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。供应粉煤灰厂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,年利用供应粉煤灰厂约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。
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。
因供需矛盾加剧及现行行业标准的不足,导致市场上出现了许多劣质粉煤灰。另外,随着现代生产工艺的改变,供应粉煤灰厂的种类趋于多样化,现有研究却相对薄弱,导致粉煤灰应用于混凝土时出现了一定的未知性。劣质供应粉煤灰厂或具有未知性能的粉煤灰掺入混凝土中,不仅不能使混凝土获得应有的优良性能,甚至严重威胁混凝土的质量和使用寿命。
在蒸制粉煤灰砖发展过程中,由于国内采购不到蒸压釜以及后来为了降低投资而采用养护窑(不用蒸压釜)用普通蒸汽养护生产粉煤灰砖坯,该工艺曾一度普遍发展。由于反应温度低、水化硅酸盐产物少、结晶度不够,虽然抗压强度勉强可以满足承重墙体要求,但其干燥收缩值大,用该砖建造的建筑,建成后一段时间(一般在半年至1年内),在山墙、内承重墙及窗台下产生不同程度裂纹。最严重的发生在60、70年代的湖南株洲市粉煤灰砖混建筑的内外墙体涉及建筑物安全而拆除。因此,使整个普通蒸汽养护粉煤灰砖发展受挫,一部分企业不得不因此被迫停产。为了解决这一问题,研究决定停止发展普通蒸汽养护粉煤灰砖,改变工艺路线,在技术政策上决定大力发展高压蒸汽养护粉煤灰砖,砖的收缩大大改善,用该类砖建筑的建筑墙体及窗台下裂缝大大减少,程度大大减轻。但通过对大量建筑物调查裂缝并未从根本消除,特别是在窗台下仍生产轻微的裂缝,这说明该砖虽经蒸压,但收缩值仍未达到要求,为了比较彻底地解决粉煤灰砖墙体裂缝问题,必须通过改进配方,正确选择原材料,调整混合料级配,采用轮碾搅拌混合,加强混合料消化,提高砖坯成型压力,最好双面加压,以提高砖坯的密实度,提高蒸压养护的温度(相应饱和蒸汽压力应在10~12大气压以上),以增加水化硅酸盐产物数量和改善结晶状况,产生更多的托勃莫来石晶体,改善结晶度和晶型,使砖的抗压强度达到200 kg/cm2以上。采取上述综合措施可以进一步减少粉煤灰砖的收缩,可以比较好地解决粉煤灰墙体的裂缝问题。若采用粉煤灰、石灰与一定级配的中砂配料,经高压力压制成型和更高压力蒸汽养护也可获得较高砖强度和较低收缩值。