【粉煤灰在土木工程的應用探究6300字（論文）】

第頁粉煤灰在土木工程的應用研究摘要近些年我國的工業(yè)獲得了快速的發(fā)展，與此同時自然資源的消耗、環(huán)境破壞、廢棄物等問題逐漸變得嚴峻，生態(tài)環(huán)境的惡化是我國人民生存和社會進一步發(fā)展所面臨的重大難題，在穩(wěn)定當前社會經(jīng)濟發(fā)展水平和控制生態(tài)環(huán)境進一步惡化的大前提下，如何能實現(xiàn)綠色經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟，是我國社會當前必須應對的重點工作之一，也是每個企業(yè)應進行的思考。在各種各樣的工業(yè)污染物中，粉煤灰的排放量非常之巨大，對其二次利用開發(fā)有著重要的意義。其中將粉煤灰應用于土木工程建筑就是一項有效的措施，這不僅能夠轉化為建筑材料，實現(xiàn)資源的再利用，而且還使得建筑質(zhì)量顯著提高。因此本文對粉煤灰的材質(zhì)進行介紹，論述粉煤灰二次開發(fā)、利用的意義，并分別討論粉煤灰在建筑材料、施工技術等方面的應用，以期幫助我國環(huán)境的改善和資源開發(fā)的進程。關鍵詞：粉煤灰，工業(yè)廢料，土木工程，建筑質(zhì)量10222第一章引言 129632第二章粉煤灰的相關概念分析 297562.1粉煤灰的礦物組成 2255992.2粉煤灰的物理性質(zhì) 2102722.3粉煤灰的化學組成 2113452.4粉煤灰的化學性質(zhì) 24149第三章粉煤灰的土木工程應用途徑 3114103.1作為原材料用于水泥 3294573.2作為混凝土摻合料 3127423.3制備新型建筑材料制品 3205413.4粉煤灰在道路工程中的實際應用案例 429055第四章大摻量粉煤灰在混凝土中的應用技術與進展 5129184.1大摻量粉煤灰混凝土前期強度 5290054.2大摻量粉煤灰混凝土抗氯離子滲透性能 581264.3大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能 6171474.4大摻量粉煤灰混凝土配合比設計 6161944.4.1早期粉煤灰混凝土配合比設計方法—等量取代法 68684.4.2改良的粉煤灰混凝土配合比設計方法—超量取代法 628934.4.3調(diào)整系數(shù)法 714616第五章結論 822482參考文獻 9第一章引言粉煤灰又稱飛灰，這是燃煤電廠從煙道氣體中經(jīng)收塵裝置收集下來的，能夠在空氣中傳播的細灰，一般而言每1噸的燃煤能夠產(chǎn)生100-400斤的粉煤灰。我國的電力工業(yè)持續(xù)發(fā)展的同時，帶來了粉煤灰排放量的大量增加。這是由燃煤電廠用相關的收塵裝置收集下來的能夠在空氣中傳播的細灰，一般而言，每一噸的燃煤會產(chǎn)生從2000年12億噸增長約至2018年113億噸左右。據(jù)國家相關部門大規(guī)模調(diào)查統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，粉煤灰中干排灰約占82%，濕排灰占比10%，干濕混合占8%。另外粉煤灰綜合利用量也在持續(xù)增加著，由約8346萬噸增長到37億噸左右；綜合利用率由約50%提高至72%，開始超過美國，但這一數(shù)據(jù)與荷蘭、瑞士、日本等利用率80%以上的發(fā)達國家相比依然有差距，仍有待進一步提高。