淺析粉煤灰的變化對混凝土質量的影響

多曉梅

（山東三箭投資管理有限公司，山東　濟南　250000）

淺析粉煤灰的變化對混凝土質量的影響

多曉梅

（山東三箭投資管理有限公司，山東濟南250000）

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應用面的擴大，其整體使用量也逐年遞增，出現了一些魚目混珠的假粉煤灰。另一方面由于國家環保要求的日臻提高，對于廢氣排放標準有了更嚴格的要求。為了達到廢氣排放的環保指標，對排放的廢氣處理，這樣的變化引起了粉煤灰成分的較大變化。掌握目前粉煤灰的各種特點和性能，合理科學的利用粉煤灰將對混凝土生產質量和經濟效益產生積極影響。

粉煤灰；混凝土；質量

1　粉煤灰在混凝土中的作用

粉煤灰是目前混凝土生產過程中常用的材料組分之一，它在混凝土中的四大功效：

（1）火山灰效應：摻合料中潛在活性物質與堿性物質或石膏反應生成水硬性物質。

（2）形態效應：由外觀形貌、表面性質、顆粒級配等產生的效應。

（3）微集料反應：粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細孔，改善混凝土孔結構和增大密實度的效應。

（4）界面效應：粉煤灰與水泥水化產生的 Ca(OH)2發生反應，減少了 Ca(OH)2的含量，改善界面過渡區結構，使漿體界面的粘結力增加。對改善混凝土的和易性、保水性、流動性，提高強度及長期耐久性都有極為重要的作用。

2　粉煤灰應用在國家標準中的變化

基于粉煤灰在混凝土中的突出作用和特點，在新的國家標準中更改了粉煤灰摻加這個觀點，強調其并非取代水泥，它與水泥的作用存在差別。在以往的標準和認識中僅突出它的某些特性而采用超量取代系數來確定粉煤灰的用量，帶來了很多問題（按等稠度、等強度、等級原則），如較大的粉煤灰摻量雖然改善了新拌混凝土的和易性，但混凝土的收縮增大，出現裂紋的幾率增大，耐久性降低。目前的標準中在確定粉煤灰的最大摻量時，全面考慮粉煤灰的質量，如細度，發揮粉煤灰的有益效應，改善混凝土性能。但粉煤灰細度過大，則摻量受到限制。需水量：該指標影響混凝土的用水量、外加劑的摻量和混凝土的強度等。

目前粉煤灰的使用也充分體現對混凝土耐久性的重視，在按照水泥種類和混凝土種類規定粉煤灰最大摻量的基礎上，增加了水膠比的限制條件，更為科學的利用粉煤灰，對粉煤灰應用效果的影響因素有了更全面的考慮。也在確定粉煤灰的最大摻量時，全面考慮粉煤灰的質量。

3　粉煤灰的質量及應用現狀

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應用面的擴大，其整體使用量也逐年遞增，甚至在某些地區出現了供不應求的局面，粉煤灰價格也隨之水漲船高。在此種現狀下為了滿足市場需求和追逐利益，一些不法之徒將一些劣質及不能用于混凝土生產、品質低下的劣質粉煤灰改頭換面打入市場，也出現了一些魚目混珠的假粉煤灰，加之有些混凝土公司進場把關不嚴，導致了這些劣質粉煤灰流入工程中，給工程質量帶來較大隱患。另一方面由于國家環保要求的日益提高，對于電廠的廢氣排放標準有了更嚴格的要求。為了達到廢氣排放的環保指標，電廠對排放的廢氣進行脫硝或脫硫處理，這樣的變化引起了粉煤灰成分的較大變化，而且由于不同的電廠處理工藝和處理程度不同，其成分更是千差萬別。

目前幾種特殊粉煤灰：

（1）脫硝灰：NOx的排放會造成嚴重的大氣污染，形成酸雨或化學煙霧。電廠排放的 NOx占全部排放量的60%，引起環保部門的高度重視。火電廠大氣污物配方標準GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》中的規定比以往的標準更為嚴格。為了達到排放標準，減少 NOx排放量，必須進行煙氣脫硝，產生了由于脫硝措施生產的脫硝粉煤灰。

