一、粉煤灰的“三大效应” 我国著名学者沈旦申、张荫济先生早上世纪80年代总结国内外大量研究成果,提出粉煤灰《三大效应》理论,科学全面的阐述了粉煤灰在混凝土及粉煤灰制品中的作用和机理。那么何为粉煤灰的三大效应呢? 一、粉煤灰的“形态效应” 在显微镜下显示,粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠,粒形完整,表面光滑,质地致密。这种形态对混凝土而言,无疑能起到减水作用、致密作用和匀质作用,促进初期水泥水化的解絮作用,改变拌和物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能,尤其对泵送混凝土,能起到良好的润滑作用。 如图: 二、粉煤灰的“活性效应” 三、粉煤灰的微集料效应 在上述粉煤灰的三大效应中,形态效应是物理效应,活性效应是化学效应,而微集料效应既有物理效应又有化学效应。这三种效应相互关联,互为补充。粉煤灰的品质越高,效应越大。所以我们在应用粉煤灰时应根据水泥、混凝土、粉煤灰制品的不同要求选用适宜和定量的粉煤灰。如不恰当,则会起到反作用。 ----------------------------------- 粉煤灰 粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的氧化物组成为:SiO2、Al2O3及少量的FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等。其中SiO2和Al2O3含量可占总含量的60%以上。 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一,随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理,就会产生扬尘,污染大气;若排入水系会造成河流淤塞,而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。另外粉煤灰可作为混凝土的掺合料。 外观特性粉煤灰外观类似水泥,颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标,可以反映含碳量的多少和差异。在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度,颜色越深粉煤灰粒度越细,含碳量越高。粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织,比表面积较大,具有较高的吸附活性,颗粒的粒径范围为0.5~300μm。并且珠壁具有多孔结构,孔隙率高达50%—80%,有很强的吸水性。 组织结构形成第一阶段 粉煤在开始燃烧时,其中气化温度低的会挥发,首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出,使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰,颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状,但因多孔型性,使其表面积更大。 第二阶段 伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高,其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物,此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体,尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同,但比表面积明显地小于多孔炭粒。 第三阶段 随着燃烧的进行,多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒,其孔隙率不断降低,圆度不断提高,粒径不断变小,最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体,颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别,小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。 最后形成的粉煤灰(其中80%~90%为飞灰,10%~20%为炉底灰)是外观相似,颗粒较细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分,炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒,或是炉渣。这些东西有足够的重量,燃烧带跑到炉子的底部。 组成化学组成 我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等,此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土,岩页;氧化铁主要来自黄铁矿;氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。 粉煤灰的元素组成(质量分数)为:O 47.83%,Si 11.48%~31.14%,Al 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%,Cl 0.00%~0.12%,其他0.50%~29.12%。 二、如何快速辨别这四种粉煤灰? 传统掺合料如粉煤灰、矿渣粉日益紧俏,供需矛盾逐渐突出。因此,掺合料种类范围逐渐扩大,磷渣、钢渣、炉渣、钢铁渣粉逐渐走上历史舞台。天然火山灰、沸石、浮石、凝灰岩、石灰石粉、其他岩石粉等天然矿物材料以及超细矿渣粉、超细粉煤灰、微珠等矿物掺合料逐渐向深加工方向发展。由于供需矛盾的加剧和相关行业标准的不足,导致市场上出现了劣质粉煤灰,严重威胁着混凝土的质量和寿命。 2、“脱硫灰” 近年来,环保对工厂排放废气有越来越高的要求。限制废气中二氧化硫含量,使得电厂普遍采用石灰水或石灰粉通过高雾喷头入除硫塔,与进入封闭塔内150℃高温烟气接触,中和二氧化硫,生成脱硫灰——以亚硫酸钙、硫酸钙为主、含有少量粉煤灰飞灰和氢氧化钙、碳酸钙的混合物。 硫酸钙 水 盐酸(无反应) 3、“脱硝灰” 粉煤灰在脱硫的同时,还脱硝。粉煤灰采用液体氨或尿素脱硝。由于脱硝剂过量而产生的碳酸氢铵,在36℃以上会分解出氨气(NH3),氨气被粉煤灰颗粒吸附在空腔内,因此混 凝土搅拌时会产生刺激性臭味。脱硝灰对混凝土的作用类似于普通粉煤灰,它具有一定的减水作用,能提高混凝土流动性,延缓混凝土凝结时间,降低混凝土早期强度。脱硝灰摻量少时对混凝土性能影响很小。
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