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粉煤灰双免砌块开发和应用技术

发布时间:2010-02-26 11:11:52

一、 概述

  我国是世界人均耕地最少的国家之一。由于世界环境的恶化,每年沙漠化要吞噬掉一些耕地;随着经济的快速发展,城市不断扩大。大片良田用于经济建设,我国烧制粘土砖每年要挖掉25—30万亩耕地。土地资源危机亮起了红灯。“秦砖汉瓦”的历史,应该结束了。发展绿色环保建材已到了刻不容缓的地步。

  我国是世界燃煤发电的第一大国,排出的粉煤灰是世界之冠,97年粉煤灰的总排放量已达1.6亿吨,目前利用率约在30%,主要用于筑路基和回填,建材业所用不多,每年有一亿多吨未能利用的粉煤灰,储存于灰库中。每年需征地五万亩土地储灰,目前贮存一吨灰的建库费和运行费约需10—100元,粉煤灰用于筑路,受地区、时间的限制,使用不均衡,一旦干线基本建成,粉煤灰的出路马上又成问题。因此必须大力研究开发利用粉煤灰,生产适合建筑业需要的墙体材料,特别是粉煤灰小型空心砌块、地砖、面砖等新型建材,实现产业化,使粉煤灰综合利用走上康庄之道。

  国家对粉煤灰开发利用非常重视,一批科技专家致力于这一事业,对推动我国粉煤灰综合利用作出了重要贡献,如上海粉煤灰砌块在60—70年代曾占全市墙材的60%。但到了70年代后期,由于发现粉煤灰砌块建筑存在诸如裂缝、粉刷脱落、装修困难,施工不方便等缺点,当时没有认真的总结、研究、提高和改进,包括建筑结构体系的改进,而是一下子给否定了。“坏名声”一直影响到现在,给今天的粉煤灰建材的发展带来了深重的不良影响。其实那时的粉煤灰砌块以生石灰为激发剂,通过高温压固化成材,材料安定性欠佳、砌块内部存在不利的温度应力,干缩率较大,表面光滑等缺点,再加上沿用砖混结构建筑体系,不可避免的造成了上述毛病。但是,近10年来科技成果有了新的发展。中国建材研究院有关专家经多年研究和生产实践推出的粉煤灰小型空心砌块生产技术,生产出的粉煤灰砌块性能有了很大的提高,许多方面都超过了粘土砖,用这种新型建材盖出了多幢六层住宅楼,经有关部门鉴定受到专家的肯定。同时也受到用户和房地产发展商的欢迎。根据北京、江苏、安徽、上海等地的实践证明,粉煤灰小型空心砌块做为新型墙体材料大有发展前景。它大量利用粉煤灰,防止了对环境的污染和破坏,同时还提高了建筑使用功能和降低了建筑造价。真正做到了集经济效益、社会效益和环境效益于一身,是利在当代,功在千秋,造福子孙后代的绿色环保好建材。

 


  二、 粉煤灰的化学物理特性适于做建材,是很好的建材原料

  1、 煤灰是相当纯净的建材原料
  粉煤灰化学成份与煤种、产地、燃烧炉型式等有关,但我国非高钙粉煤灰,其成份比较相近,现将上海地区的八大燃煤电厂的粉煤灰各种化学成份的平均值与江西明砂高岭土化学成份相比,列表如下:

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


  从上述表可以看出粉煤灰与高岭土的化学成份很相近,以影响材料长期稳定性的烧失量(可以燃烧的有机质)还低于高芩土很多。因此可以说,经过高温燃烧后的粉煤灰是相当纯净的相当好的建材原料。

  2、 粉煤灰中有害元素在水体中浸出物及放射性没有超标,是安全的。
  对粉煤灰中有害元素在水体中浸出物及放射性曾有过片面的意见,令一些人谈起粉煤灰就产生怀疑,为了纠正这种错误影响,国内很多研究机构对此做了大量的研究,测试了许多电厂的粉煤灰,研究的结果现简介如下:

