淺談不同品質粉煤灰對混凝土性能的影響及質量控制要點

李國強

【摘 要】優質粉煤灰在混凝土中合理使用，不僅經濟效益顯著，而且由于其特有的性能可以有效改善混凝土的工作性，降低混凝土溫升，增大混凝土的后期強度，抑制堿骨料反應，提高混凝土的耐久性等。但是隨著粉煤灰日趨多樣化，劣質粉煤灰逐漸流入市場，因此必須采用有效的檢測方法和質量控制措施，以抑制劣質粉煤灰的使用，避免預拌混凝土企業不必要的經濟損失。

【Abstract】The rational use of flyash in concrete， not only has significant economic benefits， but also because of its unique properties， can effectively improve the workability of concrete， reduce the concrete temperature rise， increase the late strength of concrete， alkali aggregate reaction， improve the durability of concrete etc.. But with the flyash is becoming more diverse， inferior flyash gradually into the market， so the detection method and effective quality control measures should be adopted， to suppress the use of inferior flyash， avoid unnecessary economic losses of concrete enterprises.

【關鍵詞】粉煤灰；混凝土； 性能

【Keywords】 coal ash； concrete； performance

【中圖分類號】TV331 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0164-03

1 引言

近年來，由于預拌混凝土生產數量越來越多，高質量的粉煤灰已經供不應求，很多劣質粉煤灰逐漸流入市場。劣質粉煤灰不僅嚴重影響混凝土的性能，甚至會導致混凝土質量事故。本文針對不同劣質粉煤灰品質發生變化的原因及其對混凝土性能造成的影響進行簡要分析，并通過采取有效的檢測方法和質量控制措施，抑制劣質粉煤灰的使用，對保障混凝土質量有實際指導意義。

2 劣質粉煤灰的品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

2.1 劣質粉煤灰的分類

目前市場上較常見的有原狀粗灰、磨細粉煤灰、脫硫粉煤灰、脫硝粉煤灰、浮黑粉煤灰、摻假粉煤灰等劣質粉煤灰。

2.2 不同劣質粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

2.2.1 原狀粗灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

第一，品質發生變化的原因分析。原狀粗灰是從火力發電廠未經過分選直接排入干灰庫或濕排在沉灰池中堆存的粉煤灰。此種粉煤灰表面粗糙，細度一般在45%以上（45um方孔篩篩余），燒失量在15%以上，活性指數不超過60%。此種粉煤灰現在多作為水泥的混合材料。

第二，對混凝土性能的影響。由于原狀粗灰篩余量大、雜質含量高、燒失量大難以發揮其有益效應。因此用其拌制的混凝土流動性小、保水性和黏聚性差、經時損失大，嚴重影響新拌混凝土的工作性能；另因其需水量過大會增加單位體積混凝土的用水量，導致水膠比增大，不僅抗壓強度嚴重降低，而且會嚴重降低硬化混凝土的抗滲、抗凍等耐久性能。

2.2.2 磨細粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

第一，品質發生變化的原因分析。

磨細粉煤灰是指通過廢棄原狀粗灰采用粉磨加工而獲得的再生粉煤灰。磨細粉煤灰與原狀粗灰相比45μm篩篩余量減少、活性有較大提高。雖然磨細粉煤灰與優質粉煤灰在化學成分上差異較小，但在物理性能上差異很大，會顯著影響混凝土的各項性能。

第二，對混凝土性能的影響 。

由于磨細粉煤灰的碳含量和雜質含量均大于優質粉煤灰，對水及外加劑的吸附性增強，而且磨細粉煤灰的顆粒多為表面粗糙的半球形顆粒碎片，缺乏潤滑性的球形微珠，因此在相同摻量條件下新拌混凝土流動性小于優質級粉煤灰混凝土，且經時損失大，對混凝土澆筑造成較大的影響。由于磨細粉煤灰表面積大于原狀粗灰提高了其水化反應能力，活性比原狀灰有顯著提高，因此有利于混凝土早期強度和后期強度的發展。經試驗在相同摻量、相同試驗條件下7d和28齡期的混凝土抗壓強度與分選收集的II級粉煤灰混凝土抗壓強度相當。

