淺析粉煤灰的變化對(duì)混凝土質(zhì)量的影響

多曉梅

（山東三箭投資管理有限公司，山東　濟(jì)南　250000）

淺析粉煤灰的變化對(duì)混凝土質(zhì)量的影響

多曉梅

（山東三箭投資管理有限公司，山東濟(jì)南250000）

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應(yīng)用面的擴(kuò)大，其整體使用量也逐年遞增，出現(xiàn)了一些魚(yú)目混珠的假粉煤灰。另一方面由于國(guó)家環(huán)保要求的日臻提高，對(duì)于廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)有了更嚴(yán)格的要求。為了達(dá)到廢氣排放的環(huán)保指標(biāo)，對(duì)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(diǎn)和性能，合理科學(xué)的利用粉煤灰將對(duì)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生積極影響。

粉煤灰；混凝土；質(zhì)量

1　粉煤灰在混凝土中的作用

粉煤灰是目前混凝土生產(chǎn)過(guò)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(yīng)：摻合料中潛在活性物質(zhì)與堿性物質(zhì)或石膏反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)。

（2）形態(tài)效應(yīng)：由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級(jí)配等產(chǎn)生的效應(yīng)。

（3）微集料反應(yīng)：粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細(xì)孔，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和增大密實(shí)度的效應(yīng)。

（4）界面效應(yīng)：粉煤灰與水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，減少了 Ca(OH)2的含量，改善界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)，使?jié){體界面的粘結(jié)力增加。對(duì)改善混凝土的和易性、保水性、流動(dòng)性，提高強(qiáng)度及長(zhǎng)期耐久性都有極為重要的作用。

2　粉煤灰應(yīng)用在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的變化

基于粉煤灰在混凝土中的突出作用和特點(diǎn)，在新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中更改了粉煤灰摻加這個(gè)觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)其并非取代水泥，它與水泥的作用存在差別。在以往的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)識(shí)中僅突出它的某些特性而采用超量取代系數(shù)來(lái)確定粉煤灰的用量，帶來(lái)了很多問(wèn)題（按等稠度、等強(qiáng)度、等級(jí)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(xiàn)裂紋的幾率增大，耐久性降低。目前的標(biāo)準(zhǔn)中在確定粉煤灰的最大摻量時(shí)，全面考慮粉煤灰的質(zhì)量，如細(xì)度，發(fā)揮粉煤灰的有益效應(yīng)，改善混凝土性能。但粉煤灰細(xì)度過(guò)大，則摻量受到限制。需水量：該指標(biāo)影響混凝土的用水量、外加劑的摻量和混凝土的強(qiáng)度等。

目前粉煤灰的使用也充分體現(xiàn)對(duì)混凝土耐久性的重視，在按照水泥種類(lèi)和混凝土種類(lèi)規(guī)定粉煤灰最大摻量的基礎(chǔ)上，增加了水膠比的限制條件，更為科學(xué)的利用粉煤灰，對(duì)粉煤灰應(yīng)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(shí)，全面考慮粉煤灰的質(zhì)量。

3　粉煤灰的質(zhì)量及應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應(yīng)用面的擴(kuò)大，其整體使用量也逐年遞增，甚至在某些地區(qū)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，粉煤灰價(jià)格也隨之水漲船高。在此種現(xiàn)狀下為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求和追逐利益，一些不法之徒將一些劣質(zhì)及不能用于混凝土生產(chǎn)、品質(zhì)低下的劣質(zhì)粉煤灰改頭換面打入市場(chǎng)，也出現(xiàn)了一些魚(yú)目混珠的假粉煤灰，加之有些混凝土公司進(jìn)場(chǎng)把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致了這些劣質(zhì)粉煤灰流入工程中，給工程質(zhì)量帶來(lái)較大隱患。另一方面由于國(guó)家環(huán)保要求的日益提高，對(duì)于電廠的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)有了更嚴(yán)格的要求。為了達(dá)到廢氣排放的環(huán)保指標(biāo)，電廠對(duì)排放的廢氣進(jìn)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(wàn)別。

