淺談不同品質(zhì)粉煤灰對混凝土性能的影響

1引言近年來，由于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)數(shù)量越來越多，高質(zhì)量的粉煤灰已經(jīng)供不應(yīng)求，很多劣質(zhì)粉煤灰逐漸流入市場。劣質(zhì)粉煤灰不僅嚴(yán)重影響混凝土的性能，甚至?xí)?dǎo)致混凝土質(zhì)量事故。本文針對不同劣質(zhì)粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因及其對混凝土性能造成的影響進(jìn)行簡要分析，并通過采取有效的檢測方法和質(zhì)量控制措施，抑制劣質(zhì)粉煤灰的使用，對保障混凝土質(zhì)量有實(shí)際指導(dǎo)意義。2劣質(zhì)粉煤灰的品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及影響2.1劣質(zhì)粉煤灰的分類目前市場上較常見的有原狀粗灰、磨細(xì)粉煤灰、脫硫粉煤灰、脫硝粉煤灰、浮黑粉煤灰、摻假粉煤灰等劣質(zhì)粉煤灰。2.2不同劣質(zhì)粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及對影響2.2.1原狀粗灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及影響第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析。原狀粗灰是從火力發(fā)電廠未經(jīng)過分選直接排入干灰?guī)旎驖衽旁诔粱页刂卸汛娴姆勖夯?。此種粉煤灰表面粗糙，細(xì)度一般在45%以上（45um方孔篩篩余），燒失量在15%以上，活性指數(shù)不超過60%。此種粉煤灰現(xiàn)在多作為水泥的混合材料。第二，對混凝土性能的影響。由于原狀粗灰篩余量大、雜質(zhì)含量高、燒失量大難以發(fā)揮其有益效應(yīng)。因此用其拌制的混凝土流動性小、保水性和黏聚性差、經(jīng)時損失大，嚴(yán)重影響新拌混凝土的工作性能；另因其需水量過大會增加單位體積混凝土的用水量，導(dǎo)致水膠比增大，不僅抗壓強(qiáng)度嚴(yán)重降低，而且會嚴(yán)重降低硬化混凝土的抗?jié)B、抗凍等耐久性能。2.2.2磨細(xì)粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及的影響第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析。磨細(xì)粉煤灰是指通過廢棄原狀粗灰采用粉磨加工而獲得的再生粉煤灰。磨細(xì)粉煤灰與原狀粗灰相比45μm篩篩余量減少、活性有較大提高。雖然磨細(xì)粉煤灰與優(yōu)質(zhì)粉煤灰在化學(xué)成分上差異較小，但在物理性能上差異很大，會顯著影響混凝土的各項(xiàng)性能。第二，對混凝土性能的影響。由于磨細(xì)粉煤灰的碳含量和雜質(zhì)含量均大于優(yōu)質(zhì)粉煤灰，對水及外加劑的吸附性增強(qiáng)，而且磨細(xì)粉煤灰的顆粒多為表面粗糙的半球形顆粒碎片，缺乏潤滑性的球形微珠，因此在相同摻量條件下新拌混凝土流動性小于優(yōu)質(zhì)級粉煤灰混凝土，且經(jīng)時損失大，對混凝土澆筑造成較大的影響。由于磨細(xì)粉煤灰表面積大于原狀粗灰提高了其水化反應(yīng)能力，活性比原狀灰有顯著提高，因此有利于混凝土早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的發(fā)展。經(jīng)試驗(yàn)在相同摻量、相同試驗(yàn)條件下7d和28齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度與分選收集的II級粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度相當(dāng)。