其原理是使用氨作為還原劑將 NOx轉化為無污染的 N2：

選擇性非催化還原法投資小、布置簡易、占地面積小，得到了廣泛的應用。

（2）脫硫灰：為了減少 SO2排放量，采用脫硫措施生產的粉煤灰。燃煤產生的 SO2的排放量占排放總量的90% 以上。

把石灰石粉噴到爐膛燃燒室上部，石灰石瞬間分解生成的 CaO 和 SO2，反應生成 CaSO4：

生成的 CaSO4等隨飛灰在除塵器中收回，成為脫硫粉煤灰。

（3）煅燒灰：煅燒煤矸石得到的粉煤灰。煤矸石是采煤過程和洗煤的過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含 C 量較低，比煤堅硬的黑色巖石。

（4）磨細粉煤灰：由顆粒較大、篩余量較大的粉煤灰經球磨得到的粉煤灰。

（5）浮油灰：為了提高燃煤效率，添加油性物質作為助燃劑，助燃劑不完全燃燒，在粉煤灰中存留油分，顏色黑、有異味，對混凝土的性能產生不良影響，須慎重識別、使用，它影響混凝土的表觀質量，造成泌水、緩凝、強度低。

4　粉煤灰對混凝土質量的影響

4.1粉煤灰摻量對混凝土不同齡期抗壓強度的影響

當原材料和環境條件一致時，摻粉煤灰混凝土的強度增長主要取決于粉煤灰的火山灰效應，即粉煤灰中玻璃態的活性氧化硅、氧化鋁與水泥漿體中的氫氧化鈣作用生成堿度較小的二次水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣的速度和數量。粉煤灰在混凝土中，當氫氧化鈣薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時，就開始發生火山灰效應。但由于在氫氧化鈣薄膜與粉煤灰顆粒表面之間存在著水解層，鈣離子要通過水解層與粉煤灰的活性組分反應，反應產物在層內逐級聚集。水解層未被火山灰反應物充滿到某種程度時，不會使強度有較大增長。隨著水解層被反應產物充滿，粉煤灰顆粒和水泥水化產物之間逐步形成牢固聯系，從而導致混凝土強度、不透水性和耐磨性的增長，從這點來看粉煤灰的水化反應速度隨著水泥的逐漸水化，氫氧化鈣數量的增多其潛在活性才會被逐漸激發。這就是摻粉煤灰混凝土早期強度較低、后期強度增長較高、初凝時間延遲等的主要原因。因此也使得摻粉煤灰混凝土的各種性能有了較大變化。

筆者在對粉煤灰的使用過程中總結了一些其對混凝土性能影響的規律：

（1）對強度的影響

早期強度低于基準混凝土粉煤灰；摻量合適，28d 強度率高于基準混凝土；粉煤灰摻量過大，各齡期強度均低于基準混凝土。

（2）粉煤灰對凝結時間的影響

粉煤灰摻量越大，漿體凝結時間越長。粉煤灰摻量超過30%，漿體凝結時間漲幅增大。

（3）粉煤灰對混凝土塑性收縮的影響

粉煤灰混凝土的塑性收縮低于不摻粉煤灰的混凝土，高鈣灰更有利于降低混凝土的塑性收縮。

（4）粉煤灰對混凝土抗碳化性能的影響

加入粉煤灰消耗掉混凝土中的部分 Ca(OH)2使混凝土的總體堿度降低，繼而加速碳化進程，對鋼筋混凝土結構耐久性不利。粉煤灰摻量30% 之內對混凝土的碳化性能影響程度較小。

（5）粉煤灰對混凝土抗凍融性能的作用

在經歷相同的凍融循環次數后，粉煤灰混凝土的相對動彈性模量低于基準混凝土，說明摻加粉煤灰后不利于混凝土的抗凍融性能。

4.2幾種特殊的粉煤灰對混凝土質量的影響

4.2.1脫硝灰對混凝土質量的影響

隨著脫硝工藝的普及，脫硝粉煤灰的比例增大，脫硝粉煤灰對混凝土性能的危害增強：生產混凝土時常出現一股強烈的氨氣味；新拌混凝土中產生過多的氣泡，并上浮于混凝土表面；混凝土表面留有黃色斑跡或泡眼痕跡，嚴重影響表觀質量。多個地方的混凝土攪拌站均發現類似問題。脫硝粉煤灰對空氣質量的危害：釋放出氨氣影響混凝土生產和施工現場的空氣質量；脫硝粉煤灰中的氨完全釋放需要很長時間，嚴重影響建筑物的空氣質量；室內氨氣污染導致開發商與業主之間的糾紛。

