淺析浮油粉煤灰特性及對混凝土性能的影響

張鳴雷中鐵隧道局集團有限公司工程試驗分公司（471000）

0 前言

隨著對粉煤灰的深入研究和工程上的使用，粉煤灰在混凝土中的作用正在從一種單一的經濟摻和料向重要的功能性材料轉變。研究表明，在混凝土中摻入粉煤灰，能夠有效地改善混凝土內部結構、大幅度提高混凝土的耐久性，并且有著良好經濟效益和社會效益[1]。粉煤灰對混凝土的影響主要體現在以下四大功效上：

1）火山灰效應：摻和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）微集料效應：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，改善混凝土內部結構和增大密實度；

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，改善了界面過渡區結構，使漿體界面的黏結力增加[2]。產生的效果主要有提高混凝土強度，延長混凝土凝結時間，減少混凝土塑性收縮，提高混凝土抗凍融性能，改善混凝土的和易性、保水性、流動性。

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應用范圍的擴大，粉煤灰使用量在逐年遞增，市場上出現供不應求的局面，粉煤灰價格也隨之上揚。在此境況下，為了滿足市場需求和追逐利益，一些廠商魚目混珠，將假劣的粉煤灰改頭換面打入市場。有些施工單位進場檢驗把關不嚴，導致這些假劣粉煤灰進入工程實體中，給工程質量安全帶來較大隱患。

由于煤炭資源日益緊缺和環保要求日益提高，人們對電廠廢氣排放標準有了更嚴格的要求。為了達到廢氣排放環保指標，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[2]。目前市場上出現的特殊粉煤灰主要包括：煅燒粉煤灰、脫硫粉煤灰、脫硝粉煤灰、磨細粉煤灰、浮油粉煤灰等。這些粉煤灰會從各個方面對混凝土產生不好的影響。

現代燃煤工藝中，為了提高燃煤效率或電廠的某些特殊操作要求，會在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質作為助燃劑，這些助燃劑不能完全燃燒，會在粉煤灰中殘留油分。特別是粉煤灰經過分選后，收集的粉煤灰會含有更多的未燃盡油分，用于拌制混凝土。這些油分上浮，在混凝土中容易漂浮出黑色油狀物。這種粉煤灰被稱為浮油粉煤灰[3]。浮油粉煤灰會影響混凝土的表觀質量，造成泌水、緩凝、強度低等現象。希望本次研究的浮油粉煤灰對混凝土的影響，能對以后工程試驗遇到此類問題有一定的指導作用。

1 試驗概況

1.1 原材料與配合比

1.1.1 原材料

水 泥：P·O 42.5 級水泥 ，28d 抗 壓 強 度 47.7 MPa。砂：Ⅱ區級配河砂，細度模數2.8，含泥量1.4%，表觀密度 2 690 kg/m3。碎石：（5～31.5）mm 連續級配，（5～10）mm：（10 ～20）mm：（16 ～31.5）mm=20% ：50%：30%，最大粒徑31.5 mm，表觀密度 2 720 kg/m3，針片狀顆粒含量4%，含泥量0.4%，壓碎指標7%。減水劑：PCA-Ⅰ緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率27%，含氣量4.9%。拌和用水：井水，符合規范要求。粉煤灰：F類Ⅱ級，分別抽取正常粉煤灰和浮油粉煤灰兩種粉煤灰進行試驗。

1.1.2 配合比

C35泵送混凝土，坍落度范圍160～200 mm，粉煤灰摻量25%，砂率42%，減水劑摻量1.0%，水泥：粉煤灰：砂子：碎石：水;減水 劑=281：94：788：1 087;150：3.75，膠材總量 375 kg。

1.2 試驗與測試

1.2.1 兩種粉煤灰外觀檢測

抽取正常與浮油兩種粉煤灰，放入白色瓷盤中，直接用肉眼觀測其顏色等特征；

抽取正常與浮油兩種粉煤灰，放入白色瓷盤中，加水緩慢攪拌均勻，靜置10 min，觀察其漂浮物顏色，并聞氣味。

1.2.2 兩種粉煤灰試驗檢測

分別對抽取的正常與浮油兩種粉煤灰進行試驗檢測，檢測項目包括：細度（45μm）、需水量比、燒失量、游離氧化鈣、SO3含量，試驗方法按照規范GB/T 1345—2005《水泥細度檢驗方法篩析法》、GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 176—2017《水泥化學分析方法》執行。

