首先,粉煤灰“填充效應”可以改善水泥與粉煤灰組成的二元膠凝材料體系的顆粒級配,降低降凝材料的空隙率,進而使填充在水泥顆粒間的“填充水”釋放出來,改善混凝土的工作性。其次,粉煤灰中含有大量的球形玻璃體,在混凝土中起到“滾珠、軸承”潤滑效應,減少顆粒間的摩擦力,進而改善混凝土的工作性。再次,粉煤灰的活性大大低于水泥活性,可以降低混凝土坍落度損失。此外,粉煤灰對外加劑的吸附僅僅存在表面的物理吸附,優(yōu)質(zhì)粉煤灰對外加劑的吸附低于水泥,混凝土中使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰相當于增加外加劑用量,混凝土初始坍落度及保持能力都有提高。最后,粉煤灰的密度小于水泥,等量取代水泥后,混凝土中的漿體量增加,改善混凝土的粘聚性,提高抗離析能力,減水泌水,從而改善了混凝土的工作性能,使混凝土具有更好的流動性、密實性、勻質(zhì)性,便于混凝土的施工。 實踐應用過程中發(fā)現(xiàn),質(zhì)量優(yōu)良的粉煤灰具有一定的減水作用,當摻量50%時,需水量減小幅度很小。粉煤灰有無減水性以及減水性的大小與其質(zhì)量有很大的關(guān)系,因此應通過試驗確定,不宜盲目偏信。
據(jù)調(diào)查, 近幾年山西省投產(chǎn)的粉煤灰綜合利用項目日益增多,全省用灰企業(yè)2 000 余家,全年總產(chǎn)值超過100 億元, 粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)在全省經(jīng)濟總量中已經(jīng)占有一席之地。專業(yè)粉煤灰生產(chǎn)綜合利用項目主要集中在建材利用方向,包括商品粉煤灰、粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、混凝土砂漿、加氣混凝土砌塊、粉煤灰磚等。水泥廠利用粉煤灰生產(chǎn)礦渣粉煤灰硅酸鹽水泥等各類水泥,年利用專業(yè)粉煤灰生產(chǎn)約600 萬t;加氣混凝土砌塊生產(chǎn)企業(yè)40 余家,年利用粉煤灰約360 萬t;年生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚、蒸壓磚達到30 億塊,年利用粉煤灰約580 萬t;混凝土、干混砂漿等消納粉煤灰量也將近500 萬t。在新型建材領(lǐng)域也開展了有益探索,粉煤灰生產(chǎn)新型輕質(zhì)復合墻板、裝飾板、保溫板等項目已取得初步成功及市場應用。
利用粉煤灰作為原料生產(chǎn)墻體材料在我國已有幾十年歷史和經(jīng)驗,先后研制和生產(chǎn)了粉煤灰泡沫混凝土制品、蒸養(yǎng)粉煤灰中型密實砌塊、小型粉煤灰空心砌塊、蒸養(yǎng)、蒸壓粉煤灰磚,蒸養(yǎng)、蒸壓加氣混凝土制品、粉煤灰燒結(jié)陶粒。 為了處理工業(yè)固體廢棄物粉煤灰、保護環(huán)境,早在20世紀50年代中后期,國內(nèi)就開展了大量利用粉煤灰的研究,首先生產(chǎn)了粉煤灰泡沫混凝土板,用于北京首都機場的機庫屋面。60年代,粉煤灰中型密實砌塊在上海市公共住宅建筑普遍應用,在上海城市建設(shè)中發(fā)揮了重大作用。受上海啟發(fā)和影響,蘇州、無錫、常州、南京、濟南、成都、攀枝花等地相繼建設(shè)了近30條生產(chǎn)線,一直生產(chǎn)到80年代中后期,后因塊型大、塊太重、施工麻煩,而逐漸改產(chǎn)、停產(chǎn)。當在蒸壓灰砂磚在我國開發(fā)成功,并普遍推廣后,受其啟發(fā),研究用粉煤灰和爐渣代替砂子做原料生產(chǎn)蒸養(yǎng)和蒸壓粉煤灰磚,并獲得成功,隨即在全國推廣相繼建成近40條生產(chǎn)線,因性能、價格、市場問題經(jīng)營銷售一些年以后陸續(xù)萎縮、停產(chǎn),但也有部分企業(yè)至今仍繼續(xù)生產(chǎn),并取得不錯的效益,如武漢硅酸鹽制品廠等,目前也有些新的生產(chǎn)線在建設(shè)。70年代在引進消化蒸壓加氣混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)上,研究成功用粉煤灰代替砂子生產(chǎn)粉煤灰加氣混凝土制品,目前用粉煤灰做原料的加氣混凝土產(chǎn)品的產(chǎn)量已占全國加氣混凝土總產(chǎn)量的80 %。70年代又進行了利用粉煤灰做原料生產(chǎn)燒結(jié)陶粒的研究,在天津硅酸鹽制品廠建成了我國惟一的一條采用燒結(jié)機和燃煤粉燒結(jié)粉煤灰陶粒生產(chǎn)線,成功生產(chǎn)出粉煤灰陶粒用于天津市建筑和建筑構(gòu)件生產(chǎn),如預制混凝土大板,至90年代因城市的拓展,該廠場地改作房地產(chǎn)開發(fā)用地,而被迫停產(chǎn)。同期很多單位以粉煤灰代替部分粘土生產(chǎn)燒結(jié)實心磚和空心磚,并探索不斷提高粉煤灰摻加量,力求最大限度地利用粉煤灰。
粉煤灰作為一種十分常見的礦物摻合料,其質(zhì)量差別很大,經(jīng)常有劣質(zhì)粉煤灰混入,給生產(chǎn)和質(zhì)量控制帶來麻煩。這里所說的劣質(zhì)粉煤灰主要包括分Ⅲ級灰和統(tǒng)灰以及假灰和不適合商品混凝土使用的粉煤灰。這些劣質(zhì)粉煤灰的主要特點是:玻璃珠體少,需水量大,使用后易造成混凝土泌水或滯后泌水,不但不能改善混凝土和易性,反而降低混凝土的工作性能。此外,劣質(zhì)粉煤灰的使用易導致混凝土28d強度不足,后期強度增長低,造成混凝土工程質(zhì)量不合格。
為加強對粉煤灰再利用環(huán)節(jié)的污染治理,當前亟需盡快制定粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)境安全檢測強制性標準,為環(huán)保部門執(zhí)法和再利用企業(yè)的再利用活動提供明確的指引。粉煤灰的污染防治工作不僅包括其排放前的預防工作和排放后的治理工作,還應當包括對其相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)境安全檢測工作。我國現(xiàn)行立法中尚未制定專門標準對粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品中的各種有毒微量元素和放射性元素的含量進行檢測,需要說明的是,這種標準并不是粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量標準,而是將粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品放在各種可能導致其中的有毒微量元素和放射性元素釋放的條件下,對粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品進行試驗,看其是否會對粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)境安全性進行檢測的標準。粉煤灰相關(guān)產(chǎn)品只有在達到環(huán)境安全檢測標準中的各項要求時,才能將其投放到市場中,并進行動態(tài)跟蹤監(jiān)管。環(huán)境安全檢測標準的制定,不僅有利于推動粉煤灰綜合利用技術(shù)的研究,更有利于減少粉煤灰二次污染的可能性。