【粉煤灰在土木工程的应用探究6300字（论文）】

第页粉煤灰在土木工程的应用研究摘要近些年我国的工业获得了快速的发展，与此同时自然资源的消耗、环境破坏、废弃物等问题逐渐变得严峻，生态环境的恶化是我国人民生存和社会进一步发展所面临的重大难题，在稳定当前社会经济发展水平和控制生态环境进一步恶化的大前提下，如何能实现绿色经济和低碳经济，是我国社会当前必须应对的重点工作之一，也是每个企业应进行的思考。在各种各样的工业污染物中，粉煤灰的排放量非常之巨大，对其二次利用开发有着重要的意义。其中将粉煤灰应用于土木工程建筑就是一项有效的措施，这不仅能够转化为建筑材料，实现资源的再利用，而且还使得建筑质量显著提高。因此本文对粉煤灰的材质进行介绍，论述粉煤灰二次开发、利用的意义，并分别讨论粉煤灰在建筑材料、施工技术等方面的应用，以期帮助我国环境的改善和资源开发的进程。关键词：粉煤灰，工业废料，土木工程，建筑质量10222第一章引言 129632第二章粉煤灰的相关概念分析 297562.1粉煤灰的矿物组成 2255992.2粉煤灰的物理性质 2102722.3粉煤灰的化学组成 2113452.4粉煤灰的化学性质 24149第三章粉煤灰的土木工程应用途径 3114103.1作为原材料用于水泥 3294573.2作为混凝土掺合料 3127423.3制备新型建筑材料制品 3205413.4粉煤灰在道路工程中的实际应用案例 429055第四章大掺量粉煤灰在混凝土中的应用技术与进展 5129184.1大掺量粉煤灰混凝土前期强度 5290054.2大掺量粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性能 581264.3大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能 6171474.4大掺量粉煤灰混凝土配合比设计 6161944.4.1早期粉煤灰混凝土配合比设计方法—等量取代法 68684.4.2改良的粉煤灰混凝土配合比设计方法—超量取代法 628934.4.3调整系数法 714616第五章结论 822482参考文献 9第一章引言粉煤灰又称飞灰，这是燃煤电厂从烟道气体中经收尘装置收集下来的，能够在空气中传播的细灰，一般而言每1吨的燃煤能够产生100-400斤的粉煤灰。我国的电力工业持续发展的同时，带来了粉煤灰排放量的大量增加。这是由燃煤电厂用相关的收尘装置收集下来的能够在空气中传播的细灰，一般而言，每一吨的燃煤会产生从2000年12亿吨增长约至2018年113亿吨左右。据国家相关部门大规模调查统计后发现，粉煤灰中干排灰约占82%，湿排灰占比10%，干湿混合占8%。另外粉煤灰综合利用量也在持续增加着，由约8346万吨增长到37亿吨左右；综合利用率由约50%提高至72%，开始超过美国，但这一数据与荷兰、瑞士、日本等利用率80%以上的发达国家相比依然有差距，仍有待进一步提高。燃煤厂收集的粉煤灰采用空气或者机械运输至贮灰场，由于粉煤灰排放量巨大，不能够完全利用，因此存在较多的贮灰场。干灰储存技术困难、费用高，大都直接出售或者以湿灰储存，因此湿灰的储存量大。截至2019年，粉煤灰的堆积量已超过22亿吨，并且每年以超过1亿吨的速度增长。这个供应是惊人的。大量的粉煤灰占用率而许多土地资源，同时还会释放出许多有害的物质，是的土壤、水源、空气都收到不同程度的污染，但是粉煤灰的处理需要大量的人力物力财力资源，增加工厂的经济负担。为了减少粉煤灰造成的损害，我国于1990年代开始研究和探索。当时，粉煤灰与橡胶，塑料和其他领域一起广泛用于土木工程，例如在粉煤灰领域。深入研究和发掘粉煤灰的适用性，不仅可以促进土木工程的发展，而且可以改善我们的生活质量。

