粉煤灰混凝土

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1. 概述

1.1粉煤灰的产生

粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，是工业“三废”之一。锅炉在操作时，煤粉与高速气流混合在一起，喷入炉膛的燃烧带中，使煤粉颗粒里的有机物质得到充分的燃烧，但燃烧的完全程度取决于锅炉的效率和操作的水平，炉膛温度一般是很难测准的，运行良好的现代化电厂的煤粉炉炉膛最高温度可能达到或超过1600℃，足以使灰分中除了少量石英(细粒的结晶)以外的所有矿物全部熔融。可是多数旧电厂锅炉的实际燃烧温度要比上述温度低得多，在较低的温度下，只能熔融一小部分的无机物质，而且炉膛温度并不是十分均匀的，因此即使在同一锅炉中，粉煤灰烧成的条件也不相同，更不必说不同的锅炉了。在燃烧过程中，煤炭中的无机杂质也发生了一系列的反应和变化，包括达到不同的温度时，含水的矿物如粘土、石膏等一一脱水，碳酸盐中二氧化碳与硫化物中三氧化硫的排出，还有碱在高温下也要挥发，其中较细的粒子随气流掠过燃烧区，立即熔融，到了炉膛外面，受到骤冷，就将熔融时由于表面张力作用形成的圆珠形态保持下来，成为玻璃微珠，煤粉粒子越细，越容易成球。其中有些熔融的微珠内部，截留了炉内气体，形成了空心微珠。另有一些微珠，团聚在一
起或粘连在一起，就形成鱼卵状的复珠(即子母珠)和粘连体，也有一些来不及完全变成液态的粗灰，结果变成了渣状的多孔玻璃体(海绵状玻璃)。在冷却过程中也有一些冷却比较缓慢而再结晶的矿物以及在颗粒表面上生成的结晶矿物、化合物和独自存在的未熔融石英等矿物。从煤块磨成煤粉，把原来团聚的矿物磨粹，因此每一颗煤粉粒子的矿物成分也是不同的，燃烧以后，每一粒粉煤灰的成分当然也不可能相同，所以粉煤灰化学成分分析也只能是表示粉煤灰中各种颗粒混合物的化学成分平均值。

1.2 粉煤灰的物理性质

粉煤灰的比重在1.95～2.36之间，松干密度在450 kg/m3～700kg/m3范围内，比表面积在220 kg/m3～588 kg/m3之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性，同比粘性土其压缩变形要小的多。粉煤灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。

粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，根据颗粒形状可分为球形颗粒与不规则颗粒。球形颗粒又可分为低铁质玻璃微珠与高铁质玻璃微珠，若据其在水中沉降性能的差异，则可分出飘珠、轻珠和沉珠；不规则颗粒包括多孔状玻璃体、多孔碳粒以及其他碎屑和复合颗粒。

　　通常用扫描电镜来观察粉煤灰的颗粒形貌。扫描电镜可以观察到粉煤灰的绝大部分粒径范围，可以从1μm到400μm。通过电镜可以观察到，小颗粒粉煤灰表面为表面光滑的球形颗粒，较大颗粒的粉煤灰(＞250μm)形状则不规则。图1是一组粉煤灰颗粒形貌的电镜照片，(a)为低钙粉煤灰，(b)为高钙粉煤灰，比较之下，高钙粉煤灰的颗粒表面粘附有很多微粒，而低钙粉煤灰的表面则显得比较光滑。

低钙粉煤灰(b)高钙粉煤灰

图1 粉煤灰的颗粒形貌扫描电镜图片