燃煤廠收集的粉煤灰采用空氣或者機械運輸至貯灰場，由于粉煤灰排放量巨大，不能夠完全利用，因此存在較多的貯灰場。干灰儲存技術困難、費用高，大都直接出售或者以濕灰儲存，因此濕灰的儲存量大。截至2019年，粉煤灰的堆積量已超過22億噸，并且每年以超過1億噸的速度增長。這個供應是驚人的。大量的粉煤灰占用率而許多土地資源，同時還會釋放出許多有害的物質(zhì)，是的土壤、水源、空氣都收到不同程度的污染，但是粉煤灰的處理需要大量的人力物力財力資源，增加工廠的經(jīng)濟負擔。為了減少粉煤灰造成的損害，我國于1990年代開始研究和探索。當時，粉煤灰與橡膠，塑料和其他領域一起廣泛用于土木工程，例如在粉煤灰領域。深入研究和發(fā)掘粉煤灰的適用性，不僅可以促進土木工程的發(fā)展，而且可以改善我們的生活質(zhì)量。

第二章粉煤灰的相關概念分析粉煤灰本質(zhì)上是一種礦物，屬于燃煤顆粒，由硅酸鹽礦物和石英組成，其在高溫作用和表面張力作用下會產(chǎn)生大量的細顆粒，并且會跟隨氣體溫度達到變化固化成玻璃微珠。一般在這些氣體排放出來之前，這些微珠就通過干濕排等形式被收集或者排放。2.1粉煤灰的礦物組成煤粉的燃燒程度不同會導致粉煤灰存在一些微小的差異，比如說產(chǎn)生高含量的二氧化硅。粉煤灰的冷卻速度不同又影響著粉煤灰中晶體礦物的量，總的來說冷卻速度越快，玻璃體含量就越多，冷卻速度越慢，則越少。綜上，就礦物組成情況而言，粉煤灰可定義為結晶礦體與非結晶礦體共同組成的混合物，其中包含了氧化鐵、鎂，石英，莫來石，和玻璃體，次生褐鐵礦等等物質(zhì)，其中粉煤灰含量最高的是玻璃體，一般而言達到50%或以上。2.2粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰的物理性質(zhì)存在著一些差異性，這是因為粉煤灰組成的波動差異很大。粉煤灰的密度在18~24g/cm3之間，堆積密度在0531~1261g/cm3之間，粒徑大多在001~03mm之間，比表面積在2000~3000cm2/g之間，吸水量一般而言超過50%。2.3粉煤灰的化學組成我國的火電粉煤灰的氧化物的組成元素為：SiO、OAl、FeO、OFe、CaO32322、23222MgOTiO、、OK、ONa、SO、MnO等，除此以外還有52OP等。其中，粘土和頁巖還會產(chǎn)生氧化硅和氧化鈦等氧化物。這是因為不同的地區(qū)使用的煤層不同，又或者是同一煤礦的煤炭的灰量也有巨大差異，導致粉煤灰的化學成分收到這些因素的影響而表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。2.4粉煤灰的化學性質(zhì)粉煤灰的化學性質(zhì)上而言，這是一種人工的火山灰混合物，一把而言水硬性和凝膠特性幾乎為零。但是當其是粉末狀態(tài)時，其能夠在常溫下與氫氧化鈣或一些堿土金屬發(fā)生氫氧化物反應，特別是在蒸汽固化的過程中，粉煤灰能夠生成具有水硬性和膠凝性的化合物，成為具有高強度、高耐久值的新材料。

