中美粉煤灰試驗方法和性能要求標準分析

耿士超，張 成，鄧兆勛，寧順才

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

下凱富峽水電站位于贊比亞首都盧薩卡東南約90 km的Kafue河上，電站壩址距上游已建的上凱富峽電站尾水出口約6 km。本工程以發電為主，正常蓄水位579.0 m，庫容8 300萬m3，裝機容量5×150 MW，混流式機組。

工程樞紐建筑物包括RCC攔河壩、壩身泄洪系統、右岸引水系統、調壓井和地面式廠房。下凱富峽水電站大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂長度374.5 m，壩頂高程581 m，壩基高程450.5 m，最大壩高130.5 m，共分為19個壩段，其中4個溢流壩段、左岸7個擋水壩段和右岸8個擋水壩段；大壩中部設3孔溢洪道，弧門寬度15 m，高18 m。另在12號壩段EL 523高程設置直徑1 m的生態放水孔。其中RCC攔河壩需要澆筑碾壓混凝土約129萬m3，總投資15億美元。混凝土采用美國標準即ASTM規范，需要現場試驗室針對不同的規范對粉煤灰進行比對、檢測和判定。

1 粉煤灰性能要求對比

1.1 粉煤灰應用范圍的差異

ACI標準屬于歐美常用標準，主要內容是歐美國家對粉煤灰的應用成果介紹，通過研究成果給其他在建及策劃項目以指導的參考性文件，不同于國內標準有行業劃分，限制要求相對較為寬泛，ACI標準側重于指出粉煤灰的標準制定依據和成果介紹。

國標中對粉煤灰有具體的技術要求，不同建筑行業根據自身的工程的特點有自己的標準要求，例如水利行業標準、電力行業標準、建筑行業標準。國標對粉煤灰提出了具體的技術要求，指標詳細，不同建筑行業粉煤灰的技術指標略有不同，標準結果一般都嚴于國標要求。

1.2 粉煤灰各項性能指標方面的差異

粉煤灰的指標雙控：中國標準基本都是單一的檢測項目，美國標準往往會出現雙控指標。粉煤灰ACI 232.2R-03中對于F類就是考慮粉煤灰燒失量與細度兩個指標：F類粉煤灰當燒失量超過6%時，要求最大篩余量小于34%（篩子尺寸45 μm）。

粉煤灰生產穩定性要求：中國國標要求較為寬泛GB/T 1596-2005僅僅以細度為控制標準。電力標準DL/T 5055-2007以需水量比和細度為控制標準。歐美標準更重視生產的持續穩定性。ACI 232.2R-03提出了粉煤灰密度和細度變化的連續性要求，即對一段時間內生產的粉煤灰細度和密度結果，進行數理統計法分析，根據離差系數的大小判斷是否生產穩定。

粉煤灰的干縮性能（砂漿棒法）：中國標準無粉煤灰干縮性能要求。部分品種的粉煤灰摻入混凝土量超過30%，會出現明顯的干縮狀況，歐美標準充分考慮到這方面的問題，在ACI 232.2R-03中提出粉煤灰干縮要求，當購買方提出要求，需要進行純水泥砂漿與摻粉煤灰砂漿制成砂漿棒，通過砂漿棒法進行對比試驗，觀察28 d后，干縮率是否明顯增加。

2 粉煤灰基本檢測參數試驗方法具體差異

2.1 粉煤灰活性指數

ASTMC 311膠砂法見表1，中國國標GB/T 1596膠砂法見表2。

通過對比膠砂和試驗膠砂，分別按照規范規定進行攪拌、試件成型和養護，試件體養護至齡期后，進行對比膠砂和試驗膠砂抗壓強度對比。從上面可以看出粉煤灰活性指數的檢測方法上均選用了膠砂強度對比的方法，但粉煤灰摻量的不同，相同的樣品檢測結果，美國規范的活性指數結果高于國內規范。

表1 膠砂配比表[5] 單位：g

表2 膠砂配比表[3]