2.2.3脫硫粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及的影響第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析。品質(zhì)發(fā)生變化的主要原因是脫硫工藝造成的。一是燃燒脫硫（這種方法不產(chǎn)生石膏），燃燒脫硫是將石灰石粉CaCO3作為脫硫劑噴到燃煤爐膛燃燒室上部，隨后石灰石粉瞬間燃燒生成氧化鈣CaO，新生成的CaO與煙氣中的二氧化硫SO2進(jìn)行硫酸鹽反應(yīng)生成亞硫酸鈣CaSO3、硫酸鈣CaSO4（別稱硬石膏）；二是煙氣脫硫，煙氣脫硫是在燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入脫硫裝置的濕式吸收塔后，以石灰漿液Ca(OH)2作脫硫劑，在吸收塔內(nèi)對含SO2煙氣自上而下噴淋石灰漿液，使煙氣中的SO2與石灰漿液Ca(OH)2霧滴逆流接觸發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鈣CaSO3、硫酸鈣CaSO4、2H2O。CaSO4與2H2O氧化生成二水硫酸鈣晶體，經(jīng)脫水后得到二水硫酸鈣CaSO4.2H2O（即生石膏），最終實(shí)現(xiàn)含硫煙氣的綜合治理。在燃燒脫硫或煙氣脫硫中隨之在除塵器中分選收集固體廢棄物及粉煤灰。顯然此種粉煤灰是粉煤灰、亞硫酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣和碳酸鈣的混合物。第二，對混凝土性能的影響。由于脫硫粉煤灰含有亞硫酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣和碳酸鈣等化學(xué)成分，其中亞硫酸鈣為主要成分，它對水泥有明顯的緩凝作用，如果在生產(chǎn)混凝土?xí)r采用脫硫粉煤灰，必然會對混凝土的凝結(jié)時間造成影響，嚴(yán)重時會造成混凝土長時間不凝結(jié)。因此在混凝土的生產(chǎn)過程中一定要警惕脫硫粉煤灰給混凝土質(zhì)量帶來的巨大影響。2.2.4脫硝粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及影響脫硝粉煤灰是火力發(fā)電廠為達(dá)到廢氣中的二氧化氮NO2排放標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)工藝中使用液態(tài)氨或尿素作為脫硝劑進(jìn)行脫硝，脫硝后再通過分選收集而獲得的粉煤灰。此種粉煤灰最大特點(diǎn)是在潮濕和高溫的環(huán)境下會產(chǎn)生刺鼻的氨氣味。第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析。經(jīng)過脫硝工藝流程后，過量的脫硝劑所產(chǎn)生的氨氣NH3會被粉煤灰顆粒吸附在空腔內(nèi)，當(dāng)遇潮濕的環(huán)境中氨氣NH3同二氧化碳CO2反應(yīng)生成碳酸銨(NH4)2CO3，碳酸銨再反應(yīng)生成碳酸氫銨NH4HCO3。碳酸氫銨在36℃以上就會分解產(chǎn)生氨氣NH3、CO2和H2O，從而產(chǎn)生氨氣味。第二，對混凝土性能的影響。如采用脫硝粉煤灰配制混凝土，拌合物表面通常會有較多氣泡冒出，同時伴有刺鼻的氨氣味。相關(guān)研究結(jié)果表明，將不同電廠的脫硝粉煤灰以10%、20%、30%和40%摻入水泥中，具有一定的減水作用，但延長了水泥的凝結(jié)時間，并降低了水泥的早期強(qiáng)度，這些作用隨著粉煤灰摻量的增加而增強(qiáng)。CaO含量為5.80%的脫硝粉煤灰在水泥中替代率達(dá)30%和40%時，還會導(dǎo)致水泥的安定性不良。另外氨是國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》GB50325中強(qiáng)制控制的五項(xiàng)污染物之一。因此在混凝土生產(chǎn)過程中一定要警惕脫硝粉煤灰給建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染帶來的嚴(yán)重影響。