粉煤灰及礦粉ppt

1、第三講 粉煤灰及礦粉,,一、國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用概述,粉煤灰是火力發(fā)電廠的主要廢棄物，其產(chǎn)量逐年增大。處理不當(dāng)將嚴(yán)重污染環(huán)境目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)把粉煤灰廣泛應(yīng)用于建材、建工、回填、筑路、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保、高性能陶瓷材料等眾多領(lǐng)域。1、國(guó)外粉煤灰利用情況國(guó)外20世紀(jì)30年代就用粉煤灰配置混凝土英國(guó)粉煤灰利用率為46.2%,德國(guó)65%, 法國(guó)75%。美國(guó)把粉煤灰列入礦物資源的第七位，排在礦渣石灰與石膏之前。美國(guó)20世紀(jì)30、4

2、0年代就用粉煤灰建造水壩日本也從20世紀(jì)50年代起用粉煤灰建造水壩,一、國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用概述,2、國(guó)內(nèi)粉煤灰利用情況我國(guó)粉煤灰的綜合利用技術(shù)有近200 項(xiàng)，其中得到實(shí)施應(yīng)用的近70 項(xiàng)。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)我國(guó)粉煤灰的利用率還是較低產(chǎn)生的附加值并不是很高。所以我們必須加緊對(duì)粉煤灰在高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的粉煤灰堆積量已達(dá)到120億t，且每年以1.6 億t 速度增加，用這些粉煤灰堆成4 m 寬、4m 高的城墻，長(zhǎng)達(dá)80

3、，000km，比萬(wàn)里長(zhǎng)城長(zhǎng)16 倍多，可以繞地球兩圈以上目前我國(guó)粉煤灰利用率約為45％左右,二、粉煤灰基本性能,1、外觀特性粉煤灰外觀類似水泥，顏色在乳白色到灰黑色之間變化。粉煤灰的顏色是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，可以反映含碳量的多少和差異。在一定程度上也可以反映粉煤灰的細(xì)度，顏色越深，粉煤灰粒度越細(xì)，含碳量越高。粉煤灰就有低鈣粉煤灰和高鈣粉煤灰之分。通常高鈣粉煤灰的顏色偏黃,低鈣粉煤灰的顏色偏灰。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比

4、表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5～300μm。并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)50%—80%，有很強(qiáng)的吸水性,二、粉煤灰基本性能,2、化學(xué)成分粉煤灰物理化學(xué)性質(zhì)波動(dòng)比較大，這主要是煤質(zhì)的不同、鍋爐技術(shù)參數(shù)不同、技術(shù)管理水平不同等造成的。粉煤灰的主要化學(xué)成分為：SiO2：33%—63%；AlO3：16%—40%；Fe2O3：1.5%—6%；CaO：2%—8%；MgO：1.5%—4%；Na2O：0.5%—2.5%；

5、K2O：0.3%—2%；TiO2：0.3%—1.6%。,二、粉煤灰基本性能,3、微觀性能粉煤灰的顯微結(jié)構(gòu)主要是研究顆粒形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物相種類等特性。3．1 漂珠漂珠一般呈乳白色，密度小于1g/cm3，粒徑15μm—180μm，以玻璃相為主，空心球，漂于水面，玻璃相內(nèi)有殘存氣體包裹。在熔融態(tài)時(shí)，因表面張力的作用，在最終收縮過(guò)程中，產(chǎn)生復(fù)合結(jié)構(gòu)的微珠（即子母珠）。有呈定向針狀莫來(lái)石集合體和交織狀的針狀莫來(lái)石晶體。,二、粉煤灰基本性能

6、,3、微觀性能3．2 沉珠（硅鋁質(zhì)玻璃微珠）一般呈灰白色，粒徑小于50μm，密度為1.8-2.7g/cm3可沉于水底。SiO2和Al2O3的總和通常在80%以上，珠體形成的溫度為1300℃-1400℃左右，其物相主要為玻璃相、莫來(lái)石及少量鱗石英晶體析出，莫來(lái)石的含量與晶體的程度高于石英 如果對(duì)微珠進(jìn)行輕度溶蝕，使殼層玻璃體溶解，可清晰見(jiàn)到從珠壁向內(nèi)生長(zhǎng)的針狀莫來(lái)石晶體，并且大微珠內(nèi)還包裹著更小的微珠。也有微珠在玻璃質(zhì)珠壁上析出

