關于粉煤灰畢業(yè)論文

1、吉林大學畢 業(yè) 論 文論文題目：粉煤灰技術應用與性能分析 班 級 專 業(yè) 學生姓名 學號 電話粉煤灰技術應用與性能分析摘要；我國的能源以燃煤為主，每年有近億噸粉煤灰大量排放，不僅占用土地，而且對環(huán)境造成很大危害。由于粉煤灰對水中的污染物具有較強的吸附性，用粉煤灰處理廢水不僅可以達到以廢治廢的目的，而且處理費用低廉。本文用粉煤灰作為吸附材料，甲基橙為吸附質(zhì)，采用粉煤灰對其進行吸附。通過一系列平衡實驗，利用分光光度法跟蹤吸附過程濃度變化，計算相關條件下的吸附量，確定吸附量與粉煤灰粒徑、時間、粉煤灰投加量、溫度、ph值之間的吸附規(guī)律，進而評價粉煤灰的吸附特性。關鍵詞：粉煤灰；混凝土；形成；作用；性質(zhì)

2、 abstract：our countrys energy burns coal primarily, to have the nearly hundred million tons pulverized coal ash to discharge massively every year, not only takes the land, moreover causes the very big harm to the environment. because in the pulverized coal ash adding water pollutant has the strong a

3、dsorbability, not only may achieve with the pulverized coal ash processing waste water by governs the waste goal waste, moreover the disposal cost is inexpensive. this article takes the adsorption material with the pulverized coal ash, the methyl orange is an adsorbate, uses the pulverized coal ash

4、to carry on the adsorption to it. through a series of balanced experiments, the use spectrophotometric method track adsorption process density change, under the computation related conditions adsorptive capacity, the definite adsorptive capacity and the pulverized coal ash particle size, the time, t

5、he pulverized coal ash throws between the increment, the temperature, the ph value adsorption rule, then appraisal pulverized coal ash adsorption characteristic.keywords: highway；pavement；asphalt；pavement；structure；aggregates目 錄1 粉煤灰現(xiàn)狀1.1國內(nèi)外粉煤灰混凝土的發(fā)展簡況12 粉煤灰2.1粉煤灰的形成32.2粉煤灰的基本性質(zhì)42.3粉煤灰的組成及結構72.4粉煤灰在

6、混凝土中的作用82.5粉煤灰的存在形態(tài)113 粉煤灰混凝土3.1粉煤灰高性能混凝土的力學性能123.2粉煤灰高性能混凝土的抗壓強度133.3粉煤灰混凝土收縮133.4粉煤灰混凝土徐變133.5粉煤灰混凝土碳化性能143.6粉煤灰混凝土鋼筋銹蝕144 粉煤灰混凝土的物理性能試驗方法4.1粉煤灰混凝土水化熱154.2粉煤灰混凝土堿-集料反應154.3粉煤灰混凝土抗凍性164.4粉煤灰混凝土抗?jié)B性能174.5粉煤灰混凝土泵送性能184.6粉煤灰混凝土的施工195 小結參考文獻1 粉煤灰現(xiàn)狀1.1國內(nèi)外粉煤灰混凝土的發(fā)展簡況我國是個產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)基本燃料。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)

7、電能力年增長率為7.3%，電力工業(yè)的迅速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年將達到2億噸，給我國的國民經(jīng)濟建設及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。另一方面，我國又是一個人均占有資源儲量有限的國家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經(jīng)濟建設中一項重要的技術經(jīng)濟政策，是解決我國電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務之一。經(jīng)過開發(fā)，粉煤灰在建工、建材、水利等各部門得到廣泛的應用。20世紀70年代，世界性能源危機，環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等強烈

8、地激發(fā)了粉煤灰利用的研究和開發(fā)，多次召開國際性粉煤灰會議，研究工作日趨深入，應用方面也有了長足的進步。粉煤灰成為國際市場上引人注目的資源豐富、價格低廉，興利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品的原料，受到人們的青睞。目前，對粉煤灰的研究工作大都由理論研究轉(zhuǎn)向應用研究，特別是著重要資源化研究和開發(fā)利用。利用粉煤灰生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷增加，技術在不斷更新。國內(nèi)外粉煤灰綜合利用工作與過去相比較，發(fā)生了重大的變化，主要表現(xiàn)為：粉煤灰治理的指導思想已從過去的單純環(huán)境角度轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合治理、資源化利用；粉煤灰綜合利用的途徑以從過去的路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等方面的應用外，發(fā)展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型

9、水利樞紐工程、泵送混凝土、大體積混凝土制品、高級填料等高級化利用途徑。為保證交通的正常開放，隨著高速公路和城市立交越來越多的在冬季撒鹽除冰化冰雪，進而加劇了對混凝土路面和橋面的凍融破壞，摻粉煤灰混凝土抗鹽凍性能60年代以來，我國就開始研究粉煤灰的開發(fā)利用，但與社會發(fā)展的要求以及發(fā)達國家相比，差距甚遠。主要表現(xiàn)為粉煤灰利用率偏低，地區(qū)差異大，用于生產(chǎn)新型建筑材料的粉煤灰占總量的比例不足5%，大部分為筑路填方的低層次開發(fā)。20世紀70年代以后，世界上燃燒煤炭的火力發(fā)電這一發(fā)展方向得到新的共識，在許多國家中粉煤灰資源迅速增長，備受重視，粉煤灰混凝土技術的進步也加快了步伐。國外開始開發(fā)研制高性能粉煤灰