2.2 燒失量

中國電標DL/T 5055，烘干試驗約1 g，放置在高溫爐內950℃±25℃條件下，灼燒15～20 min[2]。

ASTMC 311，烘干試驗約1 g，放置在高溫爐內750℃±50℃條件下，初始15 min，稱量一次，隨后5 min稱量一次，灼燒至恒重。

從方法上分析試驗設備基本相同，試驗條件設置的溫度差別較大。國內規范通過調高溫度，在950℃高溫條件下，使粉煤灰的燃燒更充分，根據國內現有的粉煤灰生產工藝，合理考量確定燃燒時間和溫度，更貼近實際操作，更容易進行現場試驗。美國規范偏向于理論化，通過現有的粉煤灰收集工藝，理論上認定，750℃可使粉煤灰內未燃燒完全的有害物質完全燃燒，通過多次灼燒后稱量，以恒重確定燒失量，結果更接近理論值，實際操作難度加大。

2.3 細度

電標DL/T 5055采用干篩法，烘干樣品約10 g放置在4 000～6 000 Pa負壓狀態下過0.045 mm篩，篩分3 min[2]。（停機后注意觀察篩余物，當出現顆粒成球、粘篩或有細顆粒沉淀在篩框邊緣，用毛刷在將細顆粒輕輕刷開，將定時開關設定在手動位置，再篩析1～3 min，直至篩分徹底為止）。

試驗原理：利用氣流作為篩分的動力和介質，通過螺旋的噴嘴噴出的氣流作用使篩網里的待測粉狀物料呈流態化，并在整個系統負壓的作用下，將細顆粒通過篩網抽走，從而達到篩分的目的。

ASTMC 311采用濕篩法，烘干樣品約1g放置在65 000～73 000 Pa水壓下0.045 mm篩，沖洗1 min。篩余烘干至恒重[5]。

試驗原理：利用水流和水壓力作為篩分的動力和介質，通過噴嘴噴出的水流作用使篩網里的待測粉狀物料呈留態化，并在水壓的作用下，將細顆粒通過篩網抽走，從而達到篩分的目的。

細度檢測國內外在方法上有顯著的不同點，歐美規范很習慣于選擇濕篩法進行，優點是篩網不易變形，降低篩孔堵塞，提高準確率。干篩法提高準確率，首先要注意篩分后是否有球狀剩余物，因為我國很多地區氣候潮濕，大多工地試驗設施相對簡陋，空氣濕度偏大時，篩析過程中極易發生粉煤灰成球狀的現象，造成檢測結果誤差；其次需要定期對負壓篩進行期間核查，并用標準粉對粉煤灰篩網進行定期標定，修正篩網系數。

通過多次試驗驗證，干篩法和濕篩法檢測結果相近。

2.4 含水率

中國電標DL/T 5055，樣品50 g放置在烘箱內溫度105℃～110℃，烘干至恒重[2]。

ASTMC 311，樣品10 g放置在烘箱內溫度105℃～110℃，烘干至恒重[5]。

試驗原理均采用粉煤灰放入規定的烘干箱內烘至恒重，以烘干前與烘干后的試驗質量差，與烘干前的質量之比，確定粉煤灰的含水量。

含水率檢測國內外標準基本一致。

2.5 安定性

中國電標DL/T 5055沸煮法

表3 凈漿配比表[2]

養護24 h±2 h，放置在沸煮箱內180 min±5 min。

沸煮法試驗原理：應用雷氏夾測定儀,檢測粉煤灰中游離氧化鈣造成的體積安定性，從而評判粉煤灰的質量。

ASTMC 311蒸壓法：首先成型水泥漿液試件，在溫度216℃±2℃、壓力2.4 MPa±5%條件下蒸煮3 h，測量其膨脹率[5]。

試驗原理：蒸壓沸煮法應用蒸壓釜蒸壓后測定試件膨脹率，從而判定被檢測粉煤灰中游離氧化鈣造成的體積安定性是否合格，以此評判粉煤灰的質量。

英國規范與中國國標相近，采用沸煮法檢測粉煤灰。

2.6 需水量比

中國電標DL/T 5055見表4。

表4 膠砂配比表[2]

