含氨粉煤灰的危害及快速評價方法的研究

□文/鄭 明 李 微 張 萍 周全景

粉煤灰作為預拌混凝土的一種礦物外加劑，不但可以提高拌和物的和易性，還可以提高混凝土的抗裂能力以及后期強度增長率。隨著預拌混凝土技術的發展，高質量粉煤灰供不應求，致使很多問題粉煤灰逐漸流入原材料市場，如：脫硫灰、浮黑粉煤灰、磨細粉煤灰、混有石灰石粉粉煤灰、脫硝粉煤灰等。這些粉煤灰通過外觀很難識別，但在成分和性質上有別于普通粉煤灰，使用時會出現水泥安定性不良、混凝土和易性較差等現象[1～9]。近年來，我國因為問題粉煤灰導致的工程質量事故有很多[10～11]；因此，粉煤灰的性能檢測和質量監控對于混凝土生產和應用有非常重要的意義。

為進一步驗證問題粉煤灰對混凝土性能的危害并研究快速評價粉煤灰潛在危險因素的方法，根據實際生產配合比分別配制了摻加合格粉煤灰和問題粉煤灰的兩種混凝土，設計強度等級為C35和C40。

1 試驗方法

1.1 原材料

1）石子：技術指標見表1。

表1 石子技術指標

2）砂子：技術指標見表2。

表2 砂子技術指標

3）水泥：P·O 42.5水泥物理性能見表3。

表3 P·O 42.5級水泥物理力學性能

4）礦粉：技術指標見表4。

表4 礦粉技術指標 %

5）粉煤灰：分別對兩種粉煤灰的細度、需水比、燒失量做檢測，見表5。

表5 粉煤灰技術指標 %

1.2 配合比

水膠比：C35 混凝土0.45，C40 混凝土0.42。膠凝材料：C35 混凝土總質量380 kg，C40 混凝土總質量420 kg。砂率45%；混凝土表觀密度2 360 kg/m3。

2 試驗結果

2.1 對混凝土拌和物的影響

1）混凝土產生氨氣。問題粉煤灰在使用過程中有刺鼻氣味，隨著攪拌進行，刺鼻氣味逐漸濃烈。

2）混凝土和易性差。摻加問題粉煤灰的新拌混凝土放置一段時間后出現離析分層，保水性和黏聚性差，經時損失大。

3）混凝土凝結時間延長。普通混凝土終凝時間為9 h，摻加問題粉煤灰的混凝土終凝時間為20 h。如果這種混凝土按照正常的時間拆模，混凝土局部尚未終凝，可能出現大面積粘模、脫落等質量缺陷。

4）混凝土含氣量增高。見表6。

表6 設計強度為C35、C40混凝土含氣量 %

2.2 對膠砂強度的影響

為研究含氨粉煤灰對膠砂強度的影響，用含氨粉煤灰替代部分水泥，水膠比0.5，試件成型為40 mm×40 mm×160 mm，標準養護24 h 后拆模，分別測其3、28 d的抗折強度和抗壓強度。見表7。

表7 不同摻量含氨粉煤灰試塊抗折強度和抗壓強度

由表7可知，問題粉煤灰摻量越大，試塊的抗折強度和抗壓強度越低。

2.3 對混凝土密度的影響

摻含氨粉煤灰混凝土標養試塊與鉆芯取樣試塊密度均低于設計密度。見表8。

表8 設計強度為C35、C40混凝土密度 kg/m3

2.4 對標養混凝土齡期強度的影響

混凝土留置的標養試塊齡期強度見表9。

表9 設計強度為C35、C40混凝土齡期強度 MPa

摻加含氨粉煤灰的混凝土28 d標養抗壓強度低于設計強度。對試塊進行了破損后觀察，試塊存在微小氣孔，無大氣孔。混凝土試塊終凝前有膨脹現象，拆模后試塊側面有微小橫向裂紋。見圖1和圖2。