10、混凝土。我國也加強了這一對于混凝土工程學具有劃時代意義的工作川。我國粉煤灰的年產(chǎn)量大，但總利用率不高，利用技術水平較低，同時國內(nèi)粉煤灰的利用開發(fā)也很不平衡，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)如上海、廣州、深圳等地粉煤灰有供不應求之勢，而湖南省粉煤灰的利用率僅25%左右。我國粉煤灰年排放量約為1.5億噸，其利用率僅達40%左右未被利用的粉煤灰堆積如山，造成環(huán)境的嚴重污染。按目前的排灰狀況和利用水平，沖灰用水量和貯灰場占地將要增加一倍。對我們這個水資源缺乏，耕地人均占有率很低的國家來說，如何做好粉煤灰的利用和處置確實是一個十分重要的問題。1993年，雖然我國粉煤灰的綜合利用率已達到了34.8%，但包頭等地區(qū)粉煤灰利用率

11、還非常低，粉煤灰的現(xiàn)儲存量達數(shù)百萬噸之多，并以每年8590萬噸的速度遞增，粉煤灰的不斷排放，不僅占用了大量土地資源，還需投資興建儲灰場，并不斷地對其進行擴容和維護，而且大量儲存的粉煤灰嚴重地污染了周邊的環(huán)境近年來，粉煤灰及其他工業(yè)廢料的資源化已成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著火力發(fā)電能力的迅速增加，粉煤灰處理、消納，以及由此派生的污染防治問題業(yè)已成為煤炭轉(zhuǎn)化利用過程中不可忽視的環(huán)節(jié)。通過對粉煤灰的治理和資源化綜合利用，各方面都取得了令人矚目的成就。大量的粉煤灰也己經(jīng)應用于我國混凝土工程建設中，特別是三峽工程，是世界上在建的最大水電工程，舉世矚目，混凝土總量約2700萬m3，為世界之最

12、，其中幾乎沒有不摻粉煤灰的大壩混凝土，三峽工程三期圍堰工程中粉煤灰的摻量在50%以上。曾被當作垃圾扔掉的粉煤灰，如今在南京市變成了“緊俏商品”，通過“綜合利用”這根“點金棒”，一年創(chuàng)造出40多億元產(chǎn)值。“十五”期間，南京市粉煤灰綜合利用率年超過100%，粉煤灰不僅已經(jīng)廣泛用在工程建材方面，其應用領域仍在不斷擴展中，2005年實際利用的粉煤灰達到340萬噸，超過了全市當年的排放量，連云港核電站、潤揚大橋、蕪湖大橋以及南京市的地鐵、玄武湖隧道、寧滬高速、寧連高速、寧杭高速和繞城路、機場路等一系列國家重點建設工程中都有南京粉煤灰的貢獻，為這些基礎設施節(jié)約投資近億元?！笆晃濉逼陂g，南京市計劃實現(xiàn)粉煤

13、灰綜合利用1820萬噸，節(jié)約水資源4.5億m3。所以，粉煤灰在我國的高性能混凝土中同樣具有較大的應用潛力，其綠色環(huán)保意義也是巨大的。我國粉煤灰50%排入灰廠堆存，10%直接注入江河湖泊，綜合利用率為30%45%，與西方發(fā)達國家相比利用率較低。國外粉煤灰主要用于建材工業(yè)、建筑工程、筑壩以及造地、造田等農(nóng)業(yè)領域。因此加大對粉煤灰的資源化利用，對我國具有重要、緊迫的環(huán)保和經(jīng)濟意義。雖然我國的粉煤灰利用率不斷的上升，但是同發(fā)達國家相比，我國還存在不少差距:(1)粉煤灰在水泥和混凝土中的利用率還不高。(2)在技術經(jīng)濟效益方面，以粉煤灰混凝土技術推廣較好的上海地區(qū)為例，目前僅節(jié)約水泥5%15%，且局限于土

14、建工程，而國外一般水平是節(jié)約水泥20%，英國是30%。(3)粉煤灰商品混凝土總產(chǎn)量的比例低于國際一般水平，而且產(chǎn)品標準、規(guī)格、生產(chǎn)和經(jīng)營管理等方面也都處于起步階段，大量研究開發(fā)工作有待重視。 1.2粉煤灰在國外的發(fā)展狀況早在1914年，美國anon首次發(fā)現(xiàn)粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性。此后前蘇聯(lián)、英國、美國、荷蘭、日本等發(fā)達國家相繼開始對粉煤灰的物理、化學特性，實踐應用等課題進行了研究和開發(fā)。國內(nèi)外文獻介紹粉煤灰混凝土技術時，可以追溯到20(x)多年前古羅馬大型工程中曾采用的火山灰混凝土，其目的是要驗證粉煤灰是一種人工火山灰。粉煤灰混凝土技術發(fā)展的先驅(qū)是美國加州大學伯克利理工學院的 dav

15、isre，他于1933年開始研究粉煤灰在混凝土中的應用，隨后與其合作者陸續(xù)發(fā)表了國際上首批粉煤灰混凝土的研究報告。20世紀40年代，美國墾務局等工程部門，通過不少水壩工程混凝土中摻加粉煤灰的成功試點，終于決定在蒙大拿州的俄馬壩大型工程中，大規(guī)模應用粉煤灰，共摻用粉煤灰13萬噸?？⒐ず蟮亩ㄆ谟^察表明，粉煤灰混凝土至今保持良好的性能。因此，歐美國家有關文獻，將俄馬壩工程中粉煤灰的應用列為粉煤灰混凝土技術發(fā)展史中第一塊里程碑。從總體上看，隨著粉煤灰應用技術的發(fā)展，各國粉煤灰的利用率水平在逐年提高。以美國為例，1980年，美國粉煤灰的排放量為4380萬噸，其中僅267萬噸用于水泥和混凝土，占總排放量的