試驗原理：測定試驗膠砂與對比膠砂的流動度，以二者之間的流動度達到130～140 mm時，加水量之比確定粉煤灰的需水量比。

ASTMC 311見表5。

表5 凈漿配比表[5]

試驗原理：測定試驗凈漿與對比凈漿，達到標準稠度時的加水量之比，確定粉煤灰的需水量比。

歐美規范采用凈漿法測定需水量比，中國國標采用膠砂流動度法測定粉煤灰需水量比。

3 判定標準對比結果

表6 標準要求對比表[4]

活性指標。國內對粉煤灰活性指沒有具體要求，歐美規范對粉煤灰7 d、28 d，膠砂強度比均有要求。可以看出歐美規范更注重粉煤灰后期強度的增長，將粉煤灰后期強度增長做了具體的要求。

判定標準。國內規范中，粉煤灰的分級不考慮是C類還是F類，均采用統一標準分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。美國規范則是根據粉煤灰的生產工藝進行分類，根據粉煤灰的燒失量，界定粉煤灰的類別。

粉煤灰細度的界定。國內規范通過篩余量分為三個等級，而美國規范相對寬松，只要≤34%都符合規范要求。美國規范更注重粉煤灰在混凝土中的性能狀態，對其本身物理指標相對要求寬泛，只要應用于混凝土中的粉煤灰，體現出自身的微集料效應、形態效應、活性效應即可應用于生產過程。

粉煤灰含水量。歐美規范比國內規范更加寬泛。

安定性。英國規范與中國國標相近，采用沸煮法檢測粉煤灰。美國規范采用蒸壓法，通過高溫高壓的方式測定試件膨脹率，是通過模擬手段，加速粉煤灰在混凝土中的作用，從而充分反映摻粉煤灰混凝土后期的膨脹率，避免摻粉煤灰混凝土后期膨脹率過高，導致裂縫等缺陷產生。雖然方法不同，但都是通過高溫、高壓來加速粉煤灰膨脹，以檢測摻粉煤灰凈漿試件的膨脹情況。

需水量比。中國國標采用水泥膠砂流動度法檢測，通過基準的純水泥與摻入30%粉煤灰膠砂的用水量百分比，來測定需水量比。美國標準采用凈漿法檢測，通過基準的純水泥與摻入25%粉煤灰凈漿，在標準稠度時用水量的百分比來測定需水量比。兩種方法不同，粉煤灰的摻量也不同，判別標準因粉煤灰的生產工藝不同結果也大不相同，判定結果上歐美規范根據各種類型粉煤灰進行不同分類，中國國標則根據試驗結果統一判定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。

4 結論

國標與歐美標準針對粉煤灰的定義與分類方法基本一致。

歐美標準詳細介紹了粉煤灰的玻璃體成分、物理特性及化學成分，通過分析說明對粉煤灰的影響，國標中無相關內容介紹。

國標與歐美標準中對粉煤灰的活性指數、燒失量、細度、含水率、安定性、需水量比在試驗方法及技術指標方面均存在一定差異。其中細度和安定性方法差別較大，將直接影響粉煤灰等級判定結果。

美國規范中ACI標準結合ASTM C 595、ASTM C 1157，對粉煤灰在混凝土中的應用做了全面的解讀，根據不同區域的氣候環境和外加劑摻量等條件下的配合比調整做了簡要的介紹，沒有計算公式、技術指標要求和試驗方法。在國內水電標準DL/T5055-2007中，對粉煤灰在水工混凝土中的應用提出了明確規定，對粉煤灰最大摻量、膠凝材料用量、配合比設計以及施工過程中的養護等方面均做了詳細要求。

綜上所述，歐美粉煤灰規范主要用于指導工程策劃和設計，沒有行業區分和限制，更注重指標依據和技術原理的分析，指標相對較為寬泛，更多從理論角度論述成果，從而去指導施工。國內規范規定相對更具體，適宜現場操作，有明確的行業和區域限制。