目前幾種特殊粉煤灰：

（1）脫硝灰：NOx的排放會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染，形成酸雨或化學(xué)煙霧。電廠排放的 NOx占全部排放量的60%，引起環(huán)保部門(mén)的高度重視。火電廠大氣污物配方標(biāo)準(zhǔn)GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定比以往的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，減少 NOx排放量，必須進(jìn)行煙氣脫硝，產(chǎn)生了由于脫硝措施生產(chǎn)的脫硝粉煤灰。

其原理是使用氨作為還原劑將 NOx轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的 N2：

選擇性非催化還原法投資小、布置簡(jiǎn)易、占地面積小，得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）脫硫灰：為了減少 SO2排放量，采用脫硫措施生產(chǎn)的粉煤灰。燃煤產(chǎn)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(yīng)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(guò)程和洗煤的過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含 C 量較低，比煤堅(jiān)硬的黑色巖石。

（4）磨細(xì)粉煤灰：由顆粒較大、篩余量較大的粉煤灰經(jīng)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(zhì)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(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不良影響，須慎重識(shí)別、使用，它影響混凝土的表觀質(zhì)量，造成泌水、緩凝、強(qiáng)度低。

4　粉煤灰對(duì)混凝土質(zhì)量的影響

4.1粉煤灰摻量對(duì)混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)原材料和環(huán)境條件一致時(shí)，摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)主要取決于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰中玻璃態(tài)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(shù)量。粉煤灰在混凝土中，當(dāng)氫氧化鈣薄膜覆蓋在粉煤灰顆粒表面上時(shí)，就開(kāi)始發(fā)生火山灰效應(yīng)。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(guò)水解層與粉煤灰的活性組分反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在層內(nèi)逐級(jí)聚集。水解層未被火山灰反應(yīng)物充滿(mǎn)到某種程度時(shí)，不會(huì)使強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。隨著水解層被反應(yīng)產(chǎn)物充滿(mǎn)，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、不透水性和耐磨性的增長(zhǎng)，從這點(diǎn)來(lái)看粉煤灰的水化反應(yīng)速度隨著水泥的逐漸水化，氫氧化鈣數(shù)量的增多其潛在活性才會(huì)被逐漸激發(fā)。這就是摻粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較高、初凝時(shí)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(duì)粉煤灰的使用過(guò)程中總結(jié)了一些其對(duì)混凝土性能影響的規(guī)律：

（1）對(duì)強(qiáng)度的影響

早期強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土粉煤灰；摻量合適，28d 強(qiáng)度率高于基準(zhǔn)混凝土；粉煤灰摻量過(guò)大，各齡期強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土。

（2）粉煤灰對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

粉煤灰摻量越大，漿體凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)。粉煤灰摻量超過(guò)30%，漿體凝結(jié)時(shí)間漲幅增大。

（3）粉煤灰對(duì)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(duì)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(jìn)程，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不利。粉煤灰摻量30% 之內(nèi)對(duì)混凝土的碳化性能影響程度較小。

（5）粉煤灰對(duì)混凝土抗凍融性能的作用

在經(jīng)歷相同的凍融循環(huán)次數(shù)后，粉煤灰混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量低于基準(zhǔn)混凝土，說(shuō)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(duì)混凝土質(zhì)量的影響

4.2.1脫硝灰對(duì)混凝土質(zhì)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(duì)混凝土性能的危害增強(qiáng)：生產(chǎn)混凝土?xí)r常出現(xiàn)一股強(qiáng)烈的氨氣味；新拌混凝土中產(chǎn)生過(guò)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(yán)重影響表觀質(zhì)量。多個(gè)地方的混凝土攪拌站均發(fā)現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。脫硝粉煤灰對(duì)空氣質(zhì)量的危害：釋放出氨氣影響混凝土生產(chǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量；脫硝粉煤灰中的氨完全釋放需要很長(zhǎng)時(shí)間，嚴(yán)重影響建筑物的空氣質(zhì)量；室內(nèi)氨氣污染導(dǎo)致開(kāi)發(fā)商與業(yè)主之間的糾紛。

