劣質粉煤灰對混凝土性能的影響及簡易辨別方法

蘇藝凡 李 琴

（1 中交一公局廈門檢測技術有限公司；2 中交一公局廈門工程有限公司）

0 引言

粉煤灰作為一種低碳環保材料，是目前混凝土生產中使用最廣泛的輔助膠凝材料，它不僅可以替代水泥從而減少水泥用量，還能改善混凝土的工作性能，降低水化熱，提高耐久性，已成為混凝土的重要組成部分。但是，粉煤灰能夠改善混凝土性能的基礎是使用了合格的、優質的粉煤灰。隨著粉煤灰供需矛盾加劇，以及檢測標準無法準確衡量粉煤灰的質量，導致市場上出現了各種低質量的粉煤灰，如摻假粉煤灰、脫硝粉煤灰、固硫粉煤灰和浮油粉煤灰，這些劣質粉煤灰按正常品質粉煤灰應用于混凝土，為工程質量隱患埋下了不確定因素。因此，準確把握不同劣質粉煤灰對混凝土的性能影響，以及簡易快速辨別出劣質粉煤灰，成為混凝土技術員急需掌握的能力。

1 劣質粉煤灰的種類及形成原因

1.1 摻假粉煤灰

摻假粉煤灰是將部分真粉煤灰與假粉混合在一起充當優質粉煤灰，假粉有石粉、煤渣粉、煤矸石粉、爐渣粉等。市場上主要有兩種情況，一種是粉煤灰供應商在運輸罐車里分層裝入不同質量的粉煤灰，一般在罐車底、中部裝入質量較差的或摻假粉的粉煤灰，上部裝入質量較好滿足標準要求的粉煤灰；另一種是粉煤灰供應商從電廠購買部分粉煤灰，然后加入石粉、煤渣、爐渣等再次磨細。以上兩種情況都是供應商為了謀取不當利益，以次充好銷售粉煤灰。

優質粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標見表1，負壓篩試驗后篩余的照片見圖1 和圖2，掃描電鏡下的顆粒形貌圖見圖3 和圖4。

圖1 優質粉煤灰篩余

圖2 摻假粉煤灰篩余

圖3 優質粉煤灰SEM

圖4 摻假粉煤灰SEM

1.2 脫硝粉煤灰

脫硝粉煤灰是指經過SCR 技術脫硝，含有氨氮化合物的粉煤灰。電廠燃煤時會產生大量的NOx 氣體，該氣體會嚴重污染環境，且對人皮膚、呼吸系統均有強烈的刺激作用，為了控制NOx 氣體的排放，需對煙氣進行脫硝處理。目前，SCR 技術一種是國際上應用最為成熟、且脫硝效率較高的煙氣脫硝技術，我國94%以上燃煤電廠均采用選擇性催化還原技術（SCR）脫硝。

1.3 固硫粉煤灰

固硫粉煤灰是指采用流化床燃煤固硫技術固定的粉煤灰，主要是粉煤灰和固硫灰渣的混合物。粉煤灰主要為玻璃球型飛灰，圓潤光滑，固硫灰渣主要為燒粘土，顆粒松散、無定形。這是由于在燃煤過程中，為減少SO2向大氣的排放，循環流化床燃煤溫度控制為900℃左右，遠低于煤粉爐1400℃的正常燃燒溫度，且需要加入20%左右的固硫劑(碳酸鈣或氧化鈣)，因此，固硫粉煤灰與傳統粉煤灰最顯著的區別在于固硫粉煤灰含有更多的SO3和f-CaO。目前，循環流化床燃煤固硫技術最具技術優勢，幾乎可以燃燒所有煤以及煤矸石等劣質燃料，且燃燒和固硫效率高。

1.4 浮油粉煤灰

浮油粉煤灰是指燃煤時有助燃劑無法充分燃燒而保留有油分的粉煤灰，也稱為浮黑粉煤灰。燃煤電廠為了提高煤的燃燒效率或滿足特殊的技術要求，會在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質作為助燃劑，這些助燃劑無法完全燃燒，從而在粉煤灰殘留油份。

2 劣質粉煤灰對混凝土性能的影響

2.1 摻假灰對混凝土性能的影響

摻假粉煤灰與優質粉煤灰相比，其活性指數很低或完全沒有活性，需水量大，導致混凝土拌合物流動性差，難以泵送，甚至嚴重影響了混凝土的強度和耐久性。優質粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標見表1，混凝土狀態見圖5、圖6。

表1 優質粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標

圖5 優質粉煤灰混凝土

圖6 摻假粉煤灰混凝土

2.2 脫硝灰對混凝土性能的影響

當脫硝粉煤灰應用于混凝土時，其混凝土拌合物會產生較多的大氣泡，并伴隨著刺鼻的氣味，會嚴重影響混凝土實體質量和表觀質量。產生以上不良后果是因為混凝土攪拌過程中，脫硝粉煤灰中的NH4+與水泥水化產生的OH-反應生成氨氣，氨氣在混凝土中不斷產生，如果在混凝土初凝后或抹面后才釋放出來，很大可能會停留在混凝土表面，從而形成鼓包或氣孔或炮眼。不管是內部氣泡還是表面氣泡，都會嚴重影響混凝土外觀和強度。圖7 為脫硝粉煤灰產生的氣泡，圖8 為摻入脫硝粉煤灰的混凝土路面。

