浅谈不同品质粉煤灰对混凝土性能的影响

1引言近年来，由于预拌混凝土生产数量越来越多，高质量的粉煤灰已经供不应求，很多劣质粉煤灰逐渐流入市场。劣质粉煤灰不仅严重影响混凝土的性能，甚至会导致混凝土质量事故。本文针对不同劣质粉煤灰品质发生变化的原因及其对混凝土性能造成的影响进行简要分析，并通过采取有效的检测方法和质量控制措施，抑制劣质粉煤灰的使用，对保障混凝土质量有实际指导意义。2劣质粉煤灰的品质发生变化的原因分析及影响2.1劣质粉煤灰的分类目前市场上较常见的有原状粗灰、磨细粉煤灰、脱硫粉煤灰、脱硝粉煤灰、浮黑粉煤灰、掺假粉煤灰等劣质粉煤灰。2.2不同劣质粉煤灰品质发生变化的原因分析及对影响2.2.1原状粗灰品质发生变化的原因分析及影响第一，品质发生变化的原因分析。原状粗灰是从火力发电厂未经过分选直接排入干灰库或湿排在沉灰池中堆存的粉煤灰。此种粉煤灰表面粗糙，细度一般在45%以上（45um方孔筛筛余），烧失量在15%以上，活性指数不超过60%。此种粉煤灰现在多作为水泥的混合材料。第二，对混凝土性能的影响。由于原状粗灰筛余量大、杂质含量高、烧失量大难以发挥其有益效应。因此用其拌制的混凝土流动性小、保水性和黏聚性差、经时损失大，严重影响新拌混凝土的工作性能；另因其需水量过大会增加单位体积混凝土的用水量，导致水胶比增大，不仅抗压强度严重降低，而且会严重降低硬化混凝土的抗渗、抗冻等耐久性能。2.2.2磨细粉煤灰品质发生变化的原因分析及的影响第一，品质发生变化的原因分析。磨细粉煤灰是指通过废弃原状粗灰采用粉磨加工而获得的再生粉煤灰。磨细粉煤灰与原状粗灰相比45μm筛筛余量减少、活性有较大提高。虽然磨细粉煤灰与优质粉煤灰在化学成分上差异较小，但在物理性能上差异很大，会显著影响混凝土的各项性能。第二，对混凝土性能的影响。由于磨细粉煤灰的碳含量和杂质含量均大于优质粉煤灰，对水及外加剂的吸附性增强，而且磨细粉煤灰的颗粒多为表面粗糙的半球形颗粒碎片，缺乏润滑性的球形微珠，因此在相同掺量条件下新拌混凝土流动性小于优质级粉煤灰混凝土，且经时损失大，对混凝土浇筑造成较大的影响。由于磨细粉煤灰表面积大于原状粗灰提高了其水化反应能力，活性比原状灰有显著提高，因此有利于混凝土早期强度和后期强度的发展。经试验在相同掺量、相同试验条件下7d和28龄期的混凝土抗压强度与分选收集的II级粉煤灰混凝土抗压强度相当。2.2.3脱硫粉煤灰品质发生变化的原因分析及的影响第一，品质发生变化的原因分析。品质发生变化的主要原因是脱硫工艺造成的。一是燃烧脱硫（这种方法不产生石膏），燃烧脱硫是将石灰石粉CaCO3作为脱硫剂喷到燃煤炉膛燃烧室上部，随后石灰石粉瞬间燃烧生成氧化钙CaO，新生成的CaO与烟气中的二氧化硫SO2进行硫酸盐反应生成亚硫酸钙CaSO3、硫酸钙CaSO4（别称硬石膏）；二是烟气脱硫，烟气脱硫是在燃烧产生的烟气进入脱硫装置的湿式吸收塔后，以石灰浆液Ca(OH)2作脱硫剂，在吸收塔内对含SO2烟气自上而下喷淋石灰浆液，使烟气中的SO2与石灰浆液Ca(OH)2雾滴逆流接触发生反应，生成亚硫酸钙CaSO3、硫酸钙CaSO4、2H2O。CaSO4与2H2O氧化生成二水硫酸钙晶体，经脱水后得到二水硫酸钙CaSO4.2H2O（即生石膏），最终实现含硫烟气的综合治理。在燃烧脱硫或烟气脱硫中随之在除尘器中分选收集固体废弃物及粉煤灰。显然此种粉煤灰是粉煤灰、亚硫酸钙、硫酸钙、氢氧化钙、氧化钙和碳酸钙的混合物。第二，对混凝土性能的影响。由于脱硫粉煤灰含有亚硫酸钙、硫酸钙、氢氧化钙、氧化钙和碳酸钙等化学成分，其中亚硫酸钙为主要成分，它对水泥有明显的缓凝作用，如果在生产混凝土时采用脱硫粉煤灰，必然会对混凝土的凝结时间造成影响，严重时会造成混凝土长时间不凝结。