7、莫來(lái)石和鱗石英。其玻璃基質(zhì)有很多氣孔出現(xiàn)。,二、粉煤灰基本性能,3．3 海綿體玻璃體（也稱不規(guī)則微珠）當(dāng)煤粉粒子較粗或鍋爐溫度低于1300℃時(shí)，煤粉中的鋁硅酸鹽黏土礦物來(lái)不及完全液化，通過(guò)固-液相反應(yīng)和快速冷卻而形成的。在液相粘度較大所形成的硅鋁玻璃體表面極為粗糙，具有大量微孔的近似圓形的海綿體的不規(guī)則微珠。該微珠呈乳白色-灰色，粒徑小。含硅量高，有少量的莫來(lái)石等。 3．4 磁珠也稱高鐵微珠，呈黑色，粒徑為50μm左右，導(dǎo)電，

8、并顯磁性，密度為3.8—4.2 g/cm3。該珠體是由富鐵組成的粉煤灰溶體從高溫快速冷卻，通過(guò)表面張力收縮形成的，成珠后溶體極易析出磁鐵礦、赤鐵礦和方鐵礦等晶體。,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（1）,,×1000,×500,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（1）,×2000,×5000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（2）,×1000,×2000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（2）,×3000,

9、×5000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3）,×200,×500,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3）,×1000,×2000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（3）,×3000,×5000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（4）,×1000,×2000,某電廠粉煤灰的顆粒形貌（4）,×4000,×5000,二、粉煤灰基本性能,3．5 殘?zhí)繗執(zhí)康男纬墒钱?dāng)煤粉

10、過(guò)粗或爐溫較低時(shí)，燃燒不完全形成的一種未燃盡的殘屑。一般呈黑色，粒度范圍較大，密度在1.5g/cm3左右表面疏松多孔，有片狀殘?zhí)俊雸A狀殘?zhí)?、多孔球狀殘?zhí)考盁o(wú)定形殘?zhí)亢凸桎X微珠連接體。,二、粉煤灰基本性能,4、水化活性粉煤灰最主要的三大效應(yīng)。第一，“形態(tài)效應(yīng)”。在顯微鏡下顯示，粉煤灰中含有70％以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，質(zhì)地致密。這種形態(tài)對(duì)混凝土而言，無(wú)疑能起到減水作用、致密作用和勻質(zhì)作用，促進(jìn)初期水泥水化的解絮作用

11、，改變拌和物的流變性質(zhì)、初始結(jié)構(gòu)以及硬化后的多種功能，尤其對(duì)泵送混凝土，能起到良好的潤(rùn)滑作用。,二、粉煤灰基本性能,4、水化活性第二，“活性效應(yīng)”。粉煤灰的“活性效應(yīng)”因粉煤灰系人工火山灰質(zhì)材料，所以又稱之為“火山灰效應(yīng)”。這一效應(yīng)能對(duì)混凝土起到增強(qiáng)作用和堵塞混凝土中的毛細(xì)組織，提高混凝土的抗腐蝕能力。第三，微集料效應(yīng)。粉煤灰中粒徑很小的微珠和碎屑，在水泥中可以相當(dāng)于未水化的水泥顆粒，極細(xì)小的微珠相當(dāng)于活潑的納米材料，能明顯地改善

12、和增強(qiáng)混凝土及制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高勻質(zhì)性和致密性。這三種效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，互為補(bǔ)充。粉煤灰的品質(zhì)越高，效應(yīng)越大,粉煤灰混凝土的工作性能,1）減少混凝土需水量。2）改善混凝土泵送性能。3）提高混凝土密實(shí)性、流動(dòng)性和塑性。4）減少泌水與離析。5）減少坍落度損失。,粉煤灰優(yōu)缺點(diǎn),1）節(jié)省費(fèi)用。2）改善新拌混凝土的工作性。3）改善混凝土的長(zhǎng)期性能或極限強(qiáng)度。4）改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕、堿集料反應(yīng)等耐久性能。5）與外加劑的疊加效應(yīng)，使

13、減水劑效果更為明顯。6）降低混凝土的放熱高峰。,粉煤灰優(yōu)缺點(diǎn),1）由于混凝土堿度降低可能引起鋼筋銹蝕的保護(hù)性能降低。2）粉煤灰含碳量的較高時(shí)將影響混凝土外加劑的適應(yīng)性，如降低引氣劑引氣效果。3）由于用水量的降低，要求更為嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)制度。,三、粉煤灰在建材行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀,1 粉煤灰制磚粉煤灰燒結(jié)磚是我國(guó)目前吃灰量很大的項(xiàng)目之一，生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備與普通粘土磚基相同。與普通粘土磚相比，其各項(xiàng)性能均能達(dá)到要求，并能降低建筑物的自重，