第三章粉煤灰的土木工程應用途徑3.1作為原材料用于水泥粉煤灰富含硅、鋁與粘土化學成分類似，因此可以代替部分粘土；粉煤灰作為含鋁、含硫廢渣可代替鋁礬土；高鐵粉煤灰可作為鐵質(zhì)校正原料，都能夠用于水泥熟料的配比材料。一些水泥熟料、粉煤灰和一定量的石膏可以配置粉煤灰硅酸鹽水泥，通過混合磨細工藝或化學激發(fā)、機械活化等方法保證水泥的質(zhì)量。另外粉煤灰硅酸鹽水泥結構相對緊密，內(nèi)比表面積較小，吸水能力弱，需水量小，抗裂性好、抗腐蝕能力較強等優(yōu)點。大量研究表明粉煤灰的摻量在20~30%時，粉煤灰硅酸鹽水泥的性能最好。趙艷榮以粉煤灰部分替代鋁礬土在1300℃燒成溫度下保溫30min制備硫鋁酸鹽水泥熟料，摻入12%的石膏后獲得了28d抗壓強度489MPa的硫鋁酸鹽水泥。3.2作為混凝土摻合料粉煤灰具有火山灰活性，具有用于混凝土摻合料的可能性。粉煤灰較多光滑的球形顆?？商畛潴w系中的孔隙，能夠降低用水的量，提升混凝土的和易性，提高混凝土密實度，減少早期收縮和干燥收縮的風險，以提高混凝土后期強度，增強混凝土的耐磨性；除此以外粉煤灰能夠有效降低混凝土的水化熱現(xiàn)象，減少堿骨料反應的情況。粉煤灰在火山灰反應、微集料填充效應、C3A含量稀釋效應共同作用下能夠提高混凝土的抗侵蝕性。范志宏研究分析粉煤灰對鋼筋混凝土耐久度的影響因素，其實驗表明粉煤灰會隨著水泥的摻量增加，會變得更加密實，同時還會導致電荷轉移電阻增加，使得鈍化膜的化學性質(zhì)更加穩(wěn)定，Ca(OH)2含量降低，氯離子臨界濃度下降，耐久性先增加后減少，鋼筋腐蝕速率先減少后增加。胡曉鵬研究分析了，粉煤灰摻量對粉煤灰混凝土黏結性能的影響，粉煤灰摻量的增添，會使得其黏結應力越大。粉煤灰作為混凝凝土的摻合料的種種性能研究表明能夠用于制備綠色高強高性能混凝土。3.3制備新型建筑材料制品粉煤灰因為潛在的膠凝性，廣泛用于制備功能性墻體材料，制備工藝已相當成熟且易于推廣。田廣科研究了大摻量粉煤灰條件下，石膏基粉煤灰墻體材料的性能，結果表明粉煤灰摻量55%時，石膏粉煤灰墻體復合材料強度為195MPa，能夠采用高摻粉煤灰制備石膏基墻體材料。李剛以粉煤灰和廢玻璃為原材料，加入改性水玻璃作為粘結劑，采用低溫發(fā)泡成功燒制了新型粉煤灰輕質(zhì)墻體材料并探索了反應機理。盧學峰等采用粉煤灰、水泥、石膏和生石灰等原料，十二烷基苯磺酸鈉作為發(fā)泡劑，澆注成型輕質(zhì)墻體建筑材料，在粉煤灰摻量達到40%時，這些材料的抗壓強度達到最高值，達144MPa。粉煤灰作為燒結磚、蒸養(yǎng)磚、砌塊、人造集料、墻體材料等建筑材料的原材料消耗量大。3.4粉煤灰在道路工程中的實際應用案例粉煤灰具有土工特性，比重較小，能夠減少地基土壤的承重，從而降低沉降量；且價格便宜，可降低施工成本。粉煤灰用作筑路、礦區(qū)、煤坑等回填材料是最簡單直接利用的方式。電廠排放的粉煤灰可就近大批量用于回填，經(jīng)濟與環(huán)保效益相對較高。A市政道路工程中，粉煤灰被用作公路面層和路面基層的建設，在公路面層中，A市政公司將粉煤灰用于瀝青混凝土與水泥混凝土的路面中，通過添加礦粉使得瀝青混凝土的骨料顆?？p隙得到補充，提升了其密實的程度，有效提升了工程的質(zhì)量。在路面基層建設中，A市政公司將粉煤灰應用到穩(wěn)定土基層和石基層中，以達到減少是會用量的目的，從而使得這種路面的基層強度非常之高，板體性也極為優(yōu)越，這也是一種石灰粉煤灰新鮮結構的應用模式，在路面填筑中有著卓越的優(yōu)勢。

