飞灰混凝土如何运作

在美国，超过50%的人电来自燃煤发电厂，其中煤被研磨成细粉末，放入锅炉中，并在非常高的温度下燃烧。来自锅炉的热量产生蒸汽，用于旋转涡轮机并产生电力。燃烧的煤是一种非常肮脏的过程，但现代煤炭厂有污染控制设备，防止所有颗粒物质离开烟囱。当该设备清洁时，我们留下了煤灰[来源：龙］．

由于煤电的广泛使用，粉煤灰是地球上最丰富的工业副产品之一。因此，与其把它放在蓄水池里等着泄漏，不如把它好好利用，作为建筑材料．不仅使用混凝土中的粉煤灰可以防止那些重金属释放到环境中，它还使水泥制造商免于采矿新的原材料。

正如您所料，煤灰是一种有毒化学品的鸡尾酒 - 它含有煤中发现的相同重金属，只能在较高的浓度下。粉煤灰通常含有砷，铅和硒等重金属，众所周知，导致癌症和其他健康问题。由于已知的风险，环保主义者长期被争夺粉煤灰作为危险物质，但它们面临从能源行业的耐火性，而现在建筑业。

因为它包含重金属，储存和安全地处理粉煤灰对电力公司提出了重大挑战。它通常与水混合并储存在可以暴露于风暴并导致溢出的灰池中。全国各地的35个州目前有大约600个煤灰位点，其中许多州近年来有经历过的泄漏[资料来源：商人］．The biggest fly ash spill in U.S. history took place in 2008 at the Kingston Fossil Plant, which is about 40 miles west of Knoxville, Tenn. There, about a billion gallons of fly ash sludge and water were released into the surrounding land and waterways in an environmental catastrophe [source:生活在地球上］．

一种可能的解决储存和处理问题的方法可以帮助防止像田纳西州那样的泄漏，那就是使用飞灰作为建筑材料。在使用时具体的，一般认为飞灰是相当安全的。尽管它通常含有已知的致癌物，但人们认为，当混凝土混合料中加入粉煤灰时，有害影响被中和了。

好了，让我们穿上一分钟的实验室大褂来研究一下飞灰的化学原理以及它的特殊之处。我们一直说粉煤灰是硅酸盐水泥的好替代品，但硅酸盐水泥到底是什么?你这么问真有趣。这是世界上最常见的一种水泥，而且混凝土的主要成分．石灰和二氧化硅是硅酸盐水泥的主要成分，还包括铝和铁。大多数类型的波特兰水泥含有石灰石、白垩、贝壳、各种粘土、页岩和沙子的混合物。生产硅酸盐水泥是一个非常消耗能源和资源的过程，这就是为什么寻找一种好的替代品是有意义的[来源:波特兰水泥协会］．

Geo聚物混凝土是粉煤灰或由合成硅铝酸盐材料制成的任何其他类型混凝土的技术名称（用铝，硅和氧气制成的材料）。当粉煤灰加入水泥混合物时，它不仅仅是填料，它实际上与在波特兰水泥中的其他化合物反应并成为基质的一部分。它富含氧化铝和硅酸盐，这导致它与碱性溶液反应以产生结合硅铝酸盐凝胶。由此产生的产品是传统普通波特兰水泥的优秀替代品[来源：范Riessen］．

如今，混凝土混合物，其中高达25％的水泥被粉煤灰所取代很常见，一些混凝土制造商取代多达50％。但较高浓度的粉煤灰需要增加测试，因为结果可以变化。

从建筑者的角度来看，粉煤灰混凝土最重要的是它的性能，它不会让人失望。掺入粉煤灰可以改善混凝土的性能，因为改变混凝土的组成可以增加混凝土的强度和耐久性。由此产生的材料比普通硅酸盐水泥的多孔性更小，而且更耐腐蚀和过早老化[来源:Ideker.］．除了比普通硅酸盐水泥更耐用之外，粉煤灰混凝土具有更强的耐酸和耐火性能，它展示了更高的压缩和拉伸（拉伸）强度。