16、5.5%，到了1994年粉煤灰利用率提高至29%l33洲。1992年全世界粉煤灰及爐底灰、利用率約為33.3%。世界各國粉煤灰的利用率水平有很大差異，一些國家達到oo%以上(德國、韓國、法國等)，而有些國家只有不到10%的粉煤灰被利用(印度、泰國、墨西哥等)。從利用方式上看，粉煤灰用于混凝土是粉煤灰利用的主要方式，尤其在發(fā)展中國家，由于大規(guī)模的基礎建設，粉煤灰在混凝土中的應用量遠比發(fā)達國家為高腳洲。目前，歐美發(fā)達國家粉煤灰的綜合利用率基本達到50%以上，個別國家達到90%以上。英、法、美、印度、加拿大等國家都把粉煤灰的開發(fā)利用作為一項基本國策，成立了專門的研究和咨詢機構，通過轉(zhuǎn)變觀念，將粉煤灰

17、作為一項新的資源綜合利用，提高了用灰企業(yè)的經(jīng)濟效益，更好地維護了環(huán)境，取得了很高的社會效益早在1914年，美國的anon就開始研究粉煤灰的火山灰特性，首先發(fā)現(xiàn)粉煤灰中的氧化物具有火山灰活性。1933年，美國伯克力加州理工學院的r.e.davis首先開始粉煤灰混凝土的研究11習。為了消除粉煤灰的環(huán)境污染，提高其資源性再生利用率，世界各國政府和專家學者投入了大量的人力、物力，經(jīng)過幾十年的努力，在粉煤灰資源化利用方面，已相繼開發(fā)出粉煤灰利用的諸多領域。對工業(yè)廢渣中排放量最大的粉煤灰進行資源綜合利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義2 粉煤灰2.1粉煤灰的形成第一階段，粉煤在開始

18、燃燒時，其中氣化溫度低的揮發(fā)分，首先自礦物質(zhì)與固體碳連接的縫隙間不斷逸出，使粉煤灰變成多孔型炭粒。此時的煤灰，顆粒狀態(tài)基本保持原煤粉的不規(guī)則碎屑狀，但因多孔型性，使其表面積更大。第二階段，伴隨著多孔性炭粒中的有機質(zhì)完全燃燒和溫度的升高，其中的礦物質(zhì)也將脫水、分解、氧化變成無機氧化物，此時的煤灰顆粒變成多孔玻璃體，盡管其形態(tài)大體上仍維持與多孔炭粒相同，但比表面積明顯地小于多孔炭粒。第三階段，隨著燃燒的進行，多孔玻璃體逐漸融收縮而形成顆粒，其孔隙率不斷降低，圓度不斷提高，粒徑不斷變小，最終由多孔玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)橐幻芏容^高、粒徑較小的密實球體，顆粒比表面積下降為最小。不同粒度和密度的灰粒具有顯著的化學和礦

19、物學方面的特征差別，小顆粒一般比大顆粒更具玻璃性和化學活性。最后形成的粉煤灰(其中80%90%為飛灰，10%20%為爐底灰)是外觀相似，顆粒教細而不均勻的復雜多變的多相物質(zhì)。飛灰是進入煙道氣灰塵中最細的部分，爐底灰是分離出來的比較粗的顆粒，或是爐渣。這些東西有足夠的重量，燃燒帶跑到爐子的底部2.2粉煤灰的基本性質(zhì)粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等，這些性質(zhì)是化學成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。粉煤灰比表面積研究和相關數(shù)據(jù)報告中，只有采用bet方法檢測出來的結果才是真實可靠的，因為國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標準

20、都是以bet測試方法為基礎的。標準名稱(gb.t 19587-2004)-氣體吸附bet原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積測定分析有專用的比表面積測試儀，國內(nèi)比較成熟的是動態(tài)氮吸附法，現(xiàn)有國產(chǎn)儀器中大多數(shù)還只能進行直接對比法的，北京金埃譜科技公司的f-sorb 2400比表面積分析儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)bet法檢測功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉Ρ确ǎ?，更重要的北京金埃譜科技公司的f-sorb 2400比表面積分析儀是迄今為止國內(nèi)唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備，其測試結果與國際一致性很高，穩(wěn)定性也很好，同時減少人為誤差，提高測試結果精確性。粉煤灰的基本物理特性項 目 范 圍 均 值密度/（g/c

21、m3） 1.92.9 2.1堆積密度/（g/cm3） 0.5311.261 0.780比表面積（cm2/g） 氮吸附法 80019500 3400 (由北京金埃譜科技公司生產(chǎn)的f-sorb 2400全自動比表面積測試儀bet方法檢測)透氣法 11806530 3300原灰標準稠度/% 27.366.7 48.0需水量/% 89130 10628d抗壓強度比/% 3785 66粉煤灰的物理性質(zhì)中，細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì)，粉煤灰越細，細粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應，而化學成分影響后期的反應。粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有

22、或沒有水硬膠凝性能，但當以粉狀及水存在時，能在常溫，特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護)條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強度和耐久性的材料。 表2.2 粉煤灰的技術要求2.3粉煤灰的組成2.3.1粉煤灰的化學組成我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：sio2、al2o3、feo、fe2o3、cao、tio2、 mgo 、k2o、 na2o、so3、mno等，此外還有p2o5等。其中氧化硅、氧化鈦來自黏土，巖頁；氧化鐵主要來自黃鐵礦；氧化鎂和氧化鈣來自與其相應的碳酸鹽和硫酸鹽。粉煤灰的元素組成(質(zhì)量分數(shù))為：o 47.83%，si 11.48