2.2.5浮黑粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及影響第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析?；鹆﹄姀S為了提高燃煤工藝，會在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質(zhì)作為助燃劑。這些助燃劑有時不能完全燃燒殘留在粉煤灰中，這種粉煤灰稱為浮黑粉煤灰。第二，對混凝土性能的影響。如采用浮黑粉煤灰配制混凝土，拌合物表面會漂浮一些黑色油狀物，硬化后混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)不規(guī)則的黑斑，嚴(yán)重影響構(gòu)件的外觀質(zhì)量。在構(gòu)件抹灰時或粘貼裝飾板塊時還會造成砂漿與基層、砂漿與板塊的粘結(jié)質(zhì)量不好。因此在對表面色差有嚴(yán)格要求的清水混凝土構(gòu)件嚴(yán)禁使用。2.2.6摻假粉煤灰品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析及影響第一，品質(zhì)發(fā)生變化的原因分析。粉煤灰供應(yīng)商為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，在運(yùn)輸罐車上部裝符合質(zhì)量要求的粉煤灰，罐車中、底部裝質(zhì)量差的粉煤灰；另一種情況是從燃煤電廠購買粉煤灰后再加入石灰石、煤渣、爐渣等進(jìn)行復(fù)合磨細(xì)，充當(dāng)優(yōu)質(zhì)粉煤灰銷售。第二，對混凝土性能的影響。摻假粉煤灰由于其成分復(fù)雜、混合不均勻，有時對新拌混凝土性能影響較小，有時影響又較大。這樣不僅對新拌混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定性難以控制，且對硬化混凝土性能的影響很難評估。3粉煤灰質(zhì)量控制要點(diǎn)3.1粉煤灰進(jìn)場質(zhì)量控制由于電廠以安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)電為主，粉煤灰是電力生產(chǎn)的廢棄物，電廠不會通過調(diào)整煤種、煤的品質(zhì)、設(shè)備配置、運(yùn)行狀況等來改變粉煤灰的質(zhì)量。因此必須從貨源選擇、進(jìn)場驗(yàn)收兩個方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免劣質(zhì)粉煤灰的進(jìn)場使用。3.1.1貨源選擇控制優(yōu)選產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、重信譽(yù)的大型火力發(fā)電廠為粉煤灰供應(yīng)廠商。在合同的起草、簽約，乃至執(zhí)行過程中，在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，明確并細(xì)化粉煤灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、違約責(zé)任。對質(zhì)量不合格的產(chǎn)品，嚴(yán)格按規(guī)定做退貨處理。3.1.2進(jìn)場驗(yàn)收控制粉煤灰進(jìn)場時應(yīng)嚴(yán)格檢查出廠合格證、檢測報告、發(fā)貨單等出廠質(zhì)量證明文件，并檢查散裝罐封鉛銘牌上標(biāo)識是否與質(zhì)量證明文件一致；抽樣人員應(yīng)采用散裝水泥取樣器進(jìn)行車車取樣，取樣時必須從粉煤灰運(yùn)送罐車內(nèi)不同部位和深度分別取樣，以保證所取粉煤灰具有代表性。杜絕偽劣假冒粉煤灰進(jìn)場。3.2采取有效的檢測方法控制3.2.1凝結(jié)時間、酸堿性試驗(yàn)判斷脫硫煤灰將水泥和被檢測粉煤灰按7:3質(zhì)量比混合而成凈漿試驗(yàn)樣品，然后按GB/T1346規(guī)定方法進(jìn)行凝結(jié)時間試驗(yàn)和安定性試驗(yàn)。