高摻粉煤灰水泥論文

1、 高摻量粉煤灰水泥的潛在經(jīng)濟環(huán)保效應(yīng)作品背景 混凝土材料是當今用量最大、用途最廣泛的建筑材料,據(jù)統(tǒng)計,每年全世界的耗用量接近100億噸。而水泥作為混凝土的重要組分,在生產(chǎn)過程中會向大氣中排放大量的COZ,目前全世界每年C02排放量約為100億噸,造成環(huán)境污染、溫室效應(yīng)和全球變暖等不利影響。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一2010年我國粉煤灰和煤矸石產(chǎn)生量約 10.7億t,預(yù)計到2015年產(chǎn)生量將繼續(xù)增加,有望達到13億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。目前，國內(nèi)對粉煤灰的大批量處理主要是回填，而回填帶來的主要問題是粉 煤灰潛在的毒性對環(huán)境的長期影響，從而對地下水、土

2、壤造成污染。粉煤灰浸出的一些微量重金屬元素也會對環(huán)境造成影響。正是基于水泥與粉煤灰的環(huán)境問題，本文重點研究了不同量粉煤灰摻入水泥，對水泥抗壓及其他性能影響，在滿足水泥性能的前提下，提高混臺水泥中粉煤灰摻量，促進粉煤灰廢渣在水泥工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，不僅有利于固體廢棄物再利用，變廢為寶，而且可以保護環(huán)境，節(jié)約資源，對社會和經(jīng)濟兩方面有著重要的意義，亦對粉煤灰高價值利用開辟了廣闊的途徑，因此具有很好的發(fā)展前景。， 關(guān)鍵詞 粉煤灰，水泥 抗壓強度 正文實驗方案一 實驗主要原材料 本試驗用水泥為42.5 MPa 級的普通硅酸鹽水泥 粉煤灰為二級粉煤灰(水泥和粉煤灰的化學(xué)組成如下表1).經(jīng)粉磨后的比表面積

3、為6 000 cm2 /g 水為普通自來水 二主要原料基本介紹（一）粉煤灰概述1粉煤灰定義 煤粉中的無機物在燃燒過程中先分解然后經(jīng)燒結(jié)熔融，最后冷卻形成粉煤灰，其化學(xué)組成主要為Si02、A1203、Fe!03礦物組成主要包括玻璃體和晶體礦物。2粉煤灰活性粉煤灰的活性是衡量粉煤灰再利用價值的重要參數(shù)，其活性大小與細度、燒失量、化學(xué)成分披玻璃體含量相關(guān)粉煤灰的的活性在水泥生產(chǎn)中主要體現(xiàn)在化學(xué)活性，粉煤灰化學(xué)活性則與粉煤灰自身化學(xué)組成密切相關(guān)，粉煤灰的化學(xué)活性主要表現(xiàn)為火山灰活性，摻有粉煤灰的水泥水化過程中，首先是水泥熟料礦物水化，此過程中釋放Ca(OH)2，Ca(OH)2與粉煤灰中的活性組分發(fā)生的

4、火山灰反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。由于火山灰反應(yīng)減少了系統(tǒng)中氫氧化鈣的含量，又可加速水泥熟料的水化。粉煤灰的物理活性在水泥生產(chǎn)宏觀機理有著重要作用。粉煤灰的物理活性主要是指粉煤灰形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)等的總和，是與自身化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，又能促進制品膠凝活性和改善制品性能（如強度、抗?jié)B性、耐磨性等）的各種物理效應(yīng)的總稱它是粉煤灰能夠直接被充分利用、最有實用價值的活性，是粉煤灰早期活性的主要來源粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，主要表現(xiàn)為粉煤灰的顆粒形貌、粒度分布等特性所引起的可改善水泥基材料性能的填充作用、潤滑作用等（二）水泥概述 細磨成粉末狀，加入適量水后，可成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并

