当前课程知识点：道路工程材料 > 第二章 无机结合料 > 第6节 粉煤灰及其他工业废渣 > 粉煤灰及其他工业废渣
大家好在上一讲的内容里
我们了解了水泥的腐蚀类型和防止措施
在无机结合料中除了石灰和水泥
还有没有别的材料
可以起到胶结的作用呢
当然是有的
除了石灰和水泥以外
还有一些工业废渣
也具有胶结砂石的能力
例如我们提到的粉煤灰
粉煤灰和其他的一些工业废渣
有什么样的性质
如何能够起到胶结料的作用
我们来看这一讲的内容
粉煤灰它是一种典型的工业废渣
从严格意义上来说
粉煤灰并不属于石灰
和水泥那样典型的无机结合料
但是由于粉煤灰在实际的应用过程中
特别是在道路工程中
所扮演重要的角色
因此我们可以把它
当作是一类无机结合料来进行讨论
我们知道粉煤灰是火力发电厂
在燃煤发电的时候
顺着烟道排出的粉尘
而我们国家又是以火力发电
作为主要供能形式的
这样的一个大国
因此我们国家的粉煤灰
每年的排放量是非常巨大的
处理这些粉煤灰需要消耗大量的土地
但是我们发现将粉煤灰
应用到道路工程时
它能够发挥很好的效果
能够在活性被激发时
生成有胶结性能的产物
因此不管是从环境角度
还是从工程应用角度来看
我们都认为粉煤灰
在道路过程中非常重要
所以我们将它做为一种
新型的无机结合料来看待
在粉煤灰的排放过程中有两种形式
一种是通过水的冲刷将其分离出来
这种粉煤灰称之为湿排灰
这种湿排灰从图中我们可以看到
它是以粉煤灰浆体的形式排出
排放到粉煤灰的收集池
这个是火力发电厂
主要的粉煤灰排放形式
每个火力发电厂
都有若干个粉煤灰的收集池
这占用了大量的土地
而另一个则使用的是静电法
来将粉煤灰分离出来
这种粉煤灰称之为干排灰
这种方式收集粉煤灰的效率更高
同时由于分离粉煤灰的过程中
没有水的参与
干排灰的性能也较湿排灰更好
粉煤灰它的主要成分是一些氧化物
除了未燃尽的碳以外
主要含有二氧化硅氧化铝
以及一定量的氧化铁
还有少量的氧化钙 氧化镁
和三氧化硫等等
其中氧化铝 氧化硅和氧化铁的总量
通常超过80%
粉煤灰矿物组成中70%以上属玻璃体
这样的构造结构是它活性的主要来源
粉煤灰它的的形态又是什么样
它的形态存在着一些空心的球体
从图中我们可以看到
它存在这样一些空心球体
主要是由于粉煤在高温状态下
属于熔融的状态
而温度降低的时候
粉煤灰在表面张力的作用下
缩成了球体
它内部的一些气体溢出
导致了其空心球体的形态特征
这些空心球体
是煤粉灰中性能比较活跃的部分
从而造成了它比较高的活性
而且这些空心球体的形态
同样造成了它较高的比表面积
约每公斤300到500平方米
国际上对煤粉灰的分类很多种方法
有按照不同氧化物含量分的
也有按照不同的指标
可以将粉煤灰划分为不同的类型
我国主要是以烧失量
和细度作为划分粉煤灰类型的主要依据
细度指的是粉煤灰颗粒的大小
通常以过筛的方式
以筛余量来表示
更为准确的方法
可以通过比表面积来评价
而烧失量主要考虑的是
粉煤灰中未燃尽的碳所占的比例
当然这部分碳越少粉煤灰的性质越好
来看一下粉煤灰的技术性质
它的技术性质主要包括了粒度
密度 击实特性 抗压强度 含水率
烧失量以及需水量比
对粉煤灰我们已经研究了很长的时间
但是国际上也没有统一的方法
来评价它的性能
通常普遍认为我们可以
从这些角度来进行分析和讨论
首先是粒度
粒度也就是细度
粉煤灰它的细度越小
它的利用率就越大
粉煤灰越小它的比表面积越大
它发生反应的机会也就越大
第二个指标是密度
粉煤灰的相对密度
大约在1.9到2.6之间
它的密度和空心球体的数量是有关系的
空心球体数量越少密度越大
相应的质量也就越好
第三个点是击实特性
由于粉煤灰的结构
使它持水能力比较强
在击实的过程中达到最大干密度附近
它的含水量有着显著的变化
而且由于其最大干密度
比普通的土要小
因此用其填筑路基
可以大大减轻路基的重量
第四是抗压强度
对于粉煤灰这种粉体性的材料
它本身的抗压强度并不高
但是经过一定的措施处理稳定以后
它可以呈现出很高的加固稳定的性能
含水率对于湿排灰
它的含水率波动非常大
因此我们需要对它的含水率进行控制
通常我们希望它的含水率小于35%
烧失量也就是其杂质的含量
我们刚刚已经讨论过了
它的烧失量越低
它的应用效果也就越好
而需水量比指的是
粉煤灰和水的混合物
达到某一定的流动度时
所需要的水量
其需水量越小使用效果也就越好
对于粉煤灰的技术性质和要求
不同的领域有不同的指标
对于水泥混凝土的粉煤灰