1.2.3 兩種粉煤灰條件下的混凝土試驗

采用強制式攪拌機進行混凝土攪拌，投料順序為：水泥→粉煤灰→砂子→碎石，干拌30 s，再加入混有高性能減水劑的水，濕拌3 min，攪拌均勻后出料，測定坍落度和含氣量，并觀察表觀質量、泌水、抓地等情況，裝入150 mm×150 mm×150 mm塑料混凝土試模，標準養護室養護（溫度20℃±2℃，濕度≥95%），檢測28 d混凝土強度（分別各拌制兩盤混凝土，各制作試件6塊）。

2 試驗結果

2.1 兩種粉煤灰外觀檢測結果

干燥狀態下正常粉煤灰顏色偏淡，呈淡灰色。浮油粉煤灰顏色偏重，發黑發亮，呈黑色。如圖1所示。

圖1 左側浮油、右側正常

泡水過后，正常粉煤灰表面沒有浮油，且氣味正常。浮油粉煤灰表面很明顯有一層黑色油污，并且有異味，如圖2所示。

圖2 左側浮油、右側正常

2.2 兩種粉煤灰試驗檢測結果

通過對兩種粉煤灰進行試驗檢測可以發現，浮油粉煤灰的細度、需水量比和燒失量指標都優于正常粉煤灰，游離氧化鈣含量和SO3含量指標差于正常粉煤灰。對比結果見表1。

表1 粉煤灰試驗結果比對

2.3 兩種粉煤灰條件下的混凝土試驗結果

2.3.1 坍落度、含氣量試驗結果及表觀質量、泌水、抓地情況

使用兩種粉煤灰進行混凝土試拌，測試出機坍落度和含氣量，并觀察混凝土表觀質量、泌水、抓地情況發現，浮油對出機坍落度的影響不大，但會明顯降低混凝土含氣量，且浮油粉煤灰拌制出的混凝土表觀質量非常差，泌水、抓地情況嚴重，出現露骨、離析等不良現象。坍落度、含氣量試驗結果見表2、表 3。

表2 坍落度試驗結果

表3 含氣量試驗結果

2.3.2 強度試驗結果

從標準養護室中取出養護28 d的混凝土試塊，在DYE-2000型數字式壓力試驗機上進行抗壓試驗，試驗速率按照GB/T 50081——2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中規定“試驗過程中均勻加荷，混凝土強度等級≥C30且＜C60時，每秒鐘 0.5～0.8 MPa”，均勻試驗載荷 11.25～18.00 kN/s，直至試件壓碎。從結果可以看出，浮油粉煤灰拌制的混凝土，強度普遍偏低，比正常粉煤灰拌制出的混凝土強度低15%左右。強度結果見表4。

表4 抗壓強度試驗結果

3 分析與結論

3.1 結果分析

浮油粉煤灰顏色偏重，水泡之后表面漂出黑色油污。黑色油污是電廠為了提高燃煤效率，添加的油性助燃劑物質。助燃劑不能完全燃燒，在粉煤灰中存留下殘余油質。這些殘余油質導致粉煤灰含碳量增高，顏色發黑，在水泡后產生油污和異味。

粉煤灰試驗中，浮油粉煤灰的細度、需水量比和燒失量指標優于正常粉煤灰，是因為油性物質的加入，導致粉煤灰顆粒變得更加圓滑，顆粒間的黏結力下降，在細度試驗時，更容易濾過篩網。由于油性物質的加入，在燒失量試驗時，粉煤灰燃燒得更為透徹，燒減掉的質量里面也包含油性物質的質量，導致浮油粉煤灰燒失量指標變好。而游離氧化鈣和SO3含量的提高，可能也是因為油性物質殘余導致的結果。

浮油粉煤灰拌制的混凝土含氣量降低，表觀質量變差，泌水抓地現象嚴重，強度降低，是因為浮油粉煤灰里的油性物質與聚羧酸系減水劑里的丙烯酸或甲基丙烯酸反應，導致減水劑分子不能有效分散到分散系中，不能均勻吸附在水泥顆粒表面，使得水泥顆粒直接接觸，團聚在一起，導致減水劑的潤滑分散作用失效。潤滑作用失效最直接的后果就是泌水抓地現象嚴重、和易性變差，隨之拌和物性能失常、強度降低。

3.2 結論

常規的粉煤灰試驗檢測，不能夠有效判定浮油粉煤灰質量的好壞；通過顏色識別和泡水試驗，可以簡單判別是否為浮油粉煤灰；浮油粉煤灰導致混凝土拌和物性能參數失常，混凝土和易性變差，施工質量和工程實體外觀質量變差；浮油粉煤灰導致混凝土強度降低，影響工程質量與結構安全，建議發現后立即清退出場。