23、%31.14%，a1 6.40%22.91%，fe 1.90%18.51%， ca 0.30%25.10%，k 0.22%3.10%，mg 0.05%1.92%，ti 0.40%1.80%，s 0.03%4.75%，na 0.05%1.40%，p 0.00%0.90%，c1 0.00%0.12%，其他0.50%29.12%。由于煤的灰量變化范圍很廣，而且這一變化不僅發(fā)生在來自世界各地或同一地區(qū)不同煤層的煤中，甚至也發(fā)生在同一煤礦不同的部分的煤中。因此，構成粉煤灰的具體化學成分含量，也就因煤的產(chǎn)地、煤的燃燒方式和程度等不同而有所不同。粉煤灰的活性主要來自活性sio2(玻璃體sio2)和活性a12

24、o3 (玻璃體a12o3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性sio2、活性a12o3和f-cao(游離氧化鈣)都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(caso4)的形式存在，它對粉煤灰早期強度的發(fā)揮有一定作用，因此粉煤灰中的硫?qū)Ψ勖夯一钚砸彩怯欣M成。粉煤灰中的鈣含量在3%左右，它對膠凝體的形成是有利的。國外把cao含量超過10%的粉煤灰稱為c類灰，而低與10%的粉煤灰稱為f類灰。c類灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，f類灰常作混凝土摻和料，它比c類灰使用時的水化熱要低。粉煤灰中少量的mgo、na2o、k2o等生成較多玻璃體，在水化反應中會促進堿硅反應。但m

25、go含量過高時，對安定性帶來不利影響。粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一種惰性物質(zhì)不僅對粉煤灰的活性有害，而且對粉煤灰的壓實也不利。過量的fe2o3對粉煤灰的活性也不利。2.3.2粉煤灰的礦物組成由于煤粉各顆粒間的化學成分并不完全一致，因此燃燒過程中形成的粉煤灰在排出的冷卻過程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化鋁含量較高的玻璃珠在鐵礦，另外，粉煤灰中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關。一般來說，冷卻速度較快時，玻璃體含量較多：反之，玻璃體容易析晶?？梢?，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。其礦物組成的波動范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無水石膏等

26、，非晶體礦物為玻璃體、無定形碳和次生褐鐵礦，其中玻璃體含量占50%以上。粉煤灰的結構是在煤粉燃燒和排出過程中形成的，比較復雜。在顯微鏡下觀察，粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復合結構的混合體。混合體中這三者的比例隨著煤燃燒所選用的技術及操作手法不同而不同。其中結晶體包括石英、莫來石、磁鐵礦等；玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規(guī)則的玻璃體球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。2.4粉煤灰在混凝土中的作用摻入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性拌混凝土的和易性受漿體的體積、水灰比、骨料的級配、形狀、孔隙率等的影響。摻用粉煤灰對新拌混凝土的明顯好處是增大漿體的

27、體積，大量的漿體填充了骨料間的孔隙，包裹并潤滑了骨料顆粒，從而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料顆粒可以減少漿體與骨料間的界面摩擦，在骨料的接觸點起滾珠軸承效果，從而改善了混凝土拌和物的和易性。 粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水。粉煤灰的摻入可以補償細骨料中的細屑不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性，同時粉煤灰作為水泥的取代材料在同樣的稠度下會使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而摻用粉煤灰對防止新拌混凝土的泌水是有利的。 摻用粉煤灰，可以提高混凝土的后期強度。有試驗資料表明，在混凝土中摻入粉煤灰后，隨著粉煤灰摻量的增加，早期強度（28天以前）逐減，而后期強度逐漸增加。粉煤灰對混

28、凝土的強度有三重影響：減少用水量，增大膠結料含量和通過長期火山灰反應提高強度。 當原材料和環(huán)境條件一定時，摻粉煤灰混凝土的強度增長主要取決于粉煤灰的火山灰效應，即粉煤灰中玻璃態(tài)的活性氧化硅、氧化鋁與水泥漿體中的ca(oh)2作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣的速度和數(shù)量。粉煤灰在混凝土中，當ca(oh)2薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時，就開始發(fā)生火山灰效應。但由于在ca(oh)2薄膜與粉煤灰顆粒表面之間存在著水解層，鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性組分反應，反應產(chǎn)物在層內(nèi)逐級聚集，水解層未被火山灰反應產(chǎn)物充滿到某種程度時，不會使強度有較大增長。隨著水解層被反應產(chǎn)物充滿，粉煤灰顆粒和水泥

29、水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導致混凝土強度、不透水性和耐磨性的增長，這就是摻粉煤灰混凝土早期強度較低、后期強度增長較高的主要原因。 摻粉煤灰可降低混凝土的水化熱?；炷林兴嗟乃磻欠艧岱磻?，在混凝土中摻入粉煤灰由于減少了水泥的用量可以降低水化熱。水化放熱的多少和速度取決于水泥的物理、化學性能和摻入粉煤灰的量，例如，若按重量計用粉煤灰取代30的水泥時，可使因水化熱導致的絕熱溫升降低15左右。眾所周知，溫度升高時水泥水化速率會顯著加快，研究表明：與20相比，30時硅酸鹽水泥的水化速率要加快1倍。一些大型、超大型混凝土結構，其斷面尺寸增大，混凝土設計強度等級提高，所用水泥強度等級高，單位

30、量增大，施行新標準后水泥的粉磨細度加大，這些因素的疊加，導致混凝土硬化過程溫升明顯加劇，溫峰升高，這是導致許多混凝土結構物在施工期間，模板剛拆除時就發(fā)現(xiàn)大量裂縫的原因。粉煤灰混凝土可減少水泥的水化熱，減少結構物由于溫度而造成的裂縫。摻粉煤灰可改善混凝土的耐久性。在混凝土中摻粉煤灰對其凍融耐久性有很大影響。當粉煤灰質(zhì)量較差，粗顆粒多，含碳量高都對混凝土抗凍融性有不利影響。質(zhì)量差的粉煤灰隨摻量的增加，其抗凍融耐久性降低。但當摻用質(zhì)量較好的粉煤灰同時適當降低水灰比，則可以收到改善抗凍性的效果。水泥混凝土中如果使用了高堿水泥，會與某些活性集料發(fā)生堿集料反應，會引起混凝土產(chǎn)生膨脹、開裂，導致混凝土結構破