第二章粉煤灰的相关概念分析粉煤灰本质上是一种矿物，属于燃煤颗粒，由硅酸盐矿物和石英组成，其在高温作用和表面张力作用下会产生大量的细颗粒，并且会跟随气体温度达到变化固化成玻璃微珠。一般在这些气体排放出来之前，这些微珠就通过干湿排等形式被收集或者排放。2.1粉煤灰的矿物组成煤粉的燃烧程度不同会导致粉煤灰存在一些微小的差异，比如说产生高含量的二氧化硅。粉煤灰的冷却速度不同又影响着粉煤灰中晶体矿物的量，总的来说冷却速度越快，玻璃体含量就越多，冷却速度越慢，则越少。综上，就矿物组成情况而言，粉煤灰可定义为结晶矿体与非结晶矿体共同组成的混合物，其中包含了氧化铁、镁，石英，莫来石，和玻璃体，次生褐铁矿等等物质，其中粉煤灰含量最高的是玻璃体，一般而言达到50%或以上。2.2粉煤灰的物理性质粉煤灰的物理性质存在着一些差异性，这是因为粉煤灰组成的波动差异很大。粉煤灰的密度在18~24g/cm3之间，堆积密度在0531~1261g/cm3之间，粒径大多在001~03mm之间，比表面积在2000~3000cm2/g之间，吸水量一般而言超过50%。2.3粉煤灰的化学组成我国的火电粉煤灰的氧化物的组成元素为：SiO、OAl、FeO、OFe、CaO32322、23222MgOTiO、、OK、ONa、SO、MnO等，除此以外还有52OP等。其中，粘土和页岩还会产生氧化硅和氧化钛等氧化物。这是因为不同的地区使用的煤层不同，又或者是同一煤矿的煤炭的灰量也有巨大差异，导致粉煤灰的化学成分收到这些因素的影响而表现出不同的性质。2.4粉煤灰的化学性质粉煤灰的化学性质上而言，这是一种人工的火山灰混合物，一把而言水硬性和凝胶特性几乎为零。但是当其是粉末状态时，其能够在常温下与氢氧化钙或一些碱土金属发生氢氧化物反应，特别是在蒸汽固化的过程中，粉煤灰能够生成具有水硬性和胶凝性的化合物，成为具有高强度、高耐久值的新材料。

第三章粉煤灰的土木工程应用途径3.1作为原材料用于水泥粉煤灰富含硅、铝与粘土化学成分类似，因此可以代替部分粘土；粉煤灰作为含铝、含硫废渣可代替铝矾土；高铁粉煤灰可作为铁质校正原料，都能够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盐水泥，通过混合磨细工艺或化学激发、机械活化等方法保证水泥的质量。另外粉煤灰硅酸盐水泥结构相对紧密，内比表面积较小，吸水能力弱，需水量小，抗裂性好、抗腐蚀能力较强等优点。大量研究表明粉煤灰的掺量在20~30%时，粉煤灰硅酸盐水泥的性能最好。赵艳荣以粉煤灰部分替代铝矾土在1300℃烧成温度下保温30min制备硫铝酸盐水泥熟料，掺入12%的石膏后获得了28d抗压强度489MPa的硫铝酸盐水泥。3.2作为混凝土掺合料粉煤灰具有火山灰活性，具有用于混凝土掺合料的可能性。粉煤灰较多光滑的球形颗粒可填充体系中的孔隙，能够降低用水的量，提升混凝土的和易性，提高混凝土密实度，减少早期收缩和干燥收缩的风险，以提高混凝土后期强度，增强混凝土的耐磨性；除此以外粉煤灰能够有效降低混凝土的水化热现象，减少碱骨料反应的情况。粉煤灰在火山灰反应、微集料填充效应、C3A含量稀释效应共同作用下能够提高混凝土的抗侵蚀性。范志宏研究分析粉煤灰对钢筋混凝土耐久度的影响因素，其实验表明粉煤灰会随着水泥的掺量增加，会变得更加密实，同时还会导致电荷转移电阻增加，使得钝化膜的化学性质更加稳定，Ca(OH)2含量降低，氯离子临界浓度下降，耐久性先增加后减少，钢筋腐蚀速率先减少后增加。胡晓鹏研究分析了，粉煤灰掺量对粉煤灰混凝土黏结性能的影响，粉煤灰掺量的增添，会使得其黏结应力越大。粉煤灰作为混凝凝土的掺合料的种种性能研究表明能够用于制备绿色高强高性能混凝土。3.3制备新型建筑材料制品粉煤灰因为潜在的胶凝性，广泛用于制备功能性墙体材料，制备工艺已相当成熟且易于推广。