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摘要：随着全球经济的稳步发展，国家对电力的需求急速增加，要求电力产业持续加强电力生产，在某种程度上导致国内粉煤灰排放量不断增加。目前，粉煤灰排放量在我国工业废渣排行中属于前列。若不及时采取相应的净化处理手段，任由其中有毒化学物质肆意扩散，将对人体和生物造成极大危害，若遇到大风等恶劣天气，使得粉煤灰中的有害物质在风力作用下，飘落至各个领域，最终对空气、土壤和水成严重污染。依据我国现今的技术情况，有能力将粉煤灰应用于建筑材料领域，通过粉煤灰及时回收办法对其性质的转化，不仅能够达到节约能源，减少污染排放的目的，且有助于改善人类生存环境和保障生态环境安全。
关键词：粉煤灰；建筑材料领域；运用；研究
引言
近年来，虽然我国节能减排性工业建设逐步推进，但仍有很多工厂企业的废水、废气、废渣等排放超标，生产中所排放的废水、废气和废渣等难以细化分解，对自然环境造成不同程度的影响，因此，如何提高废物利用水平，已经成为限制现代工业化发展的瓶颈。通常燃煤电厂是粉煤灰的产生主要来源，且由于社会生产生活用电需求量持续增长，使得粉煤灰排放量猛增，据调查显示，我国粉煤灰排放在2010年~2018年期间增长高达2.5倍，平均年排放量为10700万吨，并随着新建、扩建电厂不断增加，预计到2030年粉煤灰排放量将达到1.6亿吨，总体呈逐年递增趋势，严重威胁生态环境，因此，开展粉煤灰综合利用，成为我国一项长期技术经济政策1。
1 关于粉煤灰的概述
粉煤灰的形成是由煤粉燃烧殆尽后所产生的灰粒，其中所包含的化学成分主要有氧化钙（5%）、氧化铁（5%-10%）、氧化铝（20%-35%）以及二氧化硅（45%-65%）等等。2将粉煤灰应用于建筑领域，如替代部分水泥掺入混凝土，可有效降低建筑企业混凝土工程整体建设成本，最大限度的实现资源的有效利用，且通过粉煤灰与水泥分析对比，探索两者契合点，保证两者应用的均一性与平衡性，从而带来显著的经济效益或社会效益。粉煤灰在混凝土中代替水泥加以应用，在3国际上已经得到公认，但其实际应用具有一定的限制性。一般在以下三种情况下，可起到与水泥同等的作用：第一，建筑施工前期阶段对混凝土强度没有具体要求，且强度在25-35MPa混凝土施工情况；第二，混凝土施工对水泥需求量较低的情况下，可以粉煤灰替代水泥作用；第三，在回填或者道路基层施工中，混凝土施工强度要求不高时，可将粉煤灰掺入混凝土施工。
2 粉煤灰的化学成分
从化学成分上来看，粉煤灰属于火山灰质材料的一种，其主要组成是煤中的无机组分，而黏土矿物质是煤中无机组分的主要构成，黏土矿物中包括其他小部分矿物，如方解石、黄铁矿以及石英等。因而，在粉煤灰的构成上，其中占主要成分的有二氧化硅、氧化铝，所占比例分别为48%和17%左右，另包括其他矿物成分，如氧化铁、氧化钙、氧化镁以及氧化钠等等。当在不同燃烧条件下，因煤的来源不同，所产生的粉煤灰各组分的含量也不尽相同，在实际化学成分上具有明显的差别。
3 粉煤灰作为建筑材料的特点
3.1 存在球状颗粒
通过高温燃烧，粉煤灰被快速熔化，但在其熔化过程中容易形成玻璃珠状颗粒，这些颗粒得到冷却后存留以粉煤灰中，将这种掺杂有球状颗粒的粉煤灰应用于建筑墙面材料中，能够有效减小墙面的表面积。
3.2 性质易分析
从化学性质角度来看，粉煤灰的化学活性与火山灰大抵相似，在分析其具体性质时，可借助火山灰，为其研究工作提供更多科学、合理的参考依据。
3.3 能够与混凝土搭配
混凝土裂缝是混凝土施工中常见质量问题之一，运用粉煤灰有效填补混凝土裂缝，能够起到良好的修复效果，并且在混凝土固化程中确保充分的水分，以增强混凝土整体凝聚性。
3.4 利用范围广
不同建筑材料运用条件下，粉煤灰性质波动性不大，尤其是自身理化性质，从另一角度来看，粉煤灰拥有较强的稳定性，也因这一特质使其在实际应用过程中取得良好效应，并逐渐被各大建筑材料纳入生产范围。