在很多方面，粉煤灰混凝土是终极悖论。飞灰来自其中之一空气污染的最大来源和二氧化碳的排放但它被认为是一种绿色材料。这笔交易是什么?在建筑中使用粉煤灰被认为是环保的主要原因是它是一种可回收材料。如果电力公司无论如何都要燃烧煤炭并产生飞灰，那就有必要好好利用它，尤其是如果它可以为建筑行业节省资金和能源的话。

从头开始制造水泥是一个非常耗能的过程。据保守估计，混凝土生产占全球温室气体排放的5%至8%，但这个数字可能更高。我们目前每年生产超过26亿吨的波特兰水泥，这个数字还会随着人口的增长而增加，除非出现一些更环保的选择来取代它。

这就是粉煤灰混凝土的用处。粉煤灰混凝土有能力在抑制全球碳排放的同时，开发出更好、更耐用的基础设施，而不需要经常重建。事实上，一项研究甚至指出，粉煤灰砖也有能力储存环境中的二氧化碳，这增加了另一个绿色效益[来源:刘］．

美国绿色建筑委员会似乎达成了粉煤灰的绿色信誉;与绿色建筑问题有关的所有事项的卓越仲裁者，能源与环境设计领导(LEED)，替代粉煤灰混凝土的信贷至少40％的普通波特兰水泥[来源：波特兰水泥协会］．一种生命周期评估，这是对从摇篮到坟墓的每个生产阶段的分析，表明用粉煤灰混凝土取代普通波特兰水泥可以将碳排放量减少到90％。这在很大程度上是因为粉煤灰是一种回收的材料，用粉煤灰取代新的波特兰水泥可防止不必要的二氧化碳排放，因为它更耐用，不需要撕裂并经常更换[来源：索尔顿海］．

当然，粉煤灰不是没有争议的。因为粉煤灰是煤炭的副产品，它本身都是重质金属和毒素，这可能是危险的，所关注的是，由粉煤灰混凝土制成的建筑可能对人有害。

在田纳西州金斯敦化石厂的巨大粉煤灰溢出之后，粉煤灰的最大挑战来自于2008年（见侧边栏）。然后，几周后，阿拉巴马州还有另一个较小的粉煤灰溢出，在新闻中保持粉煤灰。那些泄漏和由此产生的清理和新闻报道将粉煤灰放在上面环境保护局（EPA）雷达和促使环境活动家呼吁更加艰难的法规。从那以后，EPA一直在称重是否将粉煤灰作为危险废物进行分类，虽然原子能机构表示这种分类不会影响用于制作混凝土的粉煤灰，但建筑行业的观察员一直怀疑[来源：pur］．

但是住在煤做的房子里真的安全吗?粉煤灰的安全在具体的已经引起了激烈的争论。虽然地质聚合物混凝土已被证明会浸出砷、铬和硒等危险元素，但至少有一项研究表明，添加钙有助于降低重金属的可浸出性[来源:撒努斯］．然而，当混凝土分解并被处理后，粉煤灰中的重金属和其他物质会发生什么，仍然存在许多问题[来源:帖子］．

混凝土行业担心甚至一个混合法，即将储存的粉煤灰分类为危险物质，仍将挽回粉煤灰混凝土，将其放在类似的水平上石棉要么含铅油漆．即使在混凝土应用中安全，粉煤灰的危险分类也可能使建筑公司更容易受到诉讼。

多年来我写了很多关于绿色建筑和施工，但我承认当我收到这个作业时，当我在屏幕上看到“飞灰”时，我画了一个空白。我有兴趣了解这些东西会发生什么。目前，混凝土似乎对粉煤灰完全良好使用，但在最好的情况下，我们将继续将自己的煤炭脱落到飞灰处置并不像问题的那么多。

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