31、壞，而且這種破壞會繼續(xù)發(fā)展下去，難以補救。近年來，我國水泥含堿量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含堿外加劑的普遍應用，更增加了堿集料反應破壞的潛在危險。在混凝土中摻加粉煤灰，可以有效地防止堿集料反應，提高混凝土的耐久性。在水膠比低于0.38的高性能混凝土中摻入粉煤灰，其作用機理不同于普通的混凝土。普通混凝土水膠比通常在0.450.7之間，在如此高水膠比的水泥漿中，水所占據(jù)的體積大約為水泥固體體積的兩倍以上。水泥顆粒周圍有充足的水提供給水泥水化，水泥從顆粒表面開始水化，生成表面積增大1000倍左右的水化產(chǎn)物，并具有良好的向周圍空間擴散、填充的能力。如果在這種漿體中摻入粉煤灰以代替部分水泥，雖然從

32、顆粒形狀來說，粉煤灰呈球形易于堆積得較為密實，但是它水化緩慢生成的凝膠量比同體積的水泥少得多，難以填充粉煤灰顆粒自身周圍的空隙，所以摻粉煤灰水泥漿的強度及其他性能與純水泥漿相比有所下降，并且摻量越大(水泥用量減少)這種下降的趨勢越明顯，這種現(xiàn)象在水化早期更加明顯。而高性能混凝土的最大特點是水膠比低，膠凝材料用量大，由于水膠比低，水所占據(jù)的空間小，需要填充的空隙也減少，同時，由于高效減水劑的作用，膠凝材料顆粒呈高度分散狀態(tài)，顆粒間距以及生成的水化凝膠粒子間距減小，水泥凝膠體密實且分子間范德華力與普通混凝土相比明顯加大。這些因素使得高性能混凝土的微觀結構得到改善，其強度比普通混凝土有很大提高。對于

33、這種低水膠比、膠凝材料用量大的高性能混凝土，如果不摻粉煤灰，完全使用水泥，顆粒周圍可提供水泥水化的水量有限，水泥的水化程度降低，未水化的水泥內(nèi)核增大。盡管需要填充的空隙小，未完全水化所生成的水化產(chǎn)物量也足以密實地填充水泥顆粒間空隙，但將有相當量的未水化的水泥顆粒內(nèi)核長期殘存，這部分水泥沒有發(fā)揮膠凝材料的活性作用，只是作為填充料存在于水泥石中，如果混凝土長期工作處于濕潤環(huán)境中，混凝土吸水使這些水泥水化，還會引起體積膨脹，破壞其內(nèi)部結構。如果摻入粉煤灰代替部分水泥，保持水膠比不變，由于早期粉煤灰水化很緩慢，相當于增大了水與水泥的相對量，使水泥的水化條件得到改善，水化程度提高，生成的水化產(chǎn)物量增大，

34、使得水泥凝膠體填充得更加密實。同時，球形顆粒的粉煤灰在水泥漿體中的分散效果良好，粉煤灰顆粒與水泥顆粒間的距離小，水化產(chǎn)物向粉煤灰顆粒遷移的距離短，生成的水化產(chǎn)物多，大量的ca(oh)2能很好地激發(fā)粉煤灰從表面開始水化，粉煤灰顆粒內(nèi)部不能完全水化的內(nèi)核充當了上述不摻粉煤灰時的水泥顆粒未水化內(nèi)核的填充作用。所以，在宏觀上摻入一定量粉煤灰的高性能混凝土的強度接近于純水泥混凝土的強度。根據(jù)上述分析可知，在普通混凝土中摻入粉煤灰只起到填充料的作用，而在低水膠比的高性能混凝土中，摻入的粉煤灰對水泥石的微觀結構的形成有以下積極作用:1.保持水膠比不變的前提下，摻入的粉煤灰使實際的水灰比有所增大，水泥的水化程

35、度提高，盡管減少了部分水泥，但水泥水化生成的凝膠體的量沒有同步減少;2.低水膠比的水泥漿體中，顆粒之間距離小，水化產(chǎn)物擴散距離小，同時水化產(chǎn)物量大，對粉煤灰的二次水化激發(fā)作用強，粉煤灰的活性效應比普通混凝土中發(fā)揮得好;3.環(huán)形的粉煤灰顆粒分散效果好，在新拌在新拌狀態(tài)下能改善混凝土的工作性，混凝土硬化后作為微粉填料填充凝膠間的空隙，使水泥石的微觀結構得到改善。因此低水膠比條件下，適量粉煤灰的摻入不會明顯降低混凝土的強度和其他性能，與普通混凝土相比可以適當加大粉煤灰的摻量。研究試驗結果表明，粉煤灰作為高性能混凝土用礦物摻料，主要發(fā)揮了以下的技術和經(jīng)濟作用:l)提高水泥與高效減水劑的相容性;2)改善

36、混凝土拌合物的工作性，延緩或減小工作度損失;3)降低混凝土水化硬化過程中、尤其是水化初期的水化熱溫升;4)提高混凝土的內(nèi)部結構的密實性，減小混凝土的滲透性，改善耐久性;5)減少水泥用量，消化工業(yè)廢料，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的方針;6)降低混凝土成本，提高混凝土生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。25粉煤灰的存在形態(tài)粉煤灰是以顆粒形態(tài)存在的，且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態(tài)各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。根據(jù)北京科技大學宋存義等用掃描式電子顯微鏡的觀察表明，粉煤灰由多種粒子構成，其中珠狀顆粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及實心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規(guī)則玻璃體和多孔玻璃體等五