根据指标不同我们可以分为三个等级
I级的灰它的质量是最好的
它的主要标准包括了筛余量
需水量比 烧失量 含水率
三氧化硫和游离氧化钙的含量
以及安定性等
粉煤灰用于道路基层时
氧化硅 氧化铝和氧化铁
含量不低于70%
烧失量不大于20%
比表面积大于每克2500平方厘米
我们来看粉煤灰的活性
粉煤灰活性是指在碱性的条件下
粉煤灰可以和水发生化学反应
生成水硬性凝胶物质的性质
影响粉它活性的因素有什么呢
主要有两个方面
第一个是外因
有粉煤灰排放时热历史和
粉煤灰存放条件来影响
第二个内因
是有粉煤灰中有效氧化物的含量
更重要的是粉煤灰中玻璃体结构特点
通常粉煤灰玻璃体大多以
一种稳定的多聚体结构存在
它的活性程度并不高
需要在一定条件下才可以得到释放
显示其活性效果
粉煤灰活性反应到底是什么样的
它的活性反应主要是指
它在碱性的条件下
发生的一系列的化学反应
包括了离子交换 碳酸化
以及火山灰反应
其中作用最显著的
是粉煤灰中氧化硅和氧化铝
与石灰的火山灰反应
之所以称之为火山灰反应
是因为火山灰物质在石灰的作用下
叫可以发生类似的反应
它的化学反应方程式是这样
生成的产物
它是一种水硬性的胶凝物质
这类物质可以起到胶结砂石的作用
在相应的微观结构图中
我们可以看到
经过火山灰反应
材料的孔隙被这一类的胶凝材料填充
形成空间网状结构
从而形成强度
评价其活性的方法有没有
目前并没有广泛认可的
评价粉煤灰活性的方法
大多是从侧面说明它的活性
其中包括了石灰吸收法
水泥强度比较法以及指标综合法等
前面提到了粉煤灰它的活性
要在一定的条件下才可以激发
那么如何激发它的活性
提高活性主要是提高粉煤灰
参与化学反应的能力
因此既可以采用物理的方法
也可以采用化学的方法
它的核心是两个
第一个充分发挥其本身已有的活性潜力
第二个是通过化学方法
改变粉煤灰玻璃体结构
激发其活性最简单的方法
其实是和石灰的拌合使用
这也是为什么在道路工程中
经常用石灰粉煤灰来稳定
也就是我们俗称的二灰土
但是它的效果其实是有限的
如果想要得到更好的性能
可以采用化学外加剂来激发
最常用的外加剂有碳酸钠
和无水硫酸钠这两种
它的原理我们可以通过这个图来看
最左边的是粉煤灰的稳定结构
在这个状态下它的化学结构比较稳定
硅原子和氧原子由化学键连接
不容易与其他物质发生反应
激发活性的方法
其实就是采用一定的手段
打破这些化学键
使其离子键断裂
提高其参与反应的能力
粉煤灰在公路工程中可以用到哪些地方
首先它可以用在
我们的混凝土配合比设计中
作为混凝土组成材料之一
通常大流动性或者是大体积的混凝土
高性能路面混凝土
都必须掺入一定的粉煤灰
从这个图我们可以看到
第二个采用石灰水泥
或者是综合的方式
对粉煤灰进行稳定加固
来作为路面基层和底基层材料使用
道路基层和底基层中
应用粉煤灰是提高道路性能
和减轻粉煤灰环境负担的
一个非常有效的技术方法
通常粉煤灰与石灰粉煤灰
或者是石灰粉煤灰碎石的形式
存在在路面的基层材料
其中粉煤灰最大的参量
可以达到基层材料的50%到60%
用于填筑路堤的时候
它可以大大的降低道路的结构自重
提高路基的稳定性
这些就是粉煤灰的主要内容
除了粉煤灰还有哪些工业废渣
可以作为无机结合料
我们来看一下
首先粒化高炉矿渣
它是炼钢高炉制得的一种
非金属水硬性凝胶材料
它的力学强度比较高
介于石灰岩和花岗岩之间
稳定的矿渣材料
可以用于各种路面的基层和面层
煤矸石它是采煤过程中产生的废石
其成分类似于黏性土
宜用碱性材料
最好配以火山灰材料加以稳定
所获得材料通常用于二级
或者二级以下的公路基层或者底基层
钢渣是经高温冶炼后淬火冷却形成的
这么一种固态非金属材料
经常被用来填筑路面的基层
也可以用作软土基加固材料
磷石膏通常是合成洗衣粉厂
以及磷肥厂生产磷酸时的产物
这种材料经处理后
可以与石灰水泥等结合料
共同稳定土来填筑路基
硅灰是电弧冶炼硅金属
或者是硅铁合金时的副产物
可以用于抗渗等级要求很高的混凝土
或者是高强度的混凝土
正是通过这些无机结合料
我们才能够将集料交集起来
修筑成具有一定强度
有一定承载能力的道路
桥梁隧道等建筑物
关于无机结合料的相关内容就是这些
当然结合料除了之前讲到的
无机结合料以外
还有以沥青为代表的有机结合料
想要了解它的相关内容
请关注后续课程
谢谢 再见
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