脫硝粉煤灰在混凝土中產(chǎn)生氨氣的原因是由于脫硝反應(yīng)的影響因素多，為了提高氧化氮的去除率，加入過(guò)量的氨進(jìn)行脫硝。過(guò)量的氨被粉煤灰吸附或與粉煤灰反應(yīng)，導(dǎo)致粉煤灰中的氨含量增加。當(dāng)氨含量較高的粉煤灰與水相遇后便會(huì)離解出 NH4+，水泥與水反應(yīng)生成 OH-，在攪拌過(guò)程中會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

脫硝粉煤灰的危害防范對(duì)策：

（1）脫硝粉煤灰的識(shí)別與檢測(cè)

根據(jù)上述反應(yīng)，可以利用氨氣的此項(xiàng)特性對(duì)粉煤灰進(jìn)行檢測(cè)：取適量粉煤灰和水泥至于錐形瓶中，加適量水?dāng)嚢瑁⒃阱F形瓶口上方蓋上濕潤(rùn)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(yù)防脫硝粉煤灰危害的措施

簽訂合同：在粉煤灰進(jìn)場(chǎng)前對(duì)所選粉煤灰廠家進(jìn)行認(rèn)真考察，如了解到燃煤電廠采用脫硝技術(shù)時(shí)，應(yīng)提醒廠家減少粉煤灰中的氨含量，加強(qiáng)粉煤灰的出廠質(zhì)量檢測(cè)，禁止氨釋放量超標(biāo)的粉煤灰流入攪拌站。并在相關(guān)條款中注明氨釋放量的限定數(shù)值并對(duì)造成的后續(xù)損失界定責(zé)任方。

進(jìn)廠檢測(cè)：當(dāng)確認(rèn)氨釋放量超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)做退貨處理避免脫硝粉煤灰造成更進(jìn)一步的質(zhì)量問(wèn)題。

留樣備檢：對(duì)封存的樣品做好詳細(xì)的標(biāo)識(shí)，當(dāng)對(duì)粉煤灰的氨釋放量存在疑慮時(shí)，應(yīng)將封存樣品送有資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，避免脫硝粉煤灰對(duì)水泥基材料的性能和空氣質(zhì)量造成危害，避免混凝土企業(yè)承受不必要的損失。

4.2.2脫硫灰對(duì)混凝土質(zhì)量的影響

嚴(yán)重的會(huì)引起混凝土開(kāi)裂和崩解。

（1）粉煤灰游離 CaO 含量高，產(chǎn)生體積膨脹，使水泥石開(kāi)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(yán)重的混凝土緩凝：脫硫灰中含有 CaSO3、CaSO4、Ca(OH)2、CaO 物質(zhì)，CaSO3、CaSO4對(duì)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(qiáng)，造成混凝土凝結(jié)時(shí)間大幅延長(zhǎng)。

脫硫粉煤灰的鑒別方法：脫硫灰色淺，手感比普通粉煤灰細(xì)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(cè)為堿性；生石灰與水反應(yīng)是一個(gè)放熱過(guò)程，會(huì)導(dǎo)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(huì)發(fā)硬。

預(yù)防脫硫粉煤灰危害的措施：應(yīng)在相關(guān)條款中明確脫硫粉煤灰給混凝土質(zhì)量帶來(lái)的巨大危害，如供應(yīng)脫硫粉煤灰，后果及損失應(yīng)由供應(yīng)商承擔(dān)。當(dāng)確認(rèn)是脫硫粉煤灰時(shí)應(yīng)做退貨處理，避免造成更進(jìn)一步的質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)封存的贗品做好詳細(xì)的標(biāo)識(shí)，當(dāng)對(duì)粉煤灰的質(zhì)量存在疑慮時(shí)，應(yīng)將封存的樣品送有資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。

4.2.3煅燒灰的性能指標(biāo)和對(duì)粉煤灰混凝土產(chǎn)生的危害防范對(duì)策

某地煅燒煤矸石粉按照現(xiàn)行粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　煅燒灰性能指標(biāo)