37、大品種。其中不規(guī)則玻璃體是粉煤灰中較多的顆粒之一，大多是由似球和非球形的各種渾圓度不同的粘連體顆粒組成。有的粘連體斷開后，其外觀和性質(zhì)與各種玻璃球形體相同，其化學成分則略有不同。多孔玻璃體形似蜂窩，具有較大的表面積，易黏附其他碎屑，密度較小，熔點比其他微珠偏低，其顏色由乳白至灰色不等。在掃描式電子顯微鏡下可以比較容易地觀察到不規(guī)則玻璃體的存在。渣狀顆粒包括海綿狀玻璃渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。正是由于這些顆粒各自組成上的變化，組合上的比例不同，才直接影響到粉煤灰質(zhì)量的優(yōu)劣。從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰稱為粉煤灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰的燃燒過程：煤粉

38、在爐膛中呈懸浮狀態(tài)燃燒，燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內(nèi)燒盡，而煤粉中的不燃物(主要為灰分)大量混雜在高溫煙氣中。這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融，同時由于其表面張力的作用，形成大量細小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風機的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低，一部分熔融的細粒因受到一定程度的急冷呈玻璃體狀態(tài)，從而具有較高的潛在活性。在引風機將煙氣排入大氣之前，上述這些細小的球形顆粒，經(jīng)過除塵器，被分離、收集，即為粉煤灰。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，現(xiàn)階段我國年排渣量已達3000萬t。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產(chǎn)生

39、揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。因此，粉煤灰的處理和利用問題引起人們廣泛的注意。3 煤灰混凝土的特性3.1粉煤灰高性能混凝土的力學性能本章研究粉煤灰在高性能混凝土中不同配比條件下的活性效應，測定不同粉煤灰用量、水膠比等條件下多組高性能混凝土的抗壓強度、靜彈性模量等力學性能。通過試驗，比較分析粉煤灰在高性能混凝土中的效應，研究粉煤灰及其摻量對混凝土力學性能的影響。試驗采用蒙西52.sr水泥及前述的粗、細集料和dsf一工工高效減水劑。取混凝土中膠凝材料(包括水泥和粉煤灰)的總量為500550kg/m3，粉煤灰摻量變化范圍為30%50%，水膠比

40、為0.280.42，設計多組混凝土配合比，進行混凝土試配。粉煤灰高性能混凝土的力學性能圖3.1本章研究粉煤灰在高性能混凝土中不同配比條件下的活性效應，測定不同粉煤灰用量、水膠比等條件下多組高性能混凝土的抗壓強度、靜彈性模量等力學性能。通過試驗，比較分析粉煤灰在高性能混凝土中的效應，研究粉煤灰及其摻量對混凝土力學性能的影響。3.2粉煤灰高性能混凝土的抗壓強度試驗采用蒙西52.sr水泥及前述的粗、細集料和dsf一工工高效減水劑。取混凝土中膠凝材料(包括水泥和粉煤灰)的總量為500550kg/m3，粉煤灰摻量變化范圍為30%50%，水膠比為0.280.42，設計多組混凝土配合比，進行混凝土試配?；炷?/p>

41、土配合比見表4.1。粉煤灰高性能混凝土的力學性能。研究粉煤灰在高性能混凝土中不同配比條件下的活性效應，測定不同粉煤灰用量、水膠比等條件下多組高性能混凝土的抗壓強度、靜彈性模量等力學性能。通過試驗，比較分析粉煤灰在高性能混凝土中的效應，研究粉煤灰及其摻量對混凝土力學性能的影響。試驗采用蒙西52.sr水泥及前述的粗、細集料和dsf一工工高效減水劑。取混凝土中膠凝材料(包括水泥和粉煤灰)的總量為500550kg/m3，粉煤灰摻量變化范圍為30%50%，水膠比為0.280.42，設計多組混凝土配合比，進行混土試配。表3.23.3粉煤灰混凝土收縮混凝土的收縮與混凝土的拌和用水量和漿體體積有關，用水量越少

42、，收縮也越小。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰需水量比小于100%，拌和水量的減少使摻粉煤灰混凝土28d后的自干燥收縮和干燥收縮都小。粉煤灰混凝土的干縮也隨粉煤灰摻量的提高而降低。但由于粉煤灰混凝土的水化反應慢，水分蒸發(fā)快，所以粉煤灰對混凝土的早期干縮影響很大。為防止粉煤灰混凝土的早期收縮開裂，對其更應加強早期養(yǎng)護。 3.4粉煤灰混凝土徐變28天齡期以前，混凝土的強度較低，其相應齡期的徐變應變也較普通混凝土的大，然而與普通混凝土等強度的粉煤灰混凝土在此后所有齡期的徐變均小于普通混凝土。 3.5粉煤灰混凝土碳化性能煤灰混凝土的抗碳化性能較差。粉煤灰混凝土中的水泥用量減少，水泥水化析出的圖3.2 脹縮量ca（oh）2

43、 數(shù)量也相應減少，而且，火山灰反應也消耗了一定量的ca（oh）2 ，使混凝土的ph值降低，會增加混凝土的碳化速度。特別在水化早期，粉煤灰火山灰反應程度低，粉煤灰-水泥體系孔結構疏松，co2、o2、水分等入侵阻力小，因此碳化深度較大。隨著齡期的增長和粉煤灰火山灰效應的逐漸發(fā)揮，碳化速度將逐漸降低。粉煤灰混凝土的碳化深度隨水灰比及粉煤灰摻量的增加而有所增加。在水灰比為0.50.55，粉煤灰摻量不大于30%和一般施工水平的情況下，1517年混凝土的碳化深度可達20mm左右。碳化反應在一定的相對濕度范圍內(nèi)進行最快，否則，反應較慢。當相對濕度在25%以下或者接近100%，即混凝土在充分干燥或水飽和的場合

