混凝土材料的负效应越大，不过.在烧失量不变 的情况下.碳粒越细，对混凝土的不利影响改善 越明显。由此看来，粉煤灰分级标准中以烧失量 大小区分级别，不婚完善。建议改为有类似粒径 限制的烧失量含量，以免因这一指标产生高级灰 低级用 的不良经济运行状态。(8)含水率粉煤灰含水率宜接影响 到 混凝土的 需水量测 量，以免因 此影响混凝土性能。(9)三氧化硫、氧化镁、有效碱等含量粉煤灰 中三氧化硫、氧化镁、有效碱等含量 高.有可能导致混凝土硬化过程中碱和活性集料反 应而发生体积膨胀，导致混凝土的胀裂，或者带来 混凝土抗硫酸盐侵蚀变差。但是由于一般其含量不 大，故危害程度也不高，往往粉煤灰的加入能抑制 混凝土胀裂现象的发生。甚至在一些条件下，它们 的存在有利于激活粉煤衣的反应活性。不过，各国 标准中，对三氧化硫含量还是做了规定。5.指导和推进粉煤灰混凝土技术进步的两个理论(1)“粉煤灰效应”假说粉煤灰的质量以及熬悉粉煤灰的性能是 不能在混凝土中用好粉煤灰的，还必须学握 粉煤灰对混凝土有益的、无益无害的，甚至 有害的行为和作用。这些行为和作用包括明 显的和潜在的影响。长期从事粉煤灰混凝土应用技术基础研究的沈旦申等专家，在20世纪80年代初,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，作出综合和简化外理，提出了粉煤灰效应的假说，该假说历经不断发展和完善,前己成为相当实用和有效的理论，指导配制优质 粉煤灰混凝土。粉煤灰效应假说的特点是，把粉煤灰作为一种 对混凝土性能发生重要影响的基本材料，以改善和提 高混凝土质量、节省资源和能源等效果为目的，将粉 煤灰在混凝土 中功能效应综合而简化的 解析为 形态效 应、活性效应和微集科效应等三类基本效应。三类基本效应并不是孤立的，而是相互联系，互为补充、同时存在的。由于正、负效应的交叉.其 结果变化很大。实际上，这三类效应是对粉煤灰存在 于混凝土内部结构中所能表现出来的定性、定量的隐 显功能的综合外部描述，能帮助人们在设计粉煤灰混 凝土材料时，充分利用粉煤灰在混凝土中的综合功能,兴利除弊，扶正抑负，从而使粉煤灰对混凝土性能多 作有益的贡献。混凝土抗压强度尊弟丹舜田渭您般除困1 用符外昌(淡务曲藤务)2弹渺举牌向3麻麻牌昌 4能毫舟4惕序涉押驿昌a.形态效应形态效应是泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表 面粗糙度、级配、内夕卜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。它主栗影响新 拌混凝土的需水量和流变性质，改善新拌混凝土的 均匀性和稳定性.对莫定硬化混凝土的初始结构有 重栗意义。其作用机理是，粉煤灰玻璃微珠能使水泥颗 粒的絮凝结构解絮和颗粒扩散，同时降低了混凝土 内部结构的粘度和颗料之间的摩擦力，因而明显的 增加润滑作用，改善混凝土的工作性。粉煤灰对混凝土的贡献体现在以下三个方面第一，粉煤灰形态效应对新拌混凝土和易性的 贡献，如改善流动性、易泵性.坍落度损失等以及调整凝结时间,也有微集料效应的作用在内,为粉煤灰混凝土混合物 中 粉体现充料增加了第二，用 粉煤及取代水泥，水泥用量减少，水化 热降保，这是形态效应和微集料效应的伴生效应。第三,形态效应不只是孤立的物理作用,它与化学作用的活性作用关系密切。比如：影响粉煤灰火山 灰活性指标的 主要 因 素与形态效应有关。b.