田广科研究了大掺量粉煤灰条件下，石膏基粉煤灰墙体材料的性能，结果表明粉煤灰掺量55%时，石膏粉煤灰墙体复合材料强度为195MPa，能够采用高掺粉煤灰制备石膏基墙体材料。李刚以粉煤灰和废玻璃为原材料，加入改性水玻璃作为粘结剂，采用低温发泡成功烧制了新型粉煤灰轻质墙体材料并探索了反应机理。卢学峰等采用粉煤灰、水泥、石膏和生石灰等原料，十二烷基苯磺酸钠作为发泡剂，浇注成型轻质墙体建筑材料，在粉煤灰掺量达到40%时，这些材料的抗压强度达到最高值，达144MPa。粉煤灰作为烧结砖、蒸养砖、砌块、人造集料、墙体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实际应用案例粉煤灰具有土工特性，比重较小，能够减少地基土壤的承重，从而降低沉降量；且价格便宜，可降低施工成本。粉煤灰用作筑路、矿区、煤坑等回填材料是最简单直接利用的方式。电厂排放的粉煤灰可就近大批量用于回填，经济与环保效益相对较高。A市政道路工程中，粉煤灰被用作公路面层和路面基层的建设，在公路面层中，A市政公司将粉煤灰用于沥青混凝土与水泥混凝土的路面中，通过添加矿粉使得沥青混凝土的骨料颗粒缝隙得到补充，提升了其密实的程度，有效提升了工程的质量。在路面基层建设中，A市政公司将粉煤灰应用到稳定土基层和石基层中，以达到减少是会用量的目的，从而使得这种路面的基层强度非常之高，板体性也极为优越，这也是一种石灰粉煤灰新鲜结构的应用模式，在路面填筑中有着卓越的优势。

第四章大掺量粉煤灰在混凝土中的应用技术与进展4.1大掺量粉煤灰混凝土前期强度我国大掺量粉煤灰混凝土的相关应用技术发展应用都相对比较慢。主要原因是混凝土的早期强度不能满足人们的期望。一般而言，粉煤灰含量达到40％以上之后的一个月内，混凝土的强度会降低，在两个月到六个月的的时候，混凝土的强度会随着时间变化而逐步提高。也就是说，大体积的粉煤灰混凝土的强度在后期不断提高，这在实际施工中引起了许多问题：现场施工过程，增加的维护成本，增加的脱模时间等。对于某些建设周期短的项目，需要解决此问题。针对这些问题，对粉煤灰进行活性激发是关键，在国内的一些研究中主要是通过物理方法和化学方法实现的。物理方法指的是使用机械研磨，在原粉煤灰基础上经过球磨机处理后得到的粉煤灰，经过处理的粉煤灰具有更高的细度、更少的需水量，其混凝土的强度更高。但在粉煤灰物理改性处理上比较费人力物力，对于一些粉煤灰需求较高的项目投入的成本高，整个过程相当于对粉煤灰进行二次处理，在实际操作过程中并不方便。化学方法指的是用化学激发剂来刺激粉煤灰化学活性，我们常见的激发剂有：氢氧化钙、硫酸钙、硅酸钠和氯化钙等，在操作上简便，不需要另外对粉煤灰进行处理，只需在混凝土的拌制过程中添加一定量的试剂即可，在激发效果上，化学激发效果更佳。大掺量粉煤灰混凝土前期强度的难题，在近些年来一直备受外界的广泛关注，我国许多学者把研究的重心放到如何提高大掺量粉煤灰混凝土的前期强度中，发现主要是靠激发粉煤灰活性实现的。史静等人探究了激发剂对混凝土强度的影响规律，化学激发剂涉及到硫酸钠、氢氧化钙和氯化钙，在50%掺量粉煤灰下添加激发剂的混凝土的整体强度高于未添加激发剂的混凝土，但是总体上强度还是会随着粉煤灰掺量的添加而下滑；孙国文等人研究了单掺氢氧化钙和双掺氢氧化钙、硅酸钠对粉煤灰的激发时效，得出了双掺激发剂对混凝土强度的提高优于单掺激发剂同时确定了粉煤灰激发的环境PH值为13；澳大利亚DavidWLaw教授长期研究粉煤灰激活试验，使用硅酸钠和氢氧化钠激发纯粉煤灰混凝土，通过设置不同的激发剂模数来对不同地域的粉煤灰活性进行激发，建立了一套完整的碱激发体系。4.2大掺量粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性能粉煤灰具有滚珠效应和火山灰效应，滚珠效应能够让混凝土在制备过程中有较好的均质性，粉煤灰也能够作为部分的填隙物；来改善硬化混凝土的界面过渡区，使其拥有更高的密实度。