2.2.3 脫硫粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

第一，品質發生變化的原因分析。品質發生變化的主要原因是脫硫工藝造成的。一是燃燒脫硫（這種方法不產生石膏），燃燒脫硫是將石灰石粉CaCO3作為脫硫劑噴到燃煤爐膛燃燒室上部，隨后石灰石粉瞬間燃燒生成氧化鈣CaO，新生成的CaO與煙氣中的二氧化硫SO2進行硫酸鹽反應生成亞硫酸鈣CaSO3、硫酸鈣CaSO4（別稱硬石膏）；二是煙氣脫硫，煙氣脫硫是在燃燒產生的煙氣進入脫硫裝置的濕式吸收塔后，以石灰漿液Ca（OH）2作脫硫劑，在吸收塔內對含SO2煙氣自上而下噴淋石灰漿液，使煙氣中的SO2與石灰漿液Ca（OH）2霧滴逆流接觸發生反應，生成亞硫酸鈣CaSO3、硫酸鈣CaSO4、2H2O。CaSO4與2H2O氧化生成二水硫酸鈣晶體，經脫水后得到二水硫酸鈣CaSO4.2H2O（即生石膏），最終實現含硫煙氣的綜合治理。在燃燒脫硫或煙氣脫硫中隨之在除塵器中分選收集固體廢棄物及粉煤灰。顯然此種粉煤灰是粉煤灰、亞硫酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣和碳酸鈣的混合物。endprint

第二，對混凝土性能的影響。由于脫硫粉煤灰含有亞硫酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣和碳酸鈣等化學成分，其中亞硫酸鈣為主要成分，它對水泥有明顯的緩凝作用，如果在生產混凝土時采用脫硫粉煤灰，必然會對混凝土的凝結時間造成影響 [1]，嚴重時會造成混凝土長時間不凝結。因此在混凝土的生產過程中一定要警惕脫硫粉煤灰給混凝土質量帶來的巨大影響。

2.2.4 脫硝粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

脫硝粉煤灰是火力發電廠為達到廢氣中的二氧化氮NO2排放標準，在生產工藝中使用液態氨或尿素作為脫硝劑進行脫硝，脫硝后再通過分選收集而獲得的粉煤灰。此種粉煤灰最大特點是在潮濕和高溫的環境下會產生刺鼻的氨氣味。

第一，品質發生變化的原因分析。經過脫硝工藝流程后，過量的脫硝劑所產生的氨氣NH3會被粉煤灰顆粒吸附在空腔內，當遇潮濕的環境中氨氣NH3同二氧化碳CO2反應生成碳酸銨（NH4）2CO3，碳酸銨再反應生成碳酸氫銨NH4HCO3。碳酸氫銨在36℃以上就會分解產生氨氣NH3、CO2和H2O，從而產生氨氣味 。

第二，對混凝土性能的影響。如采用脫硝粉煤灰配制混凝土，拌合物表面通常會有較多氣泡冒出，同時伴有刺鼻的氨氣味。相關研究結果表明[2]，將不同電廠的脫硝粉煤灰以10%、20%、30%和40%摻入水泥中，具有一定的減水作用，但延長了水泥的凝結時間，并降低了水泥的早期強度，這些作用隨著粉煤灰摻量的增加而增強。CaO含量為5.80%的脫硝粉煤灰在水泥中替代率達30%和40%時，還會導致水泥的安定性不良。另外氨是國家標準《民用建筑工程室內環境污染控制規范》GB50325中強制控制的五項污染物之一。因此在混凝土生產過程中一定要警惕脫硝粉煤灰給建筑工程室內環境污染帶來的嚴重影響。