14、提高建筑物的保溫性能，其使用效果優(yōu)于普通粘土磚。目前國(guó)家已逐步禁止使用實(shí)心粘土磚，這樣粉煤灰燒結(jié)磚市場(chǎng)前景廣闊。粉煤灰蒸養(yǎng)磚也可以和粘土磚一樣，作為承重墻體材料應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑。生產(chǎn)粉煤灰蒸養(yǎng)磚可以使用質(zhì)量較差和長(zhǎng)年積存在灰坑中的濕排灰，提供了一條可行的出路。,三、粉煤灰在建材行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀,2、 粉煤灰制砌塊粉煤灰砌塊目前主要是粉煤灰小型空心砌塊等品種。粉煤灰小型空心砌塊的主要工藝特點(diǎn)是 ：①原材料：膠結(jié)料以水泥為主；集料由

15、爐渣、砂、石或人造輕集料的多元材料組成；②生產(chǎn)工藝由帶模養(yǎng)護(hù)變?yōu)槊撃ｐB(yǎng)護(hù)，成型設(shè)備由振動(dòng)臺(tái)變?yōu)榧訅赫駝?dòng)成型機(jī)組流水作業(yè)，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低,三、粉煤灰在建材行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀,3 粉煤灰作為制水泥和混凝土的原材料粉煤灰的成分與粘土相似，可以替代粘土配料生產(chǎn)水還可利用其殘余碳，在煅燒水泥熟料時(shí)可節(jié)約燃料。用粉煤灰做生產(chǎn)水泥的混合材料時(shí)，主要是利用其火山灰性質(zhì)。根據(jù)粉煤灰摻量的不同，生產(chǎn)不同品種的水泥。粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰

16、為基本原料，配以適量的生石灰、水泥、石膏及鋁粉等添加劑制成的一種輕質(zhì)混凝土建筑材料，粉煤灰摻量一般可達(dá)70％。用粉煤灰作混凝土摻和料，要求粉煤灰有較高的質(zhì)量，如細(xì)度要大、活性要高、含碳量要低。,三、粉煤灰在建材行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀,4 粉煤灰生產(chǎn)其他建筑材料粉煤灰還可用于生產(chǎn)粉煤灰陶粒、灌漿材料等。5、粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用用灰量占利用總量的20％，粉煤灰、石灰石、砂穩(wěn)定路面基層。粉煤灰用于護(hù)坡、護(hù)提工程和粉煤灰修筑水庫(kù)大壩，建造廣

17、場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、港區(qū)的地基等。粉煤灰瀝青混凝土。6、從粉煤灰中提取礦物和高值利用粉煤灰中部分具有工業(yè)價(jià)值的稀有元素通常在細(xì)粒飛灰中富集，達(dá)到工業(yè)品位，可予以提取利用。目前己提取出鋁、鍺、鎵、銀、鍋、鈾等多種金屬。這是粉煤灰綜合利用的一條可行途徑。,四、粉煤灰在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,1 利用粉煤灰改善土壤可以明顯地改善土壤結(jié)構(gòu)降低容重增加孔隙度提高地溫、縮小膨脹率，從而顯著地改善黏質(zhì)土壤的物理性質(zhì)促進(jìn)土壤中微生物活性，有利于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和種子

18、的萌芽，合理施用符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰對(duì)不同土壤都有增產(chǎn)作用。對(duì)于黏、重、板及酸性土壤，每公頃施粉煤灰225t即可取得顯著增產(chǎn)效果；小麥增產(chǎn)10.45%，玉米增產(chǎn)9.3%，水稻增產(chǎn)12.1 %。印度坎普爾地區(qū)的導(dǎo)水性實(shí)驗(yàn)、南昌的土壤孔隙實(shí)驗(yàn)、西北農(nóng)學(xué)院土壤膨脹實(shí)驗(yàn)（防止土壤流失）都已經(jīng)有力地證明了粉煤灰改善土壤結(jié)構(gòu)的效果。,四、粉煤灰在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,,2 、利用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合肥粉煤灰可以改良土壤調(diào)節(jié)土壤溫度和pH 值，增加和補(bǔ)充土壤