44、，混凝土都不易產(chǎn)生碳化收縮。在基礎工程等不與大氣接觸的混凝土工程中，由于與co2隔絕，不會發(fā)生碳化反應，因此可較多地摻加粉煤灰，以充分降低混凝土的水化熱，提高混凝土的耐久性。采用超量取代法，較低的水膠比，同時摻加以減水劑為主的外加劑進行配合比設計，可使粉煤灰混凝土的抗碳化性能有所改善。 3.6粉煤灰混凝土鋼筋銹蝕混凝土中的鋼筋能夠防銹是由于混凝土的堿性（ph12.5）在金屬表面形成一層致密的鈍化膜。在混凝土中摻加粉煤灰，一方面會消耗ca（oh）2 ，降低混凝土的堿環(huán)境；另一方面，粉煤灰又與ca（oh）2反應生成水化物，提高混凝土的密實度，增加混凝土的不透水性和對氯離子擴散的阻力，阻礙和防止co

45、2的侵入，可對鋼筋起保護作用，所以粉煤灰的摻入，在防止鋼筋銹蝕方面，可以抵消因堿度降低帶來的不利影響。粉煤灰在一定的摻量范圍（fa24%），對鋼筋銹蝕基本無影響，甚至優(yōu)于空白混凝土。但是若粉煤灰的摻量大于30%，混凝土的 碳化可使混凝土的ph值由12.5降至8.5左右，在這樣低的ph值條件下，鋼筋不再鈍化。當碳化深度到達鋼筋位置，保護層被完全碳化，在水與氧氣滲入的條件下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕而導致混凝土的開裂甚至破壞。4 灰混凝土的物理性能試驗方法4.1粉煤灰混凝土水化熱粉煤灰對降低混凝土水化熱的作用十分明顯。低鈣粉煤灰在頭幾天的水化程度并不明顯，所產(chǎn)生的水化熱僅及水泥的一半。在混凝土中用粉煤灰取

46、代20%的水泥，可使混凝土7d的水化熱下降11%。128d齡期內(nèi)，大致為摻入粉煤灰的百分數(shù)，就是溫升和水化熱降低的百分數(shù)。在大體積混凝土中粉煤灰的摻入一般可使水化熱峰出現(xiàn)的時間延緩至3d以后才出現(xiàn)，可以有效防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。 4.2粉煤灰混凝土堿-集料反應圖4.1粉煤灰對有效抑制混凝土堿-集料反應的作用已被世界公認。一方面粉煤灰中的活性成分sio2、ai2o3與水泥的水化產(chǎn)物ca（oh）2反應，降低混凝土的堿度；另一方面粉煤灰較大的比表面可吸收k+、na+、oh，使之富集在粉煤灰微粒的表面，使骨料周圍的堿金屬離子及oh減少，降低混凝土孔隙中的堿濃度，從而削弱了混凝土的堿集料反應。根據(jù)試驗

47、結果，粉煤灰摻量大于20%時，抑制堿-集料反應才有效，當摻入30%時可有效抑制堿-集料反應。低鈣粉煤灰中的有效na2o和k2o都能加速水泥的水化反應，并且能激發(fā)粉煤灰中化學活性成分sio2、ai2o3與ca（oh）2的二次水化反應，因此粉煤灰中的有效堿是有益的。粉煤灰對水泥與減水劑相容性的影響高性能混凝土的突出特點是在低水膠比條件下，借助高效減水劑的高度分散和塑化作用，使混凝土拌合物獲得很高的流動性。要實現(xiàn)這一目的，選擇相容性較好的水泥與高效減水劑是一個關鍵因素。水泥與外加劑相容性的好壞很大程度上決定了混凝土的最低水膠比值以及拌合物的工作性和坍落度損失。高性能混凝土借助于高效減水劑的作用可以在

48、低水膠比較條件下獲得很高的流動性。但是由于高效減水劑對水泥的高度分散作用，使得水泥顆粒與水的接觸面積明顯增大，為早期水泥的水化反應提供了有利條件，所以混凝土拌合物的流動性隨著時間的延長將很快降低，即產(chǎn)生坍落度損失。而坍落度損失不完全取決于外加劑本身的性質(zhì)，同一品種的外加劑用于不同的水泥，其減水效果和坍落度損失程度往往有很大的差別，這種現(xiàn)象我們稱之為水泥與外加劑相容性。在高j性能混凝土中摻入粉煤灰，首先能從質(zhì)量上取代部分水泥，減少膠凝材料總量中水泥的用量，進而減少同一時間水化物的生成量，同時粉煤灰的水化反應依賴于水泥水化產(chǎn)生的堿性物質(zhì)的激發(fā)，生成凝膠體的速率遠遠低于硅酸鹽水泥的水化速率，可以減緩

49、拌合物的初凝速度，而且粉煤灰在混凝土中發(fā)揮其粒形效應可提高混凝土的流動性，這種粒形效應在粉煤灰顆粒表面未生成大量水化凝膠體之前會一直發(fā)揮作用。所以，摻入粉煤灰能改善水泥與外加劑的相容性，減小坍落損失。根據(jù)上述分析，本研究采用蒙西水泥與各種粉煤灰組合，按水泥:粉煤灰=l:1，水膠比0.32制備水泥漿體，摻入fdn高效減水劑，其摻量在 0.21.2%之間變化，按標準凈漿流動度試驗方法測定水泥凈漿的初始擴散度和一小時后的擴散度，比較各種水泥漿體的流動性變化，考察粉煤灰對水泥與外加劑相容性的改善效果。外加劑摻量超過0.6%時，擴散度有一個明顯的突變。當外加劑摻量達到1%以后，擴散度曲線又趨于平緩。說明