2.2.5 浮黑粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

第一，品質發生變化的原因分析。火力電廠為了提高燃煤工藝，會在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質作為助燃劑。這些助燃劑有時不能完全燃燒殘留在粉煤灰中，這種粉煤灰稱為浮黑粉煤灰。

第二，對混凝土性能的影響。如采用浮黑粉煤灰配制混凝土，拌合物表面會漂浮一些黑色油狀物，硬化后混凝土構件表面出現不規則的黑斑，嚴重影響構件的外觀質量。在構件抹灰時或粘貼裝飾板塊時還會造成砂漿與基層、砂漿與板塊的粘結質量不好。因此在對表面色差有嚴格要求的清水混凝土構件嚴禁使用。

2.2.6 摻假粉煤灰品質發生變化的原因分析及對混凝土性能的影響

第一，品質發生變化的原因分析。粉煤灰供應商為了獲取更大的經濟利益，在運輸罐車上部裝符合質量要求的粉煤灰，罐車中、底部裝質量差的粉煤灰；另一種情況是從燃煤電廠購買粉煤灰后再加入石灰石、煤渣、爐渣等進行復合磨細，充當優質粉煤灰銷售。

第二，對混凝土性能的影響。摻假粉煤灰由于其成分復雜、混合不均勻，有時對新拌混凝土性能影響較小，有時影響又較大。這樣不僅對新拌混凝土的質量穩定性難以控制，且對硬化混凝土性能的影響很難評估。

3 粉煤灰質量控制要點

3.1 粉煤灰進場質量控制

由于電廠以安全、經濟發電為主，粉煤灰是電力生產的廢棄物，電廠不會通過調整煤種、煤的品質、設備配置、運行狀況等來改變粉煤灰的質量。因此必須從貨源選擇、進場驗收兩個方面進行嚴格控制，避免劣質粉煤灰的進場使用。

3.1.1 貨源選擇控制

優選產品質量穩定、重信譽的大型火力發電廠為粉煤灰供應廠商。在合同的起草、簽約，乃至執行過程中，在國家標準的基礎上，明確并細化粉煤灰的質量標準、違約責任。對質量不合格的產品，嚴格按規定做退貨處理。

3.1.2 進場驗收控制

粉煤灰進場時應嚴格檢查出廠合格證、檢測報告、發貨單等出廠質量證明文件，并檢查散裝罐封鉛銘牌上標識是否與質量證明文件一致；抽樣人員應采用散裝水泥取樣器進行車車取樣，取樣時必須從粉煤灰運送罐車內不同部位和深度分別取樣，以保證所取粉煤灰具有代表性。杜絕偽劣假冒粉煤灰進場。3.2 采取有效的檢測方法控制

3.2.1 凝結時間、酸堿性試驗判斷脫硫煤灰[3]

將水泥和被檢測粉煤灰按7：3質量比混合而成凈漿試驗樣品，然后按GB/T1346規定方法進行凝結時間試驗和安定性試驗。如凝結時間不合格就可能是脫硫粉煤灰，因為凝結時間不合格是脫硫粉煤灰的一個重要表現。

因為脫硫粉煤灰含有生石灰CaO，可用酸堿性試驗判斷。將粉煤灰放入玻璃器皿內，稍加攪拌，滴入2%的酚酞后，溶液會呈紅色，用pH試紙檢測為堿性。如果含CaO較多時還會導致水溫上升，因為CaO與水反時應會產生熱量。

3.2.2 冷水和加熱試驗判斷脫硝粉煤灰

冷水試驗是將粉煤灰試樣放入錐形瓶中加入冷水后攪拌，隨后嗅聞漿體是否會發出刺激性氨氣味；加熱試驗是將適量的粉煤灰試樣置于錐形瓶中，然后將錐形瓶放入80℃的水鍋中加熱，在瓶口放上滴加有酚酞的干凈濾紙，觀察濾紙是否變色，并嗅聞氣體是否有氨氣氣味，如果呈紅色或有氨氣味則可判定是脫硝粉煤灰。