3.5 利用量大
当前阶段，随着现代城市化进程的不断推进，建筑行业整体呈规模化及数量化态势发展，无形中增加了对建筑材料的需求总量，特别是近年来，人们节能意识的不断深化，对绿色节能型建筑要求越来越高，粉煤灰在建筑材料中的应用作为一种有效净化处理手段，在实际建筑生产中的需求量逐步扩大化。
3.6 节约资源
近年来，我国建筑业发展迅猛，传统建筑材料储备不足以满足现阶段建筑生产所需材料数量，而粉煤灰在经过处理后，有效弥补了建筑材料极度短缺的恶劣形势，在某种程度上起到节约资源的效果，不仅确保建筑企业在经济效益与社会效益两方面的双丰收，且有效降低生产建设成本，达到了人与自然环境的高度和谐统一。
4 粉煤灰在建筑材料领域中的运用
4.1 高活性粉煤灰水泥混合材料
一直以来，粉煤灰被视为一种有效的混合材料被大量生产，但从早期生产及应用情况来看，存在一定的应用弊端，如，材料缺乏标准强度，经过反复测试检验，粉煤灰高活性混合材料技术的研发成功，在某种程度上解决了材料缺陷。以高活性粉煤灰混合材料代替矿渣作为水泥混合材料，在提升和优化水泥整体强度及性能的同时，也使得水泥总体产量大幅提升，并从中获取极大的经济利润。在高活性粉煤灰混合材和矿渣材料相同配置情况下，粉煤灰所配置的水泥标号往往高出矿渣。在保持与传统标号相同时，通过加大粉煤灰含量，可有效提升水泥产量。这种方法，与国际上所提倡的“高标号水泥+大掺量粉煤灰+高效减水剂”高度相符。与普通粉煤灰水泥相比，高活性粉煤灰混合材料除了具有极高的强度之外，还极大的改善了混凝土相关性能。
4.2 绿色高性能高掺量粉煤灰混凝土
20世纪50年代混凝土施工中便已经可以看到粉煤灰的影子，粉煤灰在实际应用过程中具有比其他材料更加显著的特点，如，高活性、需水量少、质量均衡等等，凭借自身优异特征，逐渐在混凝土施工中得以广泛普及与应用。硅酸盐水泥是传统水泥混凝土中特殊类型，其在混凝土中的应用极易造成对其他矿物能源的消耗与浪费，同时不利于环境保护及整个生态环境的稳定发展。当前阶段，混凝土施工中高掺量粉煤灰混凝土的应用范围越来越广，其在实际应用过程中不仅可以节约水泥，降低对自然资源及环境能源的大量消耗，且能够达到对粉煤灰进行有效处理的目的，最大限度的减少有毒化学物质对生态环境的破坏。此外，高掺量粉煤灰混凝土的和易性、后期强度、抗冻性、水化热等方面均优于普通混凝土，因具有极强的机械性能和耐久性，常见于筑坝工程和路基工程。
4.3 高掺量粉煤灰烧结砖
蒸汽制粉煤灰砖以及免烧粉煤灰砖是传统粉煤灰主要制砖技术，上述两种制砖技术下所生产出的砖，在质量上存在严重的问题，并且生产过程具有较强的密闭性，无法通过其他手段对其进行加以控制，因此，实际使用范围较小。目前，高掺量烧结多孔砖技术以及高掺量粉煤灰烧结普通砖技术是应用较为普遍，也是发展较为快速的两种技术形式。其中，高掺量粉煤灰烧结砖的应用优势在于吃灰量较大，在砖体强度上基本可与普通粘土砖强度匹敌，重量相对降低，基本降低至20%左右4，导热性能较低，而从实际生产来看，高掺量粉煤灰砖在质量上存在极大的缺陷，造成其质量问题的主要原因在于生产过程中掺杂超过50%的粉煤灰，导致烧结砖质量不达标。
4.4 生产轻集料和空心砌块
将轻集料与混凝土相互混合，可形成一种新型建筑材料，这种材料具有较轻的质地，同时具备一定的保温性能，在高层建筑以及大跨度桥梁施工中被广泛应用。粉煤灰的性质以及成分在某种程度上决定了轻集料的质量，通常情况下，能够满足轻集料烧制的粉煤灰主要有二氧化硅和氧化铝，其含碳量低于13%。将通过粉煤灰所生产出来的轻集料当做骨料，水泥在其中充当胶结材料，掺入适量的外加剂和水，进行充分的搅拌成型，所形成的空心砌砖称为粉煤灰轻集料混凝土轻型空心砌块。与其他砌块相比，轻型空心砌块在整体性能上较为稳定，能够起到替代砂石和部分水泥的作用，并且具备质地轻、强度大、生产工艺相对简单、生成成本低、应用效果良好等诸多优点，是一种发展性新型墙体材料。