活性效应活性效应认为,火 山 灰反应主要取决于粉煤灰颗粒表面的化学和物理特性，在很大程度上受到形态效应的支 配.也包括微集料效应的影响。比如说：粉煤灰中起活性作用的玻璃微珠，在混凝土 硬化初期，其表面吸附一层水膜，声接影响桁煤灰火山灰反 应以及汾煤灰混凝土的强度，粉煤灰中游需氧化钙、有效碱（氧化钾、氧化钠）、硫酸盐等化学成分都可以成为粉煤灰活 性反应的激发剂。另夕卜，它还受到养护环境和条件的重要影响。因此，对于粉煤灰活性反应这样一个十分复杂的过程。活性效应认为没有强要对粉煤灰的活性成分、数量、反应效率、反应生成物进行准确定量。C.微集料效应粉煤灰微集料效应是指粉煤灰的微细颗粒均匀 分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料。其作 用是与凝胶结合良好，能使浆体中毛细孔隙“细化”,有利于增加混凝土的强度，改善混凝土的耐久性.节 省水泥.节省能源。粉媒灰微集料效应在混凝土突出优点：粉煤灰玻璃微珠的形态将征和特性适宜于用作 微集料，特别是粒径为10微米以下的微珠，具有十分 良好的减水作用，而且粉煤灰实心和厚壁空心微珠本 身的强度很高，能起到增强水泥浆体的效果。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。从掺粉煤灰的水泥浆体的基相JE体来看,毛细孔隙细化和致密，而且得到均匀改善，这不仅有利于 粉煤灰混凝土的强度增长.对提高混凝土的耐久性也 具有重大意义。“物理序参量”系统为 了 解决粉煤灰质量变异性的 问 题,提高其在混凝土中的应用技术水平，20世 纪80年代上海市自然科学基金资助了粉煤 灰资源再循环应用技术基础研究及其有关 的系统工程研究。完成了粉煤灰“物理序参量”（代号“脉搏系统”）系统构建。系统选用 细度、密度、色度等三个 最能反应粉煤灰动态质量的 典型结构 特 征指标，提供粉煤灰物质流内部结构有 序化的基本质量信息，它们犹如粉煤灰 资源化活动中的“脉搏信号”,把握了 这些关键特征信息就可简便而又可靠地 剖 析粉煤灰的 内 外部结构 特征性能以及 功能，实现了对粉煤灰质量控制 和质量 保证的 快速跟踪和 评定。细度:对粉煤灰质量有序 化效应反应最为 显著,为用一元回归线性方程很容易看出细度对强度、需水量 比之间具有相 当 良好的相关性;密度:对粉煤灰质量平均值具有一定支配作用。一般密实颗粒占优势，密度较高，它与细度、碳粒及多乳 物质含量、形态特征、矿物组分等都有关系。而且在粉煤灰颗粒特征动态模型研究中发现，密度与强度比、需水量比之间 具有最 良好的 相 关性,此密度足以可靠地表征粉煤灰颗粒质量、虚实、将征和将性，通过它也能最简捷的识别和判断粉煤灰质量的有序性;色度：不仅是对粉煤灰中含碳粒多少的一个反应，更 重要的是可以用 指示剂 的颜色分析颗粒的 内 部结构，反映粉煤灰中玻璃体的质和量的状况。此系统“楝理”了粉煤灰质量的混沌、变异无 序状态，并提供向有序化转化的依据，有效地解决了 粉煤灰质量有序性问题，进而优化了粉煤灰质量。粉煤灰种类细度（筛余量%）密度/(g/cn?)需水量比/%抗压强度比/%8()“m45pm28天90天原状粉煤灰7-3020-461.952.10102-11860-7575 90磨细粉煤灰2-517-202.15-2.2598-10275 8585 95在新拌阶段，主要影响工作性和用水量、水灰比、塌落度和塌落度损失、泌水性、凝结 时间、易泵性等。在硬化阶段，主要影响早期强度、养护 温度和湿度等；在硬化过程中，主要影响28日 龄期强度