3.2.3 冷水試驗判定浮黑灰

將粉煤灰與水按1：9的比例混合攪拌，然后澄清觀察水面上是否有黑色灰狀物、油狀物漂浮，如果有黑色灰狀物、油狀物漂浮就是“浮黑灰”。

3.2.4 需水量比、燒失量試驗判斷摻假粉煤灰

如果粉煤灰的需水量比、燒失量很高應引起足夠的重視，這種粉煤灰中可能摻有磨細石灰石粉或采用原狀粗灰進行磨細的粉煤灰。因為石灰石粉的主要成分是碳酸鈣、原狀粗灰的碳含量高且雜質多，需水量會增大，高溫分解為氧化鈣和二氧化碳。

3.2.5 配合比試驗驗證粉煤灰的質量

配合比試驗是驗證粉煤灰質量最直觀、最行之有效的方法，因為它可以通過混凝土用水量、拌合物的和易性、凝結時間、早期強度、后期強度等指標，全面反映粉煤灰對混凝土各項性能的影響，其試驗結果數據可作為調整生產配合比的可靠依據。

3.3 粉煤灰在使用過程中的質量控制

3.3.1 混凝土生產過程及出廠檢驗控制

劣質粉煤灰在混凝土生產過程中和出廠檢驗時一般有以下三種表現：①在使用相同配合比生產時，攪拌機荷載電流顯示數據突然比正常情況下有時高出一倍，嚴重時會造成攪拌機放不出料。當出現這種兩種情況時就可能是需水量比大或與外加劑適應性差的磨細粉煤灰或摻假粉煤灰引起的。②在攪拌生產時、出廠檢驗時會嗅聞到刺鼻的氨氣味，出現這種情況可能是誤收了脫硝粉煤灰所致。③在出廠檢驗時如發現混凝土拌合物表面有黑色灰狀物或油狀物漂浮現象，有時還會發現較多的氣泡。出現這種情況一般是誤收了浮黑灰或是誤收了脫硝粉煤灰所致。

混凝土生產操作人員當發現以上情況之一時，應立即停止生產并向試驗室技術人員匯報，待查明原因并采取相應的可靠技術措施后方可恢復生產。檢驗人員出廠檢驗時，如發現以上情況之一時，應阻止混凝土出廠，以避免不必要的經濟損失。

3.3.2混凝土配合比調整控制

①當遇到劣質粉煤灰時，首先要降低粉煤灰使用量或者采用粉煤灰與礦渣粉雙摻技術，利用礦粉疊加效應降低劣質粉煤灰對混凝土質量的影響。②適當增加外加劑摻量，保證在水膠比不變的情況下減少混凝土的坍落度損失，滿足施工要求。但要注意外加劑摻量對混凝土凝結時間的影響。③適當增加水泥用量或立即停止使用劣質粉煤灰，以保證混凝土質量不受影響。

以上調整方法可以單獨采用也可以同時采用其中的幾種來控制劣質粉煤灰對混凝土質量的影響。

4 結語

由于粉煤灰日趨多樣化和復雜化，預拌混凝土企業技術人員及生產人員只要熟悉不同劣質粉煤灰品質發生變化的原因及對混凝土性能造成的不同影響，利用合理有效檢驗方法及質量控制措施就可以抑制劣質粉煤灰的使用，避免混凝土質量事故的發生。

【參考文獻】

【1】蘇根達.煙氣脫硫粉煤灰對水泥凝結時間的影響[J]，水泥，2005（5）：2-4.

【2】王穆君，徐玲玲，劉方，等.脫硝粉煤灰對水泥性能影響的研究[J].新型建筑材料，2011（6）：13-14.

【3】洪財.粉煤灰氨味問題成因的調查研究[J].新型建筑材料， 2013 （12）：23-24.endprint