5、能將砂、石等材水泥樣本料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料 三 實驗一 （一）實驗配料本實驗對于實驗原料的處理采用等量替換法，即保持每組水泥、水和粉煤灰的質(zhì)量為一定值（本實驗為990g），通過改變添加粉煤灰的質(zhì)量，從而改變水泥漿的配合比（ 本實驗采用改變粉煤灰占總的水泥漿的質(zhì)量百分數(shù)為10%、20%、30%、40%、50%和一組不加粉煤灰的空白對照組）。依次對其編號 FA10 FA20 FA30 FA40 FA50 FA0。原料配合比如下表2所示 表2 主要實驗原料及需求量（每組膠凝材料總量以990g計）組別編號粉煤灰等量替換水泥（%）配合比水泥（g）粉煤灰（g）水（g）1FA009903962

6、FA 1010891993FA 20207921984FA 30306932975FA 40405943966FA 5050495495（二）實驗設(shè)計 本試驗采用上述材料，設(shè)計配制不同不添加粉煤灰的水泥漿采用配制了7 d、14 d、28 d、60 d 等不同齡期的普通水泥漿和添加同量的粉煤灰的水泥漿進行對比試驗。水泥漿試件制作采用強制式攪拌機進行攪拌，機械振搗成型。成型后的試件采用標準養(yǎng)護，對到齡期的水泥漿，進行抗壓強度的測定，由于100 mm × 100 mm × 100 mm試件和標準試件相比有小尺寸效應(yīng)，即環(huán)箍效應(yīng)，因此，在所得強度的水泥漿基礎(chǔ)上，乘以0 95換算成1

7、50 mm × 150 mm × 150 mm 標準試件的強度。 （三）實驗結(jié)果 四 實驗分析通過以上的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)：1 用粉煤灰摻雜水泥，會使前期的水泥抗壓強度偏低 ，并且，隨著粉煤灰 量的逐漸加多，水泥3天的抗壓強度不斷下降。2 用粉煤灰摻雜水泥，水泥的28天抗壓強度基本符合實際需求，并且再添加粉煤灰合適的范圍，摻雜粉煤灰水泥的28天抗壓強度比同等量水泥的強度沒有差別：不僅如此，基本上本實驗做得粉煤灰摻雜水泥的抗壓強度均符合國家標準，適用于不同的水泥質(zhì)量需求。3 摻雜粉煤灰等量替換為10%，3天抗壓強度效果好，28天抗壓強度也差別很?。ㄐ?MPa);摻雜粉煤灰等量替

8、換為20%，28天的抗壓強度效果好(與未摻雜的水泥強度一樣）；摻雜粉煤灰等量替換為40%，水泥的28天抗壓強度也是符合國家標準，由于摻雜的粉煤灰多，實際效益最高。4 對不同的質(zhì)量的水泥需求，實際生產(chǎn)選擇不同的組的粉煤灰水泥，但是均比不添加粉煤灰的水泥綜合效益高 對于本實驗粉煤灰在水泥體系的實驗結(jié)果，本小組在此實驗的基礎(chǔ)上進一步探究探在此膠凝材料中水化程度和粉煤灰的反應(yīng)程度，論證反應(yīng)機理，進一步闡述實驗一的實際和合理性 四 實驗二 （一）原材料與配合比 試驗用水泥為混凝土外加劑性能檢測專用基準水泥，比表面積為341 m2kg，標準稠度用水量為272(質(zhì)量分數(shù))；粉煤灰為實驗一所用粉煤灰，需水量為

9、95(質(zhì)量分數(shù))水泥和粉煤灰的化學(xué)組成如實驗一表1所示，膠凝材料配合比如表所示 （二）試樣制備與測試方法 用5 mL離心管成型膠凝材料凈漿試樣，然后密封養(yǎng)護養(yǎng)護制度有2種，即標準養(yǎng)護(20±1)，相對濕度大于90)和高溫養(yǎng)護高溫養(yǎng)護的具體過程為：將成型密封后的凈漿試樣直接放入(65士2)的烘箱中養(yǎng)護7 d(如測試齡期未到7 d，則直接取出測試)，再置于標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至規(guī)定齡期破碎試樣，取中間碎塊浸泡于無水乙醇中，中止水化進行化學(xué)結(jié)合水量測試時，取碎塊磨細，再在（65土2)烘箱中烘24 h至恒重，隨后高溫(1 000)灼燒3 h至恒重凈漿試樣化學(xué)結(jié)合水量(W。，)的計算式如下： 式中

