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。
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。专业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,年利用专业粉煤灰生产约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。
利用粉煤灰作为原料生产墙体材料在我国已有几十年历史和经验,先后研制和生产了粉煤灰泡沫混凝土制品、蒸养粉煤灰中型密实砌块、小型粉煤灰空心砌块、蒸养、蒸压粉煤灰砖,蒸养、蒸压加气混凝土制品、粉煤灰烧结陶粒。 为了处理工业固体废弃物粉煤灰、保护环境,早在20世纪50年代中后期,国内就开展了大量利用粉煤灰的研究,首先生产了粉煤灰泡沫混凝土板,用于北京首都机场的机库屋面。60年代,粉煤灰中型密实砌块在上海市公共住宅建筑普遍应用,在上海城市建设中发挥了重大作用。受上海启发和影响,苏州、无锡、常州、南京、济南、成都、攀枝花等地相继建设了近30条生产线,一直生产到80年代中后期,后因块型大、块太重、施工麻烦,而逐渐改产、停产。当在蒸压灰砂砖在我国开发成功,并普遍推广后,受其启发,研究用粉煤灰和炉渣代替砂子做原料生产蒸养和蒸压粉煤灰砖,并获得成功,随即在全国推广相继建成近40条生产线,因性能、价格、市场问题经营销售一些年以后陆续萎缩、停产,但也有部分企业至今仍继续生产,并取得不错的效益,如武汉硅酸盐制品厂等,目前也有些新的生产线在建设。70年代在引进消化蒸压加气混凝土技术的基础上,研究成功用粉煤灰代替砂子生产粉煤灰加气混凝土制品,目前用粉煤灰做原料的加气混凝土产品的产量已占全国加气混凝土总产量的80 %。70年代又进行了利用粉煤灰做原料生产烧结陶粒的研究,在天津硅酸盐制品厂建成了我国惟一的一条采用烧结机和燃煤粉烧结粉煤灰陶粒生产线,成功生产出粉煤灰陶粒用于天津市建筑和建筑构件生产,如预制混凝土大板,至90年代因城市的拓展,该厂场地改作房地产开发用地,而被迫停产。同期很多单位以粉煤灰代替部分粘土生产烧结实心砖和空心砖,并探索不断提高粉煤灰掺加量,力求最大限度地利用粉煤灰。
粉煤灰作为一种十分常见的矿物掺合料,其质量差别很大,经常有劣质粉煤灰混入,给生产和质量控制带来麻烦。这里所说的劣质粉煤灰主要包括分Ⅲ级灰和统灰以及假灰和不适合商品混凝土使用的粉煤灰。这些劣质粉煤灰的主要特点是:玻璃珠体少,需水量大,使用后易造成混凝土泌水或滞后泌水,不但不能改善混凝土和易性,反而降低混凝土的工作性能。此外,劣质粉煤灰的使用易导致混凝土28d强度不足,后期强度增长低,造成混凝土工程质量不合格。
为加强对粉煤灰再利用环节的污染治理,当前亟需尽快制定粉煤灰相关产品的环境安全检测强制性标准,为环保部门执法和再利用企业的再利用活动提供明确的指引。粉煤灰的污染防治工作不仅包括其排放前的预防工作和排放后的治理工作,还应当包括对其相关产品的环境安全检测工作。我国现行立法中尚未制定专门标准对粉煤灰相关产品中的各种有毒微量元素和放射性元素的含量进行检测,需要说明的是,这种标准并不是粉煤灰相关产品的质量标准,而是将粉煤灰相关产品放在各种可能导致其中的有毒微量元素和放射性元素释放的条件下,对粉煤灰相关产品进行试验,看其是否会对粉煤灰相关产品的环境安全性进行检测的标准。粉煤灰相关产品只有在达到环境安全检测标准中的各项要求时,才能将其投放到市场中,并进行动态跟踪监管。环境安全检测标准的制定,不仅有利于推动粉煤灰综合利用技术的研究,更有利于减少粉煤灰二次污染的可能性。