圖7 脫硝粉煤灰產生的氣泡

圖8 脫硝粉煤灰的混凝土路面

2.3 固硫灰對混凝土性能的影響

固硫粉煤灰主要影響混凝土的兩方面性能：一是凝結時間，一般情況下會延長混凝土的凝結時間，原因是水泥成品中會加入石膏（即硫酸鈣）來調整凝結時間，而固硫粉煤灰中含有較多硫酸鈣，如果用固硫粉煤灰作為摻合料，混凝土中拌合物的緩凝成分容易超標，如果未采取相應措施，將會延長混凝土的凝結時間。二是安定性，根據《通用水泥》標準，水泥中的三氧化硫含量是影響安定性的重要因素之一，三氧化硫與水泥中鋁酸三鈣反應生成鈣礬石，造成體積膨脹；固硫粉煤灰中含有較多的SO3和f-CaO，如果用固硫粉煤灰作為摻合料，將進一步增加混凝土的不安定因素。見圖9、圖10。

圖9 混凝土拌合物凝結時間延長

圖10 混凝土結構膨脹開裂

2.4 浮油灰對混凝土性能的影響

浮油粉煤灰主要會影響工程實體的外觀質量。這是因為浮油粉煤灰殘留的油分和碳粉比重較小，在混凝土澆筑和振搗過程中，油分和碳粉組成的黑色油狀物會上浮到混凝土表面，特別是大流動性的混凝土更為明顯，造成拌合物表層出現很多黑色油狀物，待混凝土硬化拆模后，混凝土結構物表面會產生不規則的黑斑，嚴重影響構件外觀質量。見圖11、圖12。

圖11 粉煤灰漿漂浮黑色油狀物

圖12 混凝土外觀不規則黑斑

3 劣質粉煤灰簡易辨別方法

3.1 加水攪拌法

⑴取適量的粉煤灰放入燒杯中，加適量的水充分攪拌后靜置30 秒，待水面靜止后，第一種情況：觀察水面是否漂浮有一層白色的漂珠，如果有則是高品質粉煤灰，這是粉煤灰在高溫燒結后的輕質顆粒產物，約占粉煤灰質量的1%；第二種情況：觀察水面是否漂浮有黑灰，檢查粉煤灰中未燒盡的碳含量大小，若無大顆粒碳粒，即表示粉煤灰燒失量指標滿足要求，不會對混凝土性能產生較大影響；第三種情況：觀察水面是否漂浮有油珠，如果水面漂浮有油珠且顏色發黑、有異味，則證明該粉煤灰為“浮油灰”，會嚴重影響混凝土外觀。見圖13和圖14。

圖13 高品質粉煤灰無黑灰漂浮

圖14 劣質粉煤灰有“油黑灰”漂浮

⑵取適量的粉煤灰放入燒杯中，加適量的水充分攪拌后靜置30 秒，然后滴入酚酞，若溶液呈紅色，則表明該粉煤灰很可能是固硫粉煤灰，這是因為固硫粉煤灰中含有較高的游離CaO 和SO3，加水攪拌后呈堿性，酚酞遇堿顯紅色。見圖15。

圖15 固硫粉煤灰溶液遇酚酞顯紅色

⑶取適量的粉煤灰放入燒杯中，加適量的水充分攪拌后靜置30 秒，然后加入適當的堿性溶液，如果攪拌時，能聞到刺鼻的氨氣味道，則該粉煤灰為“脫硝灰”，這是由于脫硝工藝不當，粉煤灰遇到堿性環境就會釋放出氨氣。見圖16。

圖16 脫硝灰溶液遇堿有刺鼻氨味

3.2 酸反應法

將稀鹽酸或工地實驗室常備的草酸，滴在待測粉煤灰樣品上觀察是否有氣泡產生，若有則為石灰石磨細而成的摻假粉煤灰，原因是主要成分碳酸鈣遇酸反應生成氣體，而真粉煤灰是高溫燒結而成的，不會與酸發生反應。見圖17 和圖18。

圖17 石灰石粉遇酸反應生成氣泡

圖18 真灰遇酸無氣泡產生

3.3 顯微鏡法

若酸反應法無氣泡產生，則再加入無水乙醇分散試樣，用透射光生物顯微鏡觀察，顯微鏡倍率選擇60～200 倍即可，若視野中大于80%的觀察面為尺寸大小不一的圓形顆粒則為優質粉煤灰。

圖19 優質粉煤灰圓形顆粒多

圖20 劣質粉煤灰圓形顆粒少

4 結語

綜上所述，市場上常見的劣質粉煤灰種類繁多，復雜多變，如果未經辨別，將這些劣質粉煤灰當作合格粉煤灰應用于工程，定會為工程質量埋下嚴重隱患?；炷辽a技術人員、材料檢測人員應清楚了解劣質粉煤灰的辨別方法，并嚴格按照國家相關標準進行檢驗，務必將不合格的粉煤灰拒于工程之外，確保合格的建材產品用于建設工程。