10、：m1為65烘干后試樣的質(zhì)量(g)；m1為1 000灼燒后試樣的質(zhì)量(g)；Wfa.cWfa·W fa1+Wc·Wc1；Wfa.c和Wc分別為粉煤灰和水泥的質(zhì)量分數(shù)()；W fa1和Wc.1分別為粉煤灰和水泥的燒失量() 采用鹽酸選擇溶解法測試復(fù)合膠凝材料凈漿中粉煤灰的反應(yīng)程度，具體測定過程參照GBT12960-2007水泥組分的定量測定粉煤灰反應(yīng)程度(a，。)的計算式如下： 式中：W(HCL)為膠凝材料凈漿經(jīng)鹽酸溶解后殘余的質(zhì)量分數(shù)；W(FA.HCl)。為粉煤灰經(jīng)鹽酸溶解后殘余的質(zhì)量分數(shù)；W(CHCl)。為純水泥凈漿經(jīng)鹽酸溶解后殘余的質(zhì)量分數(shù) （三）結(jié)果與分析 圖I為不同

11、水化齡期時凈漿的化學(xué)結(jié)合水量從圖1可以看出：(1)粉煤灰的摻人降低合膠凝材料的總水化程度(2)養(yǎng)護溫度對凈漿化學(xué)結(jié)合水量的影響較大例如，當水膠比為03且高溫養(yǎng)護下，純水泥凈漿水化1 d時的化學(xué)結(jié)合水量就高達1394，相比于同條件標準養(yǎng)護試樣，提高約70，而且粉煤灰摻量越大，化學(xué)結(jié)合水量提高越多這是因為，在高溫下，粉煤灰的玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更容易受到破壞，一O一Si一O和一0一A10一Si一0一共價鍵更容易解聚，粉煤灰活性得到增強，其火山灰反應(yīng)進程加快，反應(yīng)產(chǎn)物迅速增加，體系的總水化程度得到較大提高 不同水化齡期時膠凝材料中粉煤灰的反應(yīng)程度如圖2所示由圖2可以看出：(1)在標準養(yǎng)護或高溫養(yǎng)護條件下，

12、粉煤灰反應(yīng)程度均隨水化齡期的延長而逐漸提高，隨粉煤灰摻量的增加而降低，隨水膠比的增加而有略微增長，但并不明顯(2)在標準養(yǎng)護條件下，粉煤灰早期(17 d)的反應(yīng)程度較低7 d后增長才變得明顯，尤其在28 d以后增長更加迅速這是因為在水化初期，粉煤灰主要以物理填充的形式參與復(fù)合膠凝材料的水化過程只有到水化后期時，粉煤灰才以化學(xué)反應(yīng)形式參與復(fù)合膠凝材料的水化過程，使體系內(nèi)的水化產(chǎn)物總量增加實驗結(jié)論 粉煤灰的摻入降低了膠凝材料的總水化反應(yīng)程度;但是粉煤灰摻量越大，粉煤灰的反應(yīng)程度越低，而水泥的水化程度越高摻雜粉煤灰的水泥的抗壓強度體現(xiàn)在水化后期(28 d后)五 實際綜合分析 通過實驗二的實驗數(shù)據(jù)與圖

13、表，我們分析的結(jié)果為實驗一的簡單對比實驗提供了支持，從實驗二的結(jié)論我們可以準確的認識到實驗一所得數(shù)據(jù)和結(jié)論的合理性：而對于實驗一的數(shù)據(jù)與結(jié)論我們可以知道粉煤灰的添加對于水泥塊抗壓性能的影響，在合適的添加量時不僅沒有降低水泥塊的抗壓性能，反而增強其后期的抗壓性能。 因此，在水泥里摻入定量粉煤灰，雖然早期3d強度降低，但若對前期強度要求不是很高，且養(yǎng)護合理。粉煤灰水泥還是會得更廣泛的應(yīng)用的。粉煤灰水泥在經(jīng)濟效益與環(huán)保效益方面的優(yōu)勢更突出。 六 實際效益 （一）環(huán)保效益 據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2013年全國煤炭消費量約為36.2億噸，同比增加0.7億噸，增長1.97%。粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下