这种火山灰效应能够推进粉煤灰与水泥水化的产物氢氧化钙进行化学反应，并且生成硅酸胶凝物质，在许多国内的研究中，人们已经认识到大掺量粉煤灰的不可渗透性。李飞等使用温度控制模拟固化方法来模拟粉煤灰混凝土的实际耐氯离子性。测试结果表明，扩散系数远小于规格要求，但学者认为，诸如温度和温度，湿度，外力条件等外部因素会影响这一点。董荣珍等，在干湿循环的作用下，对氯离子的扩散速率进行了测试，当干湿循环时，相应的扩散系数增加。作者还发现，裂纹宽度与扩散速率相关。杨义等研究者发现在高掺量矿物掺合料的混凝土中，其抗氯离子渗透的作用将会被降低，在低掺量下优于普通混凝土。4.3大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能广范受专家学者的质疑，很多的研究结论不尽相同，在实际的土木工程中更多的是考虑钢筋混凝土的抗碳化性能。对于钢筋混凝土而言，在碱环境中能够使钢筋不发生钝化反应。影响碳化速率的因素主要是湿度和二氧化碳浓度，在二氧化碳浓度为20%和相对湿度70%的环境中碳化速率较快，适当的水分是碳化反应所必备但过量的水分会抑制碳化反应，用较低的水胶比配出来往往具有良好的抗碳化性能。在大掺量粉煤灰混凝土中，水泥水合产生的氢氧化钙含量较低，通常得出的结论是，大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化能力较差。应该注意的是，碳化过程是一个缓慢的过程，需要考虑各种因素。由于粉煤灰混凝土具有良好的抗渗性，二氧化碳在室内的扩散速度非常慢。这些性能意味着粉煤灰混凝土具有良好的抗二氧化碳性。渗透能力。钢筋通常在中性或酸性环境中被钝化。即使粉煤灰混凝土的碱含量较低，混凝土的碱度也可以在短至中期内保护钢筋，有可能保护钢筋。造成的损害取决于具体的项目条件。4.4大掺量粉煤灰混凝土配合比设计4.4.1早期粉煤灰混凝土配合比设计方法—等量取代法大掺量粉煤灰在我国的土木工程中的应用和开发较晚，近年来不少科研团队就大掺量粉煤灰运用混凝土中进行了深入研究，国内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，这种方法的不足之处是粉煤灰是一种具有潜在胶凝性材料，不像水泥这种胶凝材料遇水立刻发生水化反应，粉煤灰的融合会影响到水泥发生的水化反应。当其掺量较低时，这种影响的效果较弱，当粉煤灰掺量超过30%时，通过普通配合比设计的混凝土使用粉煤灰等量替代水泥会使混凝土内部水胶比过大，造成了混凝土内部结构疏松，影响混凝土的拌合效果和工作性能，在混凝土硬化的初期会降低混凝土强度，大约在3个月以后混凝土的强度才会慢慢起来，在较大的水胶比情况下混凝土后期的强度不一定有普通混凝土强度发展好，另外混凝土的耐久性能也会受到抗压强度的影响而呈现一定程度的削弱。4.4.2改良的粉煤灰混凝土配合比设计方法—超量取代法粉煤灰超量取代法是基于普通混凝土设计的，依据普通混凝土设计规范计算出每组材料的质量比，再按照粉煤灰超量取代的方法，一般会有一个超量取代系数进行配合比设计。超量取代法的优点是随着粉煤灰掺量增加，水泥的含量不会降低能够保证基准的前期强度，在中后期强度随着粉煤灰的火山灰效应得到提高。4.4.3调整系数法调整系数法指的是直接引进普通混凝土配合比的设计的结果，根据不同的强度设计等级，在原材料的用量上面做适当的调整。调准系数法基于实验室完整的数据资料和混凝土搅拌厂的施工经验，能够适用于大多数类型的粉煤灰，这种方法较为大众化，是一种比较实用的方法。

第五章结论粉煤灰作为我国工业发展、生产的必然产物，如果不对其加以有效的利用，那么它将会占据许多土地，并且非常难清理，会对空气、