  (1)根据上海市粉煤灰应用技术手册所述:“杨钦元等测得的粉煤灰的天然放射性元素的比活度,按GB6763—86两个公式计算的结果分别为0.93和0.73,说明即使全部用粉煤灰制成的建材,其放射性亦未超过国家标准,对人体是安全的。”

 

 (2)根据吴贤中、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》一文结论:①有害元素在水体中的浸出极微,不会影响环境水质,浸出后的水质尚符合国家水质二级标准。②用粉煤灰做的建材制品的放射性对人体无伤害。这些制品的比放射性强度比GBJB—74《放射性防护规定》低2—3.56倍。而且检测资料反映粉煤灰制品与当地粘土砖放射性相当。

  (3)环保部门在芜湖市测得芜湖电厂粉煤灰的比放射性强度(淮南煤)及江苏泰兴黄桥电厂(徐州煤)的粉煤灰比放射性强度均低于国家标准很多。

  对于我国晋、陕、豫、冀、苏、皖等主要的煤矿的粉煤灰的浸出物和放射性都没有超标是很安全的,而且这些地方60、70年代用粉煤灰硅酸盐砌块所建的建筑经过20多年应用也证明是安全的。但是在云、贵、川等地某些小煤窑的粉煤灰的放射性存在超标现象,因此这些地区使用时宜慎。

 

  三、粉煤灰的颗粒组成与结构也适于做建材

  粉煤灰的颗粒主要由大量硅铝玻璃体和少量碳粒组成,玻璃体又以单珠、连珠体和海绵状不规则多孔体组成。粉煤灰的活化能力主要靠硅铝玻璃体,但在常温下,因其以多聚物组成为主,故活化能力较低。粉煤灰的密度、堆积容重和细度如下表:

密度 堆积容重 细度%
(G/cm3) (kg/m3) >80mm 45—80mm <45mm
2.08 73.5 22.9 23.9 49.2

  粉煤灰的基本效应也适于做建材
   (1)活性效应:粉煤灰活性效应是指粉煤灰的火山灰活性反映(二次反应)和高钙粉煤灰的自硬的胶凝性质。

  (2)形态效应:依据“粉体工程学”的理论,为粉煤灰的形态效应可以在混凝土材料中起到减水、引水、保水、释水、润滑、减阻、解絮、塑化、增浆、浓化、粘聚、增密、减气、堵孔、调凝、促凝等正效应。

  (3)微集料效应:对混凝土浆体中尚未水化的水泥颗粒内芯视为“微集料”,对混凝土强度起到正效应即为微集料反应,而粉煤灰微集料在混凝土中的效应比未水化的水泥颗粒和微集效应还略胜一筹。

 

  四、双免技术成材机理:
  粉煤灰和炉渣的主要活性反应,是与水泥熟料水化生成的Ca(OH)2反应生成硅酸钙结晶(xCaO·SiO2·nH2O)反应过程如下:
SiO2+xCa(OH)2+(n-x)H2O=xCaO·SiO2·nH2O

  除上述反应外,粉煤灰和炉渣还与其他的水化产物进行一系列复杂的二次反应,生成水化硅酸钙和水铝酸钙结晶。其反应过程如下:
  ① (1.5-2.0) CaOSiO2·aq+SiO2=(0.8-1.5)CaO·SiO2·aq

  ② 3CaO·Al2O3·6H2O+SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·mH2O+yCaO·Al2O3·nH2O x≤2 ,y≤3
  ③ Al2O3+xCa(OH)2+mH2O=xCaO·Al2O3·nH2O x≤3
  ④ 3Ca(OH)2+Al2O3+2SiO2+mH2O=3CaO·Al2O3·2SiO2·nH2O

  上述反应的水化产物与水泥熟料的水化产物基本相同。因此,粉煤灰和炉渣的水化性能是一致的。所以,粉煤灰和炉渣在活性充分发挥的情况下,可起到和水泥相同的胶结作用,而降低水泥的用量,从而降低砌块的总成本。