14、來的細灰。我國1995年粉煤灰排放量約125億t，2000年粉煤灰排放量約15億t，2009年粉煤灰排放量約375億t。與此相應(yīng)的，在我國大部分的城市，大氣中懸浮顆粒物的主要來源是燃煤飛灰，污染程度嚴重的話，形霧霾，人吸入體內(nèi)，甚至被血液吸收，送到人體各個器官，也可能與細胞發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，同時飛灰沉降落地或堆放在儲灰污池中的粉煤灰，因雨水淋濾，會污染地表水及地下水。凡此種種，如果不對粉煤灰加以處理，一旦排放到環(huán)境中，將對我們的健康造成危害，對生存的生態(tài)環(huán)境造成破壞。水泥工業(yè)作為典型的大氣污染行業(yè)，是危害我國大氣安全的重要因素。水泥工業(yè)的環(huán)境污染主要是粉塵、廢氣和噪音。據(jù)統(tǒng)計，在2002年我國

15、水泥工業(yè)煙塵和粉塵排放總量是809萬噸，占我國全年煙塵粉塵排放總量的近40%。水泥成本的大部分是回轉(zhuǎn)窯煅燒水泥過程中煤炭能源的消耗費用，水泥工業(yè)高耗能顯而易見。另外，據(jù)新華網(wǎng)最新報道，我國人均排放量CO2已經(jīng)超過世界平均水平，世界平均水平是6.4t，我們現(xiàn)在的是7tCO2。 因此，用粉煤灰部分替代水泥或摻合進混凝土，不僅可以減少火力發(fā)電廠粉煤灰固體廢棄物的堆積，節(jié)約灰場的土地占用面積，也可以減少對大氣和水資源的污染。.而且，還可以減少的水泥的部分產(chǎn)量，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)水泥過程的污染和能耗。減少溫室氣體CO2的排放量，緩解全球氣溫上升的壓力。最后，形成以“資源一產(chǎn)品一廢棄一再生資源”為表現(xiàn)形式

16、的循環(huán)經(jīng)濟模式，使固體廢棄物粉煤灰成為再生與環(huán)保資源，達到節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保的作用。（2） 經(jīng)濟效應(yīng)用粉煤灰等量替換水泥，減少一定比例的水泥用量，用便宜許多的等量的粉煤灰代替，毫無疑問，可以減少混凝土的生產(chǎn)成本。以普通C30 混凝土為例，一立方混凝土需要P.O42.5水泥361 kg 、砂子 613.7kg 、 石子1249.06kg 、 水 176.89kg，即配比為1 : 1.7 : 3.46 : 0.49 。粉煤灰替代20%的水泥時，混凝土強度減少量很小，而此時可以減少使用水泥72.2kg，全國各地PO42.5水泥價格200500元/噸，由于地域不同和產(chǎn)品質(zhì)量不同而有差異。而粉煤灰價格相

17、對低得多，混凝土用粉煤灰通常50150元/噸，如目前靈壽縣清逸礦產(chǎn)品加工廠生產(chǎn)的國際一級粉煤灰價格90100元/噸、國際二級粉煤灰價格6070元/噸、國際三級粉煤灰價格3850元/噸。若取水泥和粉煤灰差價為150元，那么一立方的混凝土成本可以減少多余10元。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，其主要來源是以煤粉為燃料的火電廠和城市集中供熱鍋爐，其中90%以上為濕排灰，活性較干灰低，且費水費電，污染環(huán)境，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，是一種過剩的廉價資源。而水泥是高能耗、高污染、高水耗產(chǎn)品，盡管水泥行業(yè)的發(fā)展壯大是的現(xiàn)今水泥行業(yè)產(chǎn)能過剩，但是水泥的價格肯定不會低于工業(yè)廢渣粉煤灰（如圖（1），來自中國水泥網(wǎng)），在保障混凝土品質(zhì)的條件下，用粉煤灰最大程度的替換水泥是大勢所趨，所以粉煤灰替代水泥的經(jīng)濟效益將會更大。我國的建設(shè)工程量還在不斷上升，預(yù)拌混凝土產(chǎn)量持續(xù)走高，中國混凝土網(wǎng)預(yù)計“十二五”期間，預(yù)拌混凝土產(chǎn)量還將有小