19、的營(yíng)養(yǎng)成分。粉煤灰糞便和生活垃圾可以生產(chǎn)無(wú)害全營(yíng)養(yǎng)復(fù)合肥料和微量元素肥。已經(jīng)開(kāi)發(fā)的粉煤灰化肥品種有粉煤灰硅鈣肥、粉煤灰鈣鎂磷肥、粉煤灰磁化肥等。我國(guó)利用獨(dú)創(chuàng)工藝生產(chǎn)出了中國(guó)磁化肥是以粉煤灰為主要原料按科學(xué)配方加入適量添加劑，經(jīng)特殊磁化處理的復(fù)合肥，磁性復(fù)合肥作為專用肥料，不僅能提高肥效改良土壤耕性，而且能增強(qiáng)作物的光合作用和呼吸功效提高作物抗旱抗災(zāi)性。,礦粉,從1969年起，英國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始了超細(xì)礦渣粉在混凝土中作為礦物

20、摻合料的應(yīng)用。自上世紀(jì)90年代起，我國(guó)開(kāi)始了超細(xì)礦渣粉的應(yīng)用研究工作。2000年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》GB/T18046—2000正式頒布。2002年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)、高性能混凝土用礦物外加劑》頒布實(shí)施。在該標(biāo)準(zhǔn)中，正式將超細(xì)礦渣粉命名為“礦物摻合料”，納入混凝土第六組分。從此，超細(xì)礦渣粉作為一個(gè)獨(dú)立的新產(chǎn)品橫空出世，并立即被廣泛地接受和應(yīng)用。,,,1.礦粉的概念,磨細(xì)礦粉即磨細(xì)水淬高爐礦渣粉，又稱礦渣微粉，其英

21、文縮寫為GGBS或GGBFS 磨細(xì)礦粉是以高爐水淬礦渣為主要原料經(jīng)干燥、粉磨處理而制成的超細(xì)粉末材料；是制備高性能水泥和混凝土的優(yōu)質(zhì)混合材。,2.礦粉的技術(shù)指標(biāo),礦粉的活性指數(shù)是采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)試確定的，簡(jiǎn)單的說(shuō)：礦粉替代50%水泥，拌合制作標(biāo)準(zhǔn)砂漿試件，然后測(cè)試砂漿28天強(qiáng)度。含礦粉砂漿強(qiáng)度與不含礦粉基準(zhǔn)砂漿強(qiáng)度比，就是礦粉的活性指數(shù)。常用的S95是一個(gè)礦粉等級(jí)。其中‘S’表示礦粉，來(lái)源于英文SLAG（礦渣）。‘95’表示活性指數(shù)不

22、小于95%。標(biāo)準(zhǔn)：S105/95/75，7天活性指數(shù)：不小于95、75、55，28天活性指數(shù)：不小于105、95、75流動(dòng)度比：小于85、90、95密度。2.8g/cm3，比表面積：不小于350m2/kg,2.礦粉的技術(shù)指標(biāo),?；郀t礦渣的質(zhì)量可用質(zhì)量系數(shù)K得大小來(lái)表示：K=（CaO + Al2O3 + MgO）/（ SiO2 + MnO + Ti O 2）式中CaO 、Al2O3 、MgO、SiO2 、MnO 、 Ti O

23、2為相應(yīng)氧化物的重量百分?jǐn)?shù)。質(zhì)量系數(shù)反應(yīng)了礦渣中活性組分與低活性和非活性組分之間比值。質(zhì)量系數(shù)越大，則礦渣的活性越好。,3.礦粉和粉煤灰的區(qū)別,（1）兩者來(lái)源不同：粉煤灰來(lái)源于熱電廠排放的煙氣經(jīng)收塵處理后收集得到的飛灰；而磨細(xì)礦粉則是由煉鐵高爐排出的熔融態(tài)礦渣經(jīng)水淬（?；┖笤龠M(jìn)行干燥、磨細(xì)加工而得到的超細(xì)粉末。（2）兩者化學(xué)組成不同：一般粉煤灰含很高的SiO2、Al2O3，但CaO卻非常低（僅為1-5%）；磨細(xì)礦粉則具有與普通硅酸

