粉煤灰中球形玻璃微珠含量檢測探討

曹鉞，柴景波

(中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，四川成都 610036)

1 粉煤灰在混凝土中的作用機理

粉煤灰由于其具備“形態效應、微集料效應及活性效應”，摻入混凝土后對混凝土多項性能指標有大幅改善，主要表現在減少混凝土用水量、改善和易性、降低水化熱溫升。

1.1 形態效應

粉煤灰由不同形狀的顆粒組成，在電子顯微鏡下顯示優質粉煤灰中45μm 以下的球形顆粒占80%以上。這些球形顆粒粒形完整，表面光滑，質地致密，在混凝土中如同軸承滾珠一樣起到潤滑作用，使混凝土拌和物更加致密、勻質，同時兼備減水作用。根據經驗，采用電吸塵粉煤灰減水效果可達10%左右，在同樣的用水量下，混凝土塑性增加，在稠度不變時，粉煤灰可減小用水量。

1.2 微集料效應

在電吸塵的粉煤灰中，5μm 以下的顆粒約占10%～15%，10μm 以下的顆粒為25%～30%。這部分顆粒比水泥細度小，在水化熱初期形成晶核，在水化產物表面上沉淀結晶，大量粉煤灰顆粒分散在水泥顆粒之間，熟料礦物的水化生成物被分散開，從而促進熟料礦物的水化反應，明顯的改善和增強混凝土的結構強度，提高其勻質性和致密性。

1.3 活性效應

活性效應又稱“火山灰效應”。因粉煤灰系火山灰質材料，其火山灰反應分為三個階段。第一階段是靜止期，在此期間，粉煤灰顆粒都分散在水介質中，熟料礦物與水發生水化反應，粉煤灰只起分散膠溶作用。第二階段為活化期，此時水泥顆粒繼續與水接觸，熟料中的硅酸鹽礦物繼續水化并生成許多C-S-H 凝膠體，同時生成的Ca(OH)2向液相中擴散，Ca(OH)2不斷增加，在水和堿條件下，粉煤灰中活性SiO2和Al2O3被激發，產生水化反應，即二次水化反應。在粉煤灰顆粒表面上生成C-S-H 凝膠體，同時有鈣礬石形成。第三階段是結晶期。由于C-S-H 凝膠體含量不斷增加以及再結晶作用，晶體不斷生長增長，形成結晶迭聚體，交織成網狀結構填充空隙，從而提高混凝土的耐久性能。

以上三種效應相互關聯，互為補充。粉煤灰的品質越高，效應越大。由于粉煤灰品質主要由其所含的玻璃微珠球體的比例決定，因此，粉煤灰對混凝土性能改善的程度是由其所含的玻璃微珠球體的比例決定的。

2 不同玻璃微珠球體含量的粉煤灰效果對比

Ⅰ級粉煤灰燒失量低、顆粒細、球形顆粒含量高，45μm 以下的玻璃微珠球體含量應在90%以上，從而使形態效應、微集料效應和火山灰效應得以充分發揮，具有1+1＞2的效果。

對編號為A 和B 兩種品牌I 級粉煤灰的玻璃微珠球體含量進行檢測。A 品牌粉煤灰在放大至200μm 時電子顯微鏡下的成像見圖1;在放大至20μm 時電子顯微鏡下成像見圖2;B 品牌粉煤灰在放大至200μm 時電子顯微鏡下的成像見圖3，在放大至50μm 時的電子顯微鏡下成像見圖4。

2.2.1 粉煤灰品質檢驗

圖1 A 品牌粉煤灰放大至200μm 時的成像

圖2 A 品牌粉煤灰放大至20μm 時的成像

圖3 B 品牌粉煤灰放大至200μm 時的成像

對兩種品牌Ⅰ級煤灰的品質檢驗結果見表2。檢測結果表明其各項指標符合DL/T5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》Ⅰ級粉煤灰的標準。

2.2.2 粉煤灰玻璃微珠球體含量及強度對比

粉煤灰的作用是減少混凝土用水量、改善和易性、降低水化熱溫升。粉煤灰與水泥混合加水得到的擴散顆粒和致密漿體有利于提高混凝土的密實性、強度和耐久性;粉煤灰在膠凝材料與水的二次反應過程中提升了混凝土的性能，粉煤灰對混凝土性能改善的程度是由其所含的玻璃微珠球體的比例決定的。

圖4 B 品牌粉煤灰放大至50μm 時的成像

兩種粉煤灰不同摻量下混凝土抗壓強度對比試驗結果見表3。由表3得知，A 品牌粉煤灰在不同齡期的抗壓強度均高于B 品牌粉煤灰，最高抗壓強度高約5 MPa。

2.2.3 兩種粉煤灰減水效果對比

Ⅰ級粉煤灰減水作用是由形態效應和微集料效應決定的。粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂漿粘度和顆粒之間的摩擦力降低，使水泥顆粒均勻分散，在相同稠度條件下降低用水量。另外，Ⅰ級粉煤灰顆粒較細，可改善膠凝材料的顆粒級配，使填充膠凝材料部分空隙的用水量減少，從而降低用水量。

由表4可知，兩種品牌粉煤灰都有顯著的減水效果，其減水效果差異不大。

通過對不同玻璃微珠球體含量的粉煤灰的品質檢驗度對其減水效果及相應混凝土強度指標的對比，可以發現除強度指標相差較大外，品質檢驗符合規范要求，減水效果也基本一致。筆者分析B 品牌粉煤灰可能是由Ⅱ級灰或其他材料磨細后加入適量減水劑制成的，因此規范中的品質檢驗標準都能達到。但由于其玻璃微珠含量過低，起不到潤滑作用和致密作用，從而在混凝土強度指標方面達不到Ⅰ級粉煤灰應有的作用。

3 結論與建議

鑒于本次發現偽Ⅰ級粉煤灰混凝土施工性能和力學性能與真正的Ⅰ級粉煤灰相差甚遠，用于工程將產生嚴重后果，建議相關部門盡快修訂粉煤灰檢測規程，增加玻璃微珠檢測項目，杜絕磨細粉煤灰冒充Ⅰ級粉煤灰的現象。

表2 粉煤灰品質檢驗結果表

表3 兩種粉煤灰不同摻量下混凝土抗壓強度試驗成果表

表4 Ⅰ級粉煤灰摻量與混凝土用水量關系表