第四章大摻量粉煤灰在混凝土中的應用技術與進展4.1大摻量粉煤灰混凝土前期強度我國大摻量粉煤灰混凝土的相關應用技術發(fā)展應用都相對比較慢。主要原因是混凝土的早期強度不能滿足人們的期望。一般而言，粉煤灰含量達到40％以上之后的一個月內(nèi)，混凝土的強度會降低，在兩個月到六個月的的時候，混凝土的強度會隨著時間變化而逐步提高。也就是說，大體積的粉煤灰混凝土的強度在后期不斷提高，這在實際施工中引起了許多問題：現(xiàn)場施工過程，增加的維護成本，增加的脫模時間等。對于某些建設周期短的項目，需要解決此問題。針對這些問題，對粉煤灰進行活性激發(fā)是關鍵，在國內(nèi)的一些研究中主要是通過物理方法和化學方法實現(xiàn)的。物理方法指的是使用機械研磨，在原粉煤灰基礎上經(jīng)過球磨機處理后得到的粉煤灰，經(jīng)過處理的粉煤灰具有更高的細度、更少的需水量，其混凝土的強度更高。但在粉煤灰物理改性處理上比較費人力物力，對于一些粉煤灰需求較高的項目投入的成本高，整個過程相當于對粉煤灰進行二次處理，在實際操作過程中并不方便?；瘜W方法指的是用化學激發(fā)劑來刺激粉煤灰化學活性，我們常見的激發(fā)劑有：氫氧化鈣、硫酸鈣、硅酸鈉和氯化鈣等，在操作上簡便，不需要另外對粉煤灰進行處理，只需在混凝土的拌制過程中添加一定量的試劑即可，在激發(fā)效果上，化學激發(fā)效果更佳。大摻量粉煤灰混凝土前期強度的難題，在近些年來一直備受外界的廣泛關注，我國許多學者把研究的重心放到如何提高大摻量粉煤灰混凝土的前期強度中，發(fā)現(xiàn)主要是靠激發(fā)粉煤灰活性實現(xiàn)的。史靜等人探究了激發(fā)劑對混凝土強度的影響規(guī)律，化學激發(fā)劑涉及到硫酸鈉、氫氧化鈣和氯化鈣，在50%摻量粉煤灰下添加激發(fā)劑的混凝土的整體強度高于未添加激發(fā)劑的混凝土，但是總體上強度還是會隨著粉煤灰摻量的添加而下滑；孫國文等人研究了單摻氫氧化鈣和雙摻氫氧化鈣、硅酸鈉對粉煤灰的激發(fā)時效，得出了雙摻激發(fā)劑對混凝土強度的提高優(yōu)于單摻激發(fā)劑同時確定了粉煤灰激發(fā)的環(huán)境PH值為13；澳大利亞DavidWLaw教授長期研究粉煤灰激活試驗，使用硅酸鈉和氫氧化鈉激發(fā)純粉煤灰混凝土，通過設置不同的激發(fā)劑模數(shù)來對不同地域的粉煤灰活性進行激發(fā)，建立了一套完整的堿激發(fā)體系。4.2大摻量粉煤灰混凝土抗氯離子滲透性能粉煤灰具有滾珠效應和火山灰效應，滾珠效應能夠讓混凝土在制備過程中有較好的均質(zhì)性，粉煤灰也能夠作為部分的填隙物；來改善硬化混凝土的界面過渡區(qū)，使其擁有更高的密實度。這種火山灰效應能夠推進粉煤灰與水泥水化的產(chǎn)物氫氧化鈣進行化學反應，并且生成硅酸膠凝物質(zhì)，在許多國內(nèi)的研究中，人們已經(jīng)認識到大摻量粉煤灰的不可滲透性。李飛等使用溫度控制模擬固化方法來模擬粉煤灰混凝土的實際耐氯離子性。測試結果表明，擴散系數(shù)遠小于規(guī)格要求，但學者認為，諸如溫度和溫度，濕度，外力條件等外部因素會影響這一點。董榮珍等，在干濕循環(huán)的作用下，對氯離子的擴散速率進行了測試，當干濕循環(huán)時，相應的擴散系數(shù)增加。作者還發(fā)現(xiàn)，裂紋寬度與擴散速率相關。楊義等研究者發(fā)現(xiàn)在高摻量礦物摻合料的混凝土中，其抗氯離子滲透的作用將會被降低，在低摻量下優(yōu)于普通混凝土。