据调查, 近几年山西省投产的粉煤灰综合利用项目日益增多,全省用灰企业2 000 余家,全年总产值超过100 亿元, 粉煤灰综合利用产业在全省经济总量中已经占有一席之地。供应粉煤灰生产综合利用项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、混凝土砂浆、加气混凝土砌块、粉煤灰砖等。水泥厂利用粉煤灰生产矿渣粉煤灰硅酸盐水泥等各类水泥,年利用供应粉煤灰生产约600 万t;加气混凝土砌块生产企业40 余家,年利用粉煤灰约360 万t;年生产粉煤灰烧结砖、蒸压砖达到30 亿块,年利用粉煤灰约580 万t;混凝土、干混砂浆等消纳粉煤灰量也将近500 万t。在新型建材领域也开展了有益探索,粉煤灰生产新型轻质复合墙板、装饰板、保温板等项目已取得初步成功及市场应用。
优质的粉煤灰掺入混凝土可明显地改善混凝土的和易性,当粉煤灰掺量大于胶材总量的5%~10%时,效果极为明显。现今在混凝土实际生产中,粉煤灰掺量往往达到20%,有的甚至高达30%,但混凝土的和易性却不尽人意。抽取原材料进行检测时,发现供应粉煤灰生产的检测结果经常不满足标准要求或者与验收时的结果相差甚远。现以某公司所用Ⅱ级粉煤灰进场及抽样常规检测结果进行对比,出现这种情况的最大原因就是粉煤灰供货厂家为谋求利益而以次充好,甚至掺假。供应粉煤灰生产进场验收时,检测结果符合要求的原因主要是检测的样品是供货厂家提前准备好的合格样品或是在易取样部位装入合格粉煤灰。有些公司由于人员配备或节省成本等原因不能做到车检或抽检,就导致许多劣质粉煤灰被用于混凝土生产中。结果不仅没有起到应有的作用,反而给混凝土的质量埋下了隐患。
超细粉煤灰对水泥和高效减水剂的相容性有明显的改善作用;粉煤灰细度越小效果越好,但过度细化会对相容性产生负面效应。不同细度的粉煤灰在去离子水中的Zeta电位值不同,粉煤灰所带电荷的绝对值越大,分散均化能力越强。粉煤灰生产批发供应商粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物,也是一种活性矿物资源,具有特殊的活性效应、形态效应和微集料效应[1-3],高品质的粉煤灰已成为混凝土必不可少的成分。目前研究较多的是I、II级粉煤灰在混凝土中的应用,由于我国电厂排放的供应粉煤灰生产优质灰较少,95%以上的为III级灰或等外灰,活性较低,不能直接用作水泥混合材和高性能混凝土活性掺合料,因此,高效低成本的研究开发低等级粉煤灰粉磨技术具有较大的经济效益和社会效益。如能使生产的超细粉煤灰在混凝土的制备中得到广泛应用,既可改善水泥与高效减水剂的相容性、提高混凝土的抗侵蚀能力及耐久性[5-8],节约水泥用量,还可解决粉煤灰对环境的污染。但在混凝土制备过程中经常遇到水泥与减水剂相容性问题,有时尽管高效减水剂掺量很大,而混凝土仍显得干硬或坍落度经时损失很大,这些相容性问题会影响混凝土的正常工作。所以在混凝土中引入粉煤灰,需先了解超细粉煤灰对水泥与高效减水剂相容性的影响。
首先,粉煤灰“填充效应”可以改善水泥与粉煤灰组成的二元胶凝材料体系的颗粒级配,降低降凝材料的空隙率,进而使填充在水泥颗粒间的“填充水”释放出来,改善混凝土的工作性。其次,粉煤灰中含有大量的球形玻璃体,在混凝土中起到“滚珠、轴承”润滑效应,减少颗粒间的摩擦力,进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损失。此外,粉煤灰对外加剂的吸附仅仅存在表面的物理吸附,优质粉煤灰对外加剂的吸附低于水泥,混凝土中使用优质粉煤灰相当于增加外加剂用量,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,混凝土中的浆体量增加,改善混凝土的粘聚性,提高抗离析能力,减水泌水,从而改善了混凝土的工作性能,使混凝土具有更好的流动性、密实性、匀质性,便于混凝土的施工。 实践应用过程中发现,质量优良的粉煤灰具有一定的减水作用,当掺量50%时,需水量减小幅度很小。粉煤灰有无减水性以及减水性的大小与其质量有很大的关系,因此应通过试验确定,不宜盲目偏信。
在粉磨水泥时,为改善水泥工作性能、调节水泥强度等级、增加水泥产量等而掺入的人工或天然的矿物材料,称为水泥混合材。目前,水泥企业所用的混合材主要是工业废渣。按其性能不同,通常分为活性和非活性混合材两大类,其中前者用量较大。物理激活也称机械激活,对供应粉煤灰生产、矿渣、煤矸石等具有很好的处理效果。超细粉磨可以使粉煤灰颗粒粒径变小,比表面积增加,有效填充于水泥硬化浆体的孔隙,起到密实增强的作用。同时,超细颗粒表面出现错位、点缺陷和结构缺陷,表面自由能增加,活性提高。在水泥水化过程中超细粉煤灰会与水泥初期水化生成的氢氧化钙发生二次水化反应,不但有助于提高水泥后期强度,而且降低体系碱度,改善耐久性。粉煤灰生产批发供应商超细粉粒径比水泥粒径小很多,其密实填充效应将水泥空隙中的水置换出来,抵消了比表面积高而增加的湿润水部分,所以掺加超细粉会不提高而是减少水泥需水量。另超细粉颜色较深能改善水泥颜色,增强水泥和减水剂的适应性。