4.5 粉煤灰泡沫陶瓷
据国外相关报道，以粉煤灰为主要原料研制出了一种新的建筑材料。合成这种材料的主要原料是：粉煤灰、超高和易性火山灰和无定型结晶碳粉（如石墨）。合成过程是采用粉磨制料，压坯后再烧结。经测试，这种泡沫陶瓷形成连续气孔，具有良好的抗散裂性和比电阻特性，抗折强度在3.4-7.2MPa，是一种高强度、吸音隔热、耐热冲击好的泡沫材料。可用于生产轻质砖、轻质隔墙板等制品。
4.6 粉煤灰作路基填料
随着国家基础设施建设的不断深入，铁路工程、公路工程以及道路桥梁工程项目越来越多，在工程路基填筑施工过程中，粉煤灰同样在其中得到广泛应用。由于粉煤灰自身所特有的渗透性和压缩性，所以可以被认为是一种大孔隙材料。粉煤灰与粉砂在粒径以及级配情况具有一定的相似性，并且粉煤灰在塑性功能上没有硬性要求，但在液限上可以达到60%以上，因此，粉煤灰具有较强的持水能力。由于粉煤灰比重小，极易压实，而且压实含水率较高，对含水率不甚敏感，抗碱强度要比一般的天然材料高，不受天气变化的影响，这样在施工中可以缩短建设工期，降低造价。
5 优化粉煤灰在建筑材料领域运用效果的具体策略
一方面，转变思想观念。受传统观念束缚，人们普遍认为粉煤灰是电力生产所形成的废弃物，资源再利用的可能性较小，甚至部分人将粉煤灰与煤炭混为一谈，认为粉煤灰实际利用价值几乎为零。而若要实现对粉煤灰的有效利用，需尽快打破这一老旧思想理论，更加全面的认识粉煤灰的应用价值，提高粉煤灰整体利用率。此外，加快建立健全完善的应对策略，更加科学合理的利用粉煤灰，减少粉煤灰长期堆放，努力变废为宝，充分发挥粉煤灰实际价值。
另一方面，加大政府政策支持力度。为确保粉煤灰的二次利用价值，应在全面落实国家及省各项固废综合利用政策的基础上，专门制定多项扶持政策，全面贯彻落实国家相关的各类政策，积极推进粉煤灰的综合利用。一是高起点的建立研发机构，组建研发团队跟踪粉煤灰研发技术的高点，并加强与相关机构的合作关系，如中科院、中国建筑科学院低碳建筑中心等，共同研究粉煤灰的深层应用范围；二是加快项目落地，比如：超细粉煤灰的项目、轻质节能、干粉砂浆生产线等项目即将落地，要积极推进固废粉煤灰的利用，解决环保的问题。
6 结束语
综上所述，粉煤灰科学技术是一项涉及范围较广、内容层次较为丰富等边源性、综合性技术。该技术之所能够实现发展的可持续，在某种程度上取决于其他各个学科之间的最新进展。如果能够全面渗透最新研究成果，并加以科学合理的利用，能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品，就能够有效化解粉煤灰所引发的一系列环境恶化问题，其前景是非常美好的。
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注释：
①王立刚，朱曦光.我国粉煤灰资源综合利用现状及今后发展重点[J].节能与环保.2014，15（01）：114-116.
②郝立会，贾红梅.浅谈粉煤灰在混凝土中的应用[J].粉煤灰综合利用.2014，05（11）：354-358．
③表1 章西焕，马鸿文，杨静，高颖，盛满红.从粉煤灰中回收氧化铁[J].中国非金属矿工业导刊.2013，17（02）：394-396.
④牛福生，刘兴德，倪文.粉煤灰在建筑材料中的资源化利用现状[J].再生资源研究，2015，09（02）：336-339.
论文作者:张晨阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/9
标签：粉煤灰论文; 混凝土论文; 水泥论文; 建筑材料论文; 材料论文; 强度论文; 技术论文; 《基层建设》2018年第19期论文;