脫硝粉煤灰在混凝土中產生氨氣的原因是由于脫硝反應的影響因素多，為了提高氧化氮的去除率，加入過量的氨進行脫硝。過量的氨被粉煤灰吸附或與粉煤灰反應，導致粉煤灰中的氨含量增加。當氨含量較高的粉煤灰與水相遇后便會離解出 NH4+，水泥與水反應生成 OH-，在攪拌過程中會發生如下反應：

脫硝粉煤灰的危害防范對策：

（1）脫硝粉煤灰的識別與檢測

根據上述反應，可以利用氨氣的此項特性對粉煤灰進行檢測：取適量粉煤灰和水泥至于錐形瓶中，加適量水攪拌，并在錐形瓶口上方蓋上濕潤的酚酞試紙。若酚酞試紙變紅，且有刺鼻的氨氣味道，可判定為脫硝粉煤灰。

（2）預防脫硝粉煤灰危害的措施

簽訂合同：在粉煤灰進場前對所選粉煤灰廠家進行認真考察，如了解到燃煤電廠采用脫硝技術時，應提醒廠家減少粉煤灰中的氨含量，加強粉煤灰的出廠質量檢測，禁止氨釋放量超標的粉煤灰流入攪拌站。并在相關條款中注明氨釋放量的限定數值并對造成的后續損失界定責任方。

進廠檢測：當確認氨釋放量超出標準時做退貨處理避免脫硝粉煤灰造成更進一步的質量問題。

留樣備檢：對封存的樣品做好詳細的標識，當對粉煤灰的氨釋放量存在疑慮時，應將封存樣品送有資質的第三方檢測機構進行檢測，避免脫硝粉煤灰對水泥基材料的性能和空氣質量造成危害，避免混凝土企業承受不必要的損失。

4.2.2脫硫灰對混凝土質量的影響

嚴重的會引起混凝土開裂和崩解。

（1）粉煤灰游離 CaO 含量高，產生體積膨脹，使水泥石開裂。

（2）SO3含量高，生成高硫型水化硫鋁酸鈣，體積約增大1.5倍。

（3）嚴重的混凝土緩凝：脫硫灰中含有 CaSO3、CaSO4、Ca(OH)2、CaO 物質，CaSO3、CaSO4對水泥具有明顯的緩凝劑作用，CaSO3的緩凝作用比二水石膏還強，造成混凝土凝結時間大幅延長。

脫硫粉煤灰的鑒別方法：脫硫灰色淺，手感比普通粉煤灰細膩；脫硫灰中含有 CaO，將其放入器皿中，稍加攪拌，滴入幾滴酚酞試劑后，溶液呈紅色，用 pH 試紙檢測為堿性；生石灰與水反應是一個放熱過程，會導致水溫上升；脫硫灰中含有大量石膏，這種灰放在空氣中若干天會發硬。

預防脫硫粉煤灰危害的措施：應在相關條款中明確脫硫粉煤灰給混凝土質量帶來的巨大危害，如供應脫硫粉煤灰，后果及損失應由供應商承擔。當確認是脫硫粉煤灰時應做退貨處理，避免造成更進一步的質量問題。對封存的贗品做好詳細的標識，當對粉煤灰的質量存在疑慮時，應將封存的樣品送有資質的第三方檢測機構進行檢測。