4.3大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化性能廣范受專家學者的質(zhì)疑，很多的研究結論不盡相同，在實際的土木工程中更多的是考慮鋼筋混凝土的抗碳化性能。對于鋼筋混凝土而言，在堿環(huán)境中能夠使鋼筋不發(fā)生鈍化反應。影響碳化速率的因素主要是濕度和二氧化碳濃度，在二氧化碳濃度為20%和相對濕度70%的環(huán)境中碳化速率較快，適當?shù)乃质翘蓟磻貍涞^量的水分會抑制碳化反應，用較低的水膠比配出來往往具有良好的抗碳化性能。在大摻量粉煤灰混凝土中，水泥水合產(chǎn)生的氫氧化鈣含量較低，通常得出的結論是，大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化能力較差。應該注意的是，碳化過程是一個緩慢的過程，需要考慮各種因素。由于粉煤灰混凝土具有良好的抗?jié)B性，二氧化碳在室內(nèi)的擴散速度非常慢。這些性能意味著粉煤灰混凝土具有良好的抗二氧化碳性。滲透能力。鋼筋通常在中性或酸性環(huán)境中被鈍化。即使粉煤灰混凝土的堿含量較低，混凝土的堿度也可以在短至中期內(nèi)保護鋼筋，有可能保護鋼筋。造成的損害取決于具體的項目條件。4.4大摻量粉煤灰混凝土配合比設計4.4.1早期粉煤灰混凝土配合比設計方法—等量取代法大摻量粉煤灰在我國的土木工程中的應用和開發(fā)較晚，近年來不少科研團隊就大摻量粉煤灰運用混凝土中進行了深入研究，國內(nèi)最早使用的是用粉煤灰等量取代水泥的方法配制粉煤灰混凝土，這種方法的不足之處是粉煤灰是一種具有潛在膠凝性材料，不像水泥這種膠凝材料遇水立刻發(fā)生水化反應，粉煤灰的融合會影響到水泥發(fā)生的水化反應。當其摻量較低時，這種影響的效果較弱，當粉煤灰摻量超過30%時，通過普通配合比設計的混凝土使用粉煤灰等量替代水泥會使混凝土內(nèi)部水膠比過大，造成了混凝土內(nèi)部結構疏松，影響混凝土的拌合效果和工作性能，在混凝土硬化的初期會降低混凝土強度，大約在3個月以后混凝土的強度才會慢慢起來，在較大的水膠比情況下混凝土后期的強度不一定有普通混凝土強度發(fā)展好，另外混凝土的耐久性能也會受到抗壓強度的影響而呈現(xiàn)一定程度的削弱。4.4.2改良的粉煤灰混凝土配合比設計方法—超量取代法粉煤灰超量取代法是基于普通混凝土設計的，依據(jù)普通混凝土設計規(guī)范計算出每組材料的質(zhì)量比，再按照粉煤灰超量取代的方法，一般會有一個超量取代系數(shù)進行配合比設計。超量取代法的優(yōu)點是隨著粉煤灰摻量增加，水泥的含量不會降低能夠保證基準的前期強度，在中后期強度隨著粉煤灰的火山灰效應得到提高。4.4.3調(diào)整系數(shù)法調(diào)整系數(shù)法指的是直接引進普通混凝土配合比的設計的結果，根據(jù)不同的強度設計等級，在原材料的用量上面做適當?shù)恼{(diào)整。調(diào)準系數(shù)法基于實驗室完整的數(shù)據(jù)資料和混凝土攪拌廠的施工經(jīng)驗，能夠適用于大多數(shù)類型的粉煤灰，這種方法較為大眾化，是一種比較實用的方法。

第五章結論粉煤灰作為我國工業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，如果不對其加以有效的利用，那么它將會占據(jù)許多土地，并且非常難清理，會對空氣、