煅燒灰對(duì)混凝土的顏色、流動(dòng)性、坍落度損失速度、強(qiáng)度影響很大，在試驗(yàn)室的常規(guī)檢測(cè)結(jié)果不能說(shuō)明所有問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)混凝土配比進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn)。

4.2.4磨細(xì)粉煤灰的危害及防范對(duì)策

磨細(xì)后表面玻璃體被破壞，使用效果差，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)降低，失去“滾珠效應(yīng)”。

磨細(xì)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(xì)度、燒失量、含水率等檢測(cè)指標(biāo)，需要通過(guò)試配來(lái)確認(rèn)是否是磨細(xì)粉煤灰。如是則盡量不用于高層泵送、自流平等對(duì)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(duì)策

為了提高燃煤效率，添加油性物質(zhì)作為助燃劑，助燃劑不完全燃燒，在粉煤灰中存留油分，其類(lèi)粉煤灰顏色黑、有異味，對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不良影響。它會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的表觀質(zhì)量，也會(huì)使混凝土產(chǎn)生泌水、緩凝等問(wèn)題，用這種類(lèi)型的粉煤灰生產(chǎn)的混凝土也會(huì)有強(qiáng)度降低的風(fēng)險(xiǎn)。所以在進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)的過(guò)程中要嚴(yán)格把關(guān)，如發(fā)現(xiàn)此類(lèi)粉煤灰應(yīng)第一時(shí)間做退貨處理。

5　注意事項(xiàng)

總體來(lái)講合理科學(xué)的粉煤灰利用將對(duì)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生積極影響，反之亦然。在粉煤灰的使用中應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)：避免粉煤灰摻加量過(guò)大對(duì)強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、表觀質(zhì)量、抗凍融性能、抗碳化性能產(chǎn)生的影響；注意粉煤灰的品種和質(zhì)量穩(wěn)定性、細(xì)度、含碳量、需水量和外觀（有時(shí)從水泥顏色也可初步判斷出粉煤灰的品質(zhì)。粉煤灰外觀類(lèi)似水泥顏色在乳白到灰黑色質(zhì)檢變化，顏色是粉煤灰的一項(xiàng)重要指標(biāo)，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(duì)其質(zhì)量有懷疑的情況下也可借助微譜技術(shù)或顯微鏡等方法觀察判斷；注意環(huán)境溫度和施工養(yǎng)護(hù)對(duì)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(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題：

（1）同一車(chē)粉煤灰上下分層，黑灰放于底部，嚴(yán)重影響混凝土的性能，對(duì)此應(yīng)加大抽檢力度。使用管狀取樣器對(duì)同一車(chē)粉煤灰分2次以上檢驗(yàn)，或在打料過(guò)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(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，查看粉煤灰對(duì)用水量、工作性能、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。慎重使用特殊粉煤灰。

為確保混凝土產(chǎn)品質(zhì)量，也要建立嚴(yán)格的制度保證粉煤灰質(zhì)量的可追溯性：

（1）建立進(jìn)場(chǎng)臺(tái)賬，詳細(xì)記錄日期、廠家、型號(hào)、重量、車(chē)號(hào)等信息作為檢驗(yàn)批次劃分的依據(jù)。

（2）保存好相關(guān)質(zhì)量證明文件，每車(chē)一份合格證，每批一份檢測(cè)報(bào)告，每半年一份型式檢驗(yàn)報(bào)告。做好取樣、留樣工作、備份樣品，做好復(fù)檢工作（委托書(shū)、復(fù)檢原始記錄和復(fù)檢報(bào)告）。

（3）同一批次原材料的質(zhì)量證明文件和復(fù)檢資料匯總整理保持對(duì)應(yīng)關(guān)系。

通過(guò)以上各個(gè)環(huán)節(jié)方可把控好粉煤灰質(zhì)量，將不同品種的粉煤灰物盡其用，力求做到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、高效。

［通訊地址］山東濟(jì)南高新區(qū)經(jīng)十路23365號(hào)（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.

fly-ash; concrete; property

多曉梅，女，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事混凝土生產(chǎn)、研究及試驗(yàn)工作。現(xiàn)為山東三箭投資管理有限公司高新分公司技術(shù)負(fù)責(zé)人。