如凝結(jié)時間不合格就可能是脫硫粉煤灰，因?yàn)槟Y(jié)時間不合格是脫硫粉煤灰的一個重要表現(xiàn)。因?yàn)槊摿蚍勖夯液猩褻aO，可用酸堿性試驗(yàn)判斷。將粉煤灰放入玻璃器皿內(nèi)，稍加攪拌，滴入2%的酚酞后，溶液會呈紅色，用pH試紙檢測為堿性。如果含CaO較多時還會導(dǎo)致水溫上升，因?yàn)镃aO與水反時應(yīng)會產(chǎn)生熱量。3.2.2冷水和加熱試驗(yàn)判斷脫硝粉煤灰冷水試驗(yàn)是將粉煤灰試樣放入錐形瓶中加入冷水后攪拌，隨后嗅聞漿體是否會發(fā)出刺激性氨氣味；加熱試驗(yàn)是將適量的粉煤灰試樣置于錐形瓶中，然后將錐形瓶放入80℃的水鍋中加熱，在瓶口放上滴加有酚酞的干凈濾紙，觀察濾紙是否變色，并嗅聞氣體是否有氨氣氣味，如果呈紅色或有氨氣味則可判定是脫硝粉煤灰。3.2.3冷水試驗(yàn)判定浮黑灰將粉煤灰與水按1:9的比例混合攪拌，然后澄清觀察水面上是否有黑色灰狀物、油狀物漂浮，如果有黑色灰狀物、油狀物漂浮就是“浮黑灰”。3.2.4需水量比、燒失量試驗(yàn)判斷摻假粉煤灰如果粉煤灰的需水量比、燒失量很高應(yīng)引起足夠的重視，這種粉煤灰中可能摻有磨細(xì)石灰石粉或采用原狀粗灰進(jìn)行磨細(xì)的粉煤灰。因?yàn)槭沂鄣闹饕煞质翘妓徕}、原狀粗灰的碳含量高且雜質(zhì)多，需水量會增大，高溫分解為氧化鈣和二氧化碳。3.2.5配合比試驗(yàn)驗(yàn)證粉煤灰的質(zhì)量配合比試驗(yàn)是驗(yàn)證粉煤灰質(zhì)量最直觀、最行之有效的方法，因?yàn)樗梢酝ㄟ^混凝土用水量、拌合物的和易性、凝結(jié)時間、早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度等指標(biāo)，全面反映粉煤灰對混凝土各項(xiàng)性能的影響，其試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可作為調(diào)整生產(chǎn)配合比的可靠依據(jù)。3.3粉煤灰在使用過程中的質(zhì)量控制3.3.1混凝土生產(chǎn)過程及出廠檢驗(yàn)控制劣質(zhì)粉煤灰在混凝土生產(chǎn)過程中和出廠檢驗(yàn)時一般有以下三種表現(xiàn)：①在使用相同配合比生產(chǎn)時，攪拌機(jī)荷載電流顯示數(shù)據(jù)突然比正常情況下有時高出一倍，嚴(yán)重時會造成攪拌機(jī)放不出料。當(dāng)出現(xiàn)這種兩種情況時就可能是需水量比大或與外加劑適應(yīng)性差的磨細(xì)粉煤灰或摻假粉煤灰引起的。②在攪拌生產(chǎn)時、出廠檢驗(yàn)時會嗅聞到刺鼻的氨氣味，出現(xiàn)這種情況可能是誤收了脫硝粉煤灰所致。③在出廠檢驗(yàn)時如發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物表面有黑色灰狀物或油狀物漂浮現(xiàn)象，有時還會發(fā)現(xiàn)較多的氣泡。出現(xiàn)這種情況一般是誤收了浮黑灰或是誤收了脫硝粉煤灰所致?；炷辽a(chǎn)操作人員當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上情況之一時，應(yīng)立即停止生產(chǎn)并向試驗(yàn)室技術(shù)人員匯報，待查明原因并采取相應(yīng)的可靠技術(shù)措施后方可恢復(fù)生產(chǎn)。檢驗(yàn)人員出廠檢驗(yàn)時，如發(fā)現(xiàn)以上情況之一時，應(yīng)阻止混凝土出廠，以避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。3.3.2混凝土配合比調(diào)整控制①當(dāng)遇到劣質(zhì)粉煤灰時，首先要降低粉煤灰使用量或者采用粉煤灰與礦渣粉雙摻技術(shù)，利用礦粉疊加效應(yīng)降低劣質(zhì)粉煤灰對混凝土質(zhì)量的影響。②適當(dāng)增加外加劑摻量，保證在水膠比不變的情況下減少混凝土的坍落