4.2.3煅燒灰的性能指標和對粉煤灰混凝土產生的危害防范對策

某地煅燒煤矸石粉按照現行粉煤灰標準的指標測試結果見表1。

表1　煅燒灰性能指標

煅燒灰對混凝土的顏色、流動性、坍落度損失速度、強度影響很大，在試驗室的常規檢測結果不能說明所有問題，應通過混凝土配比進行全面實驗。

4.2.4磨細粉煤灰的危害及防范對策

磨細后表面玻璃體被破壞，使用效果差，粉煤灰的形態效應降低，失去“滾珠效應”。

磨細粉煤灰與普通粉煤灰需水量接近，但兩者拌制的混凝土的工作性能相差很多。不能只看混凝土的細度、燒失量、含水率等檢測指標，需要通過試配來確認是否是磨細粉煤灰。如是則盡量不用于高層泵送、自流平等對混凝土和易性要求較高的混凝土。

4.2.5浮油灰的危害及防范對策

為了提高燃煤效率，添加油性物質作為助燃劑，助燃劑不完全燃燒，在粉煤灰中存留油分，其類粉煤灰顏色黑、有異味，對混凝土的性能產生不良影響。它會嚴重影響混凝土的表觀質量，也會使混凝土產生泌水、緩凝等問題，用這種類型的粉煤灰生產的混凝土也會有強度降低的風險。所以在進場檢驗的過程中要嚴格把關，如發現此類粉煤灰應第一時間做退貨處理。

5　注意事項

總體來講合理科學的粉煤灰利用將對混凝土生產質量和經濟效益產生積極影響，反之亦然。在粉煤灰的使用中應特別注意以下事項：避免粉煤灰摻加量過大對強度、凝結時間、表觀質量、抗凍融性能、抗碳化性能產生的影響；注意粉煤灰的品種和質量穩定性、細度、含碳量、需水量和外觀（有時從水泥顏色也可初步判斷出粉煤灰的品質。粉煤灰外觀類似水泥顏色在乳白到灰黑色質檢變化，顏色是粉煤灰的一項重要指標，可以反映含 C 量的多少。粉煤灰有低鈣灰和高鈣灰之分，通常高鈣粉煤灰的顏色偏黃，低鈣灰的偏灰），在對其質量有懷疑的情況下也可借助微譜技術或顯微鏡等方法觀察判斷；注意環境溫度和施工養護對粉煤灰最高摻量的影響。還有一些特別注意的是在粉煤灰運輸進場過程中的常見問題：

（1）同一車粉煤灰上下分層，黑灰放于底部，嚴重影響混凝土的性能，對此應加大抽檢力度。使用管狀取樣器對同一車粉煤灰分2次以上檢驗，或在打料過程中從料管中接料。

（2）摻加：將原灰、石灰石粉、爐渣粉、鋼渣粉直接進行混凝土配合比試驗，查看粉煤灰對用水量、工作性能、凝結時間和強度的影響。慎重使用特殊粉煤灰。

為確保混凝土產品質量，也要建立嚴格的制度保證粉煤灰質量的可追溯性：

（1）建立進場臺賬，詳細記錄日期、廠家、型號、重量、車號等信息作為檢驗批次劃分的依據。

（2）保存好相關質量證明文件，每車一份合格證，每批一份檢測報告，每半年一份型式檢驗報告。做好取樣、留樣工作、備份樣品，做好復檢工作（委托書、復檢原始記錄和復檢報告）。

（3）同一批次原材料的質量證明文件和復檢資料匯總整理保持對應關系。

通過以上各個環節方可把控好粉煤灰質量，將不同品種的粉煤灰物盡其用，力求做到科學、經濟、高效。

［通訊地址］山東濟南高新區經十路23365號（250000）

Analysis of the influence of fly ash on the quality of concrete

Duo Xiaomei
(Shandong Sanjian Investment Management Co., Ltd., Shandong Jinan250000)

Abstrast: In recent years, because of the adding amount of fly-ash raising and the application extenting, the use of fly ash amount is increasing year by year, and some fake fly-ash appears. On the other hand, due to the requirements of the national environmental protection gradually improve, the emission standards have more stringent requirements. In order to reach emission of environmental protection index, we discharge the waste gas treatment, this caused large changes in the composition of fly ash. Master the characteristics and properties of fly ash, scientific and reasonable utilization of fly ash will be on quality of concrete production and economic benefits produced positive effects.

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多曉梅，女，高級工程師，長期從事混凝土生產、研究及試驗工作。現為山東三箭投資管理有限公司高新分公司技術負責人。