中国粉煤灰应用技术的历史演变与展望

  ■中国绿色建材产业发展联盟 工业固废应用技术专委会特聘专家 王思恭

  工业固体废物利用在我国是一项庞大的社会系统工程，是节能环保战略性新兴产业的重要组成部分，是实现工业转型升级的重要举措，是确保我国工业可持续发展的一项长远的战略方针。据统计，2015年我国工业固废总排量达40亿吨，工业固废之所以庞大，是因为它包括尾矿、煤矸石、黑色冶金渣、有色冶金渣、建筑垃圾、报废汽车、拆解家电、废钢铁等方方面面。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。开展粉煤灰综合利用，保护环境，是我国一项长期的技术经济政策。

  在当今，“工业固废利用”热潮下，回顾历史发展能够更好总结经验，展望未来，更能对今后工作有所启迪。

  几十年来，普通低钙粉煤灰的研究工作始终未停止，上世纪50年代，首先从水泥、砂浆、混凝土中做混合材和掺合料开始研发，以后又发展到建材制品、筑路等领域，随着生产的发展，利用率在不断提高。在一些大中城市，粉煤灰在混凝土中已成为不可缺少的一种材料。在应用过程中，对粉煤灰提出了品质要求，自1979年用于水泥和混凝土的国家标准[GB/1596-1979]出台后，到2005年为止，又陆续出台了[GB/T15321-94]、[GBJ146-90]、[GB/T1596-1991]、[GB/T1596-2005]等数个国家标准及行业标准，有的省市还制订了地方标准，完善了对质量的要求，为生产应用创造了条件。80年代，联合国出资援助中国，派国内技术人员赴国外学习考察（笔者曾赴日本进修近1年），国家为鼓励粉煤灰利用，请国外专家来华技术座谈、交流;国内各地逐步建立学会、协会，不定期进行生产、学术交流，为粉煤灰的利用工作推向高潮。

  粉煤灰历史发展的几个阶段

  中国的粉煤灰研究和应用技术早在50年代就开始了，当时国家进行大规模经济建设，水泥属国拨物资，供应十分紧张。施工用的墙体材料以烧结粘土砖为主，这就为粉煤灰在砌筑砂浆和抹灰砂浆中的应用打开了局面，后来又发展了蒸养粉煤灰硅酸盐砌块（不用水泥）。现以80年代末为基准点，分前30年和后30年做一简述：

  1950~1960年，利用原状粉煤灰以节约水泥为目的在砂浆中应用，可节约水泥20%～30%。

  1960~1970年，砂浆、蒸养标砖、蒸养中型砌块（不用水泥）。

  1970~1980年，“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”GB1596-1979国家标准出台，粉煤灰在混凝土中应用试验、试点。

  1980~1990年，混凝土中用粉煤灰，行业规范出台，技术人员走出国门，外国技术人员走进国门，进行专业交流。亚运会混凝土工程大量应用粉煤灰。粉煤灰管理办法、经济政策相继出台。

  1990~2000年，混凝土中掺入粉煤灰，GB1596国标二次修定。

  2000~2010年，商品混凝土大发展，GB1596三次修定。奥运工程、世博会工程、地铁工程等混凝土中均掺入粉煤灰。

  历史演变与分析

  1980年前的30年主要是在一些大城市的科研单位对粉煤灰的应用进行研究工作，结合工程作为试点，粉煤灰以原状灰为主，湿排灰品质不好，影响其应用。所生产的粉煤灰砖由于设备不配套、质量不过关。60~70年代京津沪三个直辖市在粉煤灰利用上形成了各自的特点：北京的硅酸盐大板，天津的粉煤灰陶粒，上海的硅酸盐中型砌块均各自发挥了历史作用。但因粉煤灰品质和生产设备不达标，市场发生了变化，影响了粉煤灰的利用。

  1980年后的30年，粉煤灰由于品质得到了改善，并出台了国标、部标、行标、地标等一系列标准，无论是在混凝土中应用，还是在建材制品中的应用均有较快的发展。粉煤灰应用的目的，由以节约水泥为主转变为以改善混凝土功能性为主，如泵送混凝土等。

  自80年代初开始，中央和地方的相关部门对粉煤灰的研发很重视，出台了相关政策。1991年原国家计委办公厅印发的“中国粉煤灰综合利用技术政策及其实施要点”指出“粉煤灰综合利用技术政策总的原则是：‘认真贯彻、突出重点、因地制宜’和‘巩固完善、推广、提高’的方针，把大批量用灰技术作为重点，把提高粉煤灰综合利用经济效益、社会效益有机的结合作为主攻方向，巩固已有的技术成果，逐步完善比较成熟的利用技术，大力推广成熟的粉煤灰综合利用技术……”

  发挥专业学会的作用。中国建筑学会建材委员会下设粉煤灰学组，每年召开专业会议，针对当前国内粉煤灰领域制定主攻方向，解决研发道路上出现的问题，使其健康发展，收获颇丰。每次会议均写出“会议纪要”报请相关部门。

  1987年在国家主管部门指导下批准成立了“中国城乡建设粉煤灰利用技术开发中心”，不定期召开专业研讨会。由于坚持不懈地开展学术活动和技术交流，全国粉煤灰利用技术不断创新和提高，各种项目达125项。经过专家论证，筛选出54项技术将这些技术分为：推广应用技术、需要完善的技术和重点开发研究的课题三大类。