24、鹽水泥非常相近的化學(xué)組成，如CaO 30-42%, SiO2 35-38%, Al2O3 10-18%, MgO 5-14%，等。（3）兩者水化活性不同：粉煤灰不具有自身水化硬化特性，只能在有活性激發(fā)劑（如硅酸鹽水泥等）作用下，才能具有強(qiáng)度；磨細(xì)礦粉卻具有自身水化硬化特點(diǎn)，能在加水拌和后自行水化硬化并具有強(qiáng)度。當(dāng)有硅酸鹽水泥激發(fā)時(shí)，其活性得到更充分的發(fā)揮。,3.礦粉和粉煤灰的區(qū)別,（4）兩者的允許摻量不同：粉煤灰在水泥中的允許摻加量為

25、20－40%，但在混凝土中最大摻量一般不超過(guò)35%；磨細(xì)礦粉在水泥或混凝土中的摻加量則可達(dá)20－70%。一些歐洲國(guó)家甚至允許摻到85%。（5）兩者在混凝土中的摻加方式不同：粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式以保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)；磨細(xì)礦粉則通常采用“等量”取代水泥方式配制混凝土，其強(qiáng)度仍然可以滿足設(shè)計(jì)要求。,4.摻礦粉混凝土拌和物性能特點(diǎn),與空白混凝土相比，摻加超細(xì)度礦粉混凝土拌和物具有如下基本性能特點(diǎn)：（1）凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，坍落度損失

26、小，對(duì)夏季施工有利；（2）拌和物粘聚性增加，不易分層離析，可泵性好；（3）混凝土泌水減少，對(duì)減少沉降開(kāi)裂有利。,5.摻礦粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展特點(diǎn),1）礦粉摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展有顯著影響，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)與施工要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的摻量范圍；（2）在標(biāo)養(yǎng)條件下，摻量30-50%礦粉混凝土3天抗壓強(qiáng)度約為空白混凝土的50-60%，7天時(shí)達(dá)到70-80%，28天及以后強(qiáng)度與空白混凝土持平并可持續(xù)增長(zhǎng)。,6.養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)摻礦粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展影響,（

27、1）摻礦粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展對(duì)養(yǎng)護(hù)溫度較敏感，溫度越低對(duì)其強(qiáng)度發(fā)展越不利；（2）夏季施工對(duì)摻礦粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展有利，但應(yīng)注意混凝土表面保濕，確保其有充分的水化硬化環(huán)境；（3）冬季施工由于氣溫較低，混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，應(yīng)適當(dāng)降低礦粉摻加量同時(shí)遵照國(guó)家有關(guān)冬季施工規(guī)范，采取必要保溫措施，確保其強(qiáng)度滿足要求。,,（4）結(jié)構(gòu)物中的混凝土實(shí)際處于一個(gè)溫度不斷升高的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，其強(qiáng)度發(fā)展一般比處于標(biāo)準(zhǔn)條件下（如RH≥90%，T＝20±1oC

28、）養(yǎng)護(hù)的混凝土立方試塊高。（5）實(shí)驗(yàn)證明，摻礦粉混凝土在絕熱溫升養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度遠(yuǎn)比標(biāo)養(yǎng)下混凝土強(qiáng)度高。,7.以下情況下的混凝土應(yīng)考慮使用大摻量礦粉,（1）有嚴(yán)格溫控要求的大體積混凝土（如大型結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)、地下室、隧道、等）；（2）曝露于嚴(yán)酷環(huán)境中的抗腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)（如港工/海工混凝土結(jié)構(gòu)、污水處理廠、鹽堿地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)、等）；（3）具有潛在堿-骨料反應(yīng)破壞地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)；（4）自流平（密實(shí)）混凝土。（5）高性能混凝土。,8.

29、礦粉(S95級(jí))在混凝土中的摻量,（1）“單摻”礦粉時(shí)，可按等量取代原則并根據(jù)以下方法確定礦粉的合適摻量：(a)對(duì)于地上結(jié)構(gòu)以及有較高早期強(qiáng)度要求的混凝土結(jié)構(gòu)，摻量一般為20-30%；(b)對(duì)于地下結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度要求中等的混凝土結(jié)構(gòu)，摻量一般為30-50%；(c)對(duì)于大體積混凝土或有嚴(yán)格溫升限制的混凝土結(jié)構(gòu)，摻量一般為50-65%；(d)對(duì)于有較高耐久性能要求的特殊混凝土結(jié)構(gòu)（如海工防腐蝕結(jié)構(gòu)、污水處理設(shè)施等），摻量可達(dá)50-70%