50、外加劑對提高水泥漿體的流動性有一個最佳摻量，大約為1%左右。觀察初擴散度和一小時后的擴散度曲線，在外加劑摻量為0.41.2%的范圍內(nèi)，均存在著大致為25mmsomm的擴散度值降低，即隨著時間的延長，水泥漿體的擴散度值減小，也就是流動性降低，這個差值并不隨著外加劑摻量的增大而減小，說明蒙西水泥與fdn高效減水劑的相容性不是十分理想。 4.3粉煤灰混凝土抗凍性粉煤灰混凝土28d以前齡期，混凝土的孔結構較純水泥混凝土的粗，故粉煤灰混凝土的早期抗凍性要下降。隨著粉煤灰摻量的增加，抗凍性下降的幅度也越大。但隨著齡期的增長，其抗凍性下降的幅度大大縮小。在等強超量取代的條件下，則對抗凍性的影響不大。在混凝土

51、中以20%的粉煤灰代替相應的水泥，其抗凍性超過基準混凝土，但摻量太高（50%）時，經(jīng)過150-200次凍融，混凝土出現(xiàn)明顯破壞?；炷恋暮瑲饬恳彩怯绊懟炷量箖瞿芰Φ闹匾蛩?。對處于嚴寒地區(qū)的粉煤灰混凝土工程，摻入適量的引氣劑，可提高其抗凍性能。粉煤灰的含碳量、燒失量、碳化性質(zhì)、細度以及粉煤灰的摻量等會影響混凝土的含氣量。隨粉煤灰摻量的增加，在相同引氣劑摻量下，混凝土的含氣量呈下降趨勢，影響混凝土的抗凍性。一般認為這是由于引氣劑引入的氣泡被粉煤灰中的微對引氣量小于3.5%的粉煤灰混凝土其水灰比對抗凍性有顯著的影響，水灰比越小，抗凍性能越好，如果混凝土中有足夠的含氣量，則其水灰比對混凝土的抗凍性

52、能影響不大。凍融破壞其它破壞形式有所不同，其一在開始混凝土結構物破壞時，表面分層掉落，最初混凝土出現(xiàn)表面小塊剝落粒徑約23mm，隨著時間的增長，剝落量和剝落粒徑變大，剝落由面及里，有時骨料已經(jīng)外露，但剝落層下表的混凝土完好，原來的鉆芯取樣實測強度不下降。其二剝蝕一擔開始，發(fā)展速度很快。由于環(huán)境溫度、鋼筋混凝土受力狀況、保護層厚度、結構尺寸的差異，凍融破壞對結構安全的影響程度也大相徑庭。大體積受壓結構(如橋墩)從凍融剝蝕開始到結構破壞的時間相對則長些。從混凝土凍融破壞的原理可知，混凝土的抗凍融性和其內(nèi)部孔結構(空隙的大小、構造及數(shù)量等)、可凍水的含量、原材的滲透系數(shù)、溫降速度、經(jīng)過凍融次數(shù)、凍融

53、齡期、混凝土的強度和抵抗破壞能力等因素有關系。其中最重要的因素是它的孔結構。而混凝土的孔結構和強度又由混凝土的水灰比、水泥用量、水泥品種、骨料、含氣量、有無外加劑和養(yǎng)護方法等決定。4.4粉煤灰混凝土抗?jié)B性能影響混凝土抗?jié)B性的主要因素是混凝土的孔結構，包括孔的大小、數(shù)量、曲折度以及分布狀況等。粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發(fā)生火山灰反應生成二次c-s-h凝膠，可以填充其中的孔隙，改善混凝土中水泥石的孔結構，使總的孔隙率降低，大孔數(shù)量減少，小孔數(shù)量增多，孔結構進一步細化，分布更為合理，混凝土更加密實，抗?jié)B性能得以提高。粉煤灰的火山灰反應是一個長期進行的過程，不斷進行的火山灰反應，使粉煤

54、灰混凝土的孔結構進一步優(yōu)化，混凝土的抗?jié)B性也進一步改善。粉煤灰混凝土的抗?jié)B性能與粉煤灰的摻量和混凝土的齡期有關。當粉煤灰的摻量為30%時，其滲透系數(shù)僅為純水泥混凝土的38.5%，365d齡期的滲透系數(shù)可比28d時提高一個數(shù)量級。 粉煤灰混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力有所提高。一方面，由于減少了水泥用量，也就減少了混凝土受腐蝕的內(nèi)部因素；另一方面，粉煤灰的細微顆粒均勻分散到水泥漿體中，會成為大量水化物沉積的核心，隨著水化齡期的發(fā)展，這些細微顆粒及其水化反應產(chǎn)物填充水泥石孔隙，改善了混凝土的孔結構（“微集料效應”），逐漸降低混凝土的滲透性，阻礙侵蝕性介質(zhì)侵入。氯鹽是促使鋼筋銹蝕，威脅鋼筋混凝土建筑物耐久性的最危險物質(zhì)，是促使混凝土中鋼筋去鈍化的無可匹敵的殺手。大量的研究證明，氯離子從外部環(huán)境對粉煤灰混凝土的侵蝕與膠凝系統(tǒng)的密實度和粉煤灰對氯離子的物理化學吸附作用有關。 氯離子在硬化粉煤灰水泥漿體中的滲透深度隨粉煤灰摻量的增加而增加。在水化早期，粉煤灰水泥體系的孔結構比較疏松，滲透性大，氯離子的滲透深度隨隨粉煤灰摻量的增加而增加，20%以上的粉煤灰摻量將使氯離子侵蝕深度大幅度增加。但混凝土水化后期的抗氯離子的侵蝕能力可有較大的改善