  到了90年代由于限制烧结粘土砖生产力度加大，粉煤灰的利用达到了高潮，各地均结合自身的特点搞一些粉煤灰利用项目，甚至出现了几十种利用途径。为加强引导，由原国家计委提出并制定了“国标GB/T15321-94（电厂粉煤灰渣排放与综合利用技术通则）。标准中将粉煤灰综合利用范围分成六大类即建材制品、筑路、混凝土及砌筑、回填、农业及养殖业、其他。上述“技术通则”于1995年10月1日开始实施（笔者为“通则”的主要起草人之一），该“通则”的出台对全国的粉煤灰综合利用指明了方向，起到了推动作用和指导作用。该通则中的粉煤灰综合利用从内容上虽不够全面，但从全国层面上看，仍具有指导意义。

  国家除制定技术政策外，同时还制定了一系列的减免税等经济政策。国家级、各省市学会、协会与国内同行开展交流、定期出版专业期刊。国内外设备纷纷打入市场。粉煤灰由湿排改为干排，其品质得到了保证，使粉煤灰综合利用工作得到了快速发展。

  全国各大、中城市中，粉煤灰在建材制品、商品混凝土、路基、回填均有较大发展。以商品混凝土为例，粉煤灰已成为不可缺少的一种组份，早已被业内人士认同，如三峡工程、奥运工程、世博会工程、地铁工程，这些工程中的混凝土中，均使用了粉煤灰，所产生的技术经济效益不可估量。我国每年生产水泥20亿吨，按每吨水泥可生产2m³混凝土计，每m³混凝土用50kg粉煤灰，40亿m³混凝土需要2亿多吨粉煤灰。

  粉煤灰综合利用的发展壮大，与上下各级领导强有力的支持和一大批长期在幕后默默无闻，勤勤恳恳的粉煤灰工作者和工程技术人员的操劳是分不开的。在此不得不提出已故学者上海的沈旦申教授，他是发展粉煤灰在混凝土中应用领域的先驱，形成了粉煤灰混凝土学说，即“粉煤灰资源整回再造说”、“粉煤灰效应说”、“脉博系统说”、“颗粒形态减水说”、“粉煤灰势能说”，“粉煤灰使用效能涨落说”简称“飞灰六说”，对粉煤灰混凝土发展做出了突出贡献。老一辈的科技工作者和工程技术人员对工作精益求精，任劳任怨，一丝不苟的工作精神值得我们学习。

  80年代中期适于砌筑、抹灰用的“双灰粉”，由笔者负责研制成功，取得较好经济效益。

  综上所述，1980年前的30年粉煤灰利用工作，主要是探索试验、小型工程试点、技术贮备、打基础、属于潜伏期。1980年后30年属于成长、蓬勃发展壮大期。

  粉煤灰综合利用中存在的问题

  粉煤灰综合利用区域发展不平衡。受地区市场影响，资源贫富差异影响，排放与利用矛盾突出，京津沪和东部沿海地区利用水平较高。综合利用率达95%以上，供需矛盾突出，发达地区粉煤灰供不应求，产灰地区积存量惊人。历年排放粉煤灰总量达25亿吨以上，造成土地和环境污染。

  政、产、学、研、用五大层面脱节。某些院校、科研单位立项课题与市场需求脱节，生产企业研发能力较弱。

  现有政策体系有待完善。对落后产能、污染环境、资源浪费，缺乏有效的法律法规的监督管理。用灰企业优惠政策得不到落实。

  对今后我国粉煤灰综合利用发展的几点思考

  确定总方针。在着手执行 “十三五”规划时，尽早考虑粉煤灰利用走向问题，是值得各级主管部门关注的。以笔者一孔之见，从国家层面考虑，粉煤灰综合利用的指导方针应是：结合国情，因地制宜，就地利用、大宗利用、直接利用、加工利用、节能降耗、市场需求。

  明确重点。鉴于国家节能、环保形势紧迫，粉煤灰利用又一高潮已经到来，大有“村村点火，处处冒烟”之势。粉煤灰已到梳理的时候了，建议召开以大区范围的座谈会，明确方向，达成共识。当务之急应将重点放在巩固推广已有成熟技术项目上来。主攻方向：一是商品混凝土、水泥、新型墙体材料；二是矿井回填，井下利用；三是复垦，回填造地等；四是优惠政策的落实。切实解决推广、应用中的问题。

  以环保为导向。出于环保要求，脱硝粉煤灰和循环流化床粉煤灰日益增多，这些粉煤灰在材性上与普通粉煤灰存在差异，各地在应用时要进行认真检测。

  如实总结试点工程。关于利用高铝粉煤灰提取氧化铝问题，笔者认为，应搞好试点，在总结经验和教训的基础上进行，避免形成“一拥而上，一拥而下”避免形成“全民炼铝”的局面。试点有成功也有失败，切忌骑虎难下。要解决好经济效益与利废的关系，遵循研发程序，如实总结经验和教训，既报喜也报忧。

  关注研讨会的实效。目前某些研讨会商业气息太浓。研讨会应重视解决实际问题，注重经验交流与沟通。使研讨会切实起到行业交流、技术提升的作用。

  观粉煤灰历史演变，思未来发展之前景。群策群力，解决工作中出现的新问题，把粉煤灰综合利用事业推向新的高度。

  作者简介

  王思恭，高级工程师。自1957年起，在50余年的工作中先后在建筑科研单位长期从事粉煤灰研发和综合利用工作。曾多次获国家级、部级和北京市奖励，所获科研成果均用于工程实践，取得显著的技术、经济和环境效益。

  曾考取联合国奖学金，赴日本研修，研究课题为：粉煤灰混凝土碳化研究；主持并参与有关粉煤灰的国标、行标和地方标准的编制和审议工作；在电厂粉煤灰的排放、利用和管理方面有所建树。