圖1 終凝前

圖2 拆模后

2.5 對同條件混凝土強度的影響

砌筑了尺寸為1 500 mm×1 000 mm×300 mm、強度等級為C35、C40 的試驗墻，進行15、28、35、42、65 d的回彈試驗。見圖3和圖4。

圖3 兩種混凝土不同齡期回彈值

圖4 兩種混凝土不同齡期強度百分比

由圖3和圖4可知，摻加含氨粉煤灰的C35和C40混凝土回彈值遠低于正?；炷翉姸群驮O計強度且強度百分比均未能達到設計要求。

對摻加含氨粉煤灰試驗墻進行28、60 d 的鉆芯取樣，見表10。

表10 設計強度為C35、C40含氨粉煤灰混凝土鉆芯實體強度 MPa

由表10 可知，摻加含氨粉煤灰的C35 和C40 混凝土實體強度值遠低于設計強度。

3 試驗結論

含氨粉煤灰的細度、需水量比、燒失量與合格粉煤灰相近且滿足質量控制標準要求，通過傳統檢測方法無法發現質量問題。含氨粉煤灰粉煤灰對混凝土的外觀、含氣量、強度值均有較大的影響，會導致混凝土出現質量缺陷。

因此，控制問題粉煤灰的應用，快速檢測粉煤灰的質量，對保障混凝土質量有實際的指導意義。

4 粉煤灰檢測方法

4.1 基于混入石灰石粉的粉煤灰快速檢測方法

4.1.1 鹽酸滴定法

粉煤灰不與鹽酸反應，石灰石粉與鹽酸反應劇烈且有大量CO2溢出?；瘜W反應式

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

1 g 純石灰石粉與鹽酸完全反應，放出0.44 gCO2，CO2與飽和Ca（OH）2反應生成白色CaCO3沉淀，可定性判斷粉煤灰中含石灰石粉雜質；利用CO2在水中溶解度小的特點，通過電子分析天平秤量反應物質量損失，定量檢測粉煤灰中石灰石粉的含量。見圖5。

圖5 粉煤灰+鹽酸澄清石灰水排水收集氣體

具體檢測方式如下：

1）配制1 mol/L的鹽酸溶液，密封儲存；

2）用分析電子天平在秤量紙上秤取粉煤灰樣品1 g備用；

3）在50 mL 小燒杯中稱取足量的鹽酸溶液，將稱量好的粉煤灰倒入燒杯中，待無氣泡生成時，記錄反應物質量損失；為加快反應速度，可放置在50～70℃水浴中進行；

4）反應物損失質量即石灰石粉的質量，約為生成的CO2的質量。

4.1.2 微觀結構檢測法

將粉煤灰樣品置于顯微鏡下觀測（采用100 倍以上的顯微鏡），觀測樣品微觀形貌是否為玻璃微珠狀態，檢驗其是否摻有粉煤灰以外的物質，如大量存在非玻璃微珠狀態物質，則判定粉煤灰不合格。正常粉煤灰在顯微鏡下呈玻璃球狀，問題粉煤灰在顯微鏡下呈棱角狀。見圖6和圖7。

圖6 正常粉煤灰

圖7 問題粉煤灰

4.2 脫硝粉煤灰銨根離子和金屬鋁含量超標的檢測方法

4.2.1 試驗藥品及器具

氫氧化鈉、石蕊試紙、玻璃棒、燒杯、天平（感量1 g）。

4.2.2 檢驗方法

1）燒杯中加入水100 mL、氫氧化鈉5 g，充分溶解。

2）稱取粉煤灰50 g 倒入燒杯中，用玻璃棒攪拌至粉煤灰全部分散。

3）觀察5 min混合物的狀態。

4.2.3 結果判定

1）在規定的時間內，若有大量的氣泡生成，則該批粉煤灰不合格。

2）如氣體伴有刺激性氣味，則可能產生的是氨氣，將濕潤的紅色石蕊試紙置于燒杯口處，觀察其是否變色并作記錄。

3）如氣體無刺激性氣味，則可能產生的氫氣，取小試管用向下排空氣法收集一試管氣體，用拇指堵住管口，接近火焰，松開拇指，聽是否有爆鳴聲并作記錄。

根據此方法對本試驗所用粉煤灰做檢測并計算氨的含量，見表11。

表11 兩種粉煤灰氨含量 %

5 結語

問題粉煤灰進廠很難通過標準驗收發現質量問題，其應用于混凝土生產中，會出現一系列較為嚴重的質量問題和缺陷。粉煤灰進廠復驗時在進行細度、需水比檢驗后，還要對其是否摻有石灰石粉、銨離子和鋁離子等危害混凝土質量的因素進行檢測，確保混凝土質量合格，減少工程損失，避免質量事故發生。