因此在混凝土的生产过程中一定要警惕脱硫粉煤灰给混凝土质量带来的巨大影响。2.2.4脱硝粉煤灰品质发生变化的原因分析及影响脱硝粉煤灰是火力发电厂为达到废气中的二氧化氮NO2排放标准，在生产工艺中使用液态氨或尿素作为脱硝剂进行脱硝，脱硝后再通过分选收集而获得的粉煤灰。此种粉煤灰最大特点是在潮湿和高温的环境下会产生刺鼻的氨气味。第一，品质发生变化的原因分析。经过脱硝工艺流程后，过量的脱硝剂所产生的氨气NH3会被粉煤灰颗粒吸附在空腔内，当遇潮湿的环境中氨气NH3同二氧化碳CO2反应生成碳酸铵(NH4)2CO3，碳酸铵再反应生成碳酸氢铵NH4HCO3。碳酸氢铵在36℃以上就会分解产生氨气NH3、CO2和H2O，从而产生氨气味。第二，对混凝土性能的影响。如采用脱硝粉煤灰配制混凝土，拌合物表面通常会有较多气泡冒出，同时伴有刺鼻的氨气味。相关研究结果表明，将不同电厂的脱硝粉煤灰以10%、20%、30%和40%掺入水泥中，具有一定的减水作用，但延长了水泥的凝结时间，并降低了水泥的早期强度，这些作用随着粉煤灰掺量的增加而增强。CaO含量为5.80%的脱硝粉煤灰在水泥中替代率达30%和40%时，还会导致水泥的安定性不良。另外氨是国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325中强制控制的五项污染物之一。因此在混凝土生产过程中一定要警惕脱硝粉煤灰给建筑工程室内环境污染带来的严重影响。2.2.5浮黑粉煤灰品质发生变化的原因分析及影响第一，品质发生变化的原因分析。火力电厂为了提高燃煤工艺，会在燃煤过程中添加柴油或其他油性物质作为助燃剂。这些助燃剂有时不能完全燃烧残留在粉煤灰中，这种粉煤灰称为浮黑粉煤灰。第二，对混凝土性能的影响。如采用浮黑粉煤灰配制混凝土，拌合物表面会漂浮一些黑色油状物，硬化后混凝土构件表面出现不规则的黑斑，严重影响构件的外观质量。在构件抹灰时或粘贴装饰板块时还会造成砂浆与基层、砂浆与板块的粘结质量不好。因此在对表面色差有严格要求的清水混凝土构件严禁使用。2.2.6掺假粉煤灰品质发生变化的原因分析及影响第一，品质发生变化的原因分析。粉煤灰供应商为了获取更大的经济利益，在运输罐车上部装符合质量要求的粉煤灰，罐车中、底部装质量差的粉煤灰；另一种情况是从燃煤电厂购买粉煤灰后再加入石灰石、煤渣、炉渣等进行复合磨细，充当优质粉煤灰销售。第二，对混凝土性能的影响。掺假粉煤灰由于其成分复杂、混合不均匀，有时对新拌混凝土性能影响较小，有时影响又较大。这样不仅对新拌混凝土的质量稳定性难以控制，且对硬化混凝土性能的影响很难评估。3粉煤灰质量控制要点3.1粉煤灰进场质量控制由于电厂以安全、经济发电为主，粉煤灰是电力生产的废弃物，电厂不会通过调整煤种、煤的品质、设备配置、运行状况等来改变粉煤灰的质量。因此必须从货源选择、进场验收两个方面进行严格控制，避免劣质粉煤灰的进场使用。3.1.1货源选择控制优选产品质量稳定、重信誉的大型火力发电厂为粉煤灰供应厂商。在合同的起草、签约，乃至执行过程中，在国家标准的基础上，明确并细化粉煤灰的质量标准、违约责任。对质量不合格的产品，严格按规定做退货处理。3.1.2进场验收控制粉煤灰进场时应严格检查出厂合格证、检测报告、发货单等出厂质量证明文件，并检查散装罐封铅铭牌上标识是否与质量证明文件一致；抽样人员应采用散装水泥取样器进行车车取样，取样时必须从粉煤灰运送罐车内不同部位和深度分别取样，以保证所取粉煤灰具有代表性。杜绝伪劣假冒粉煤灰进场。3.2采取有效的检测方法控制3.2.1凝结时间、酸碱性试验判断脱硫煤灰将水泥和被检测粉煤灰按7:3质量比混合而成净浆试验样品，然后按GB/T1346规定方法进行凝结时间试验和安定性试验。如凝结时间不合格就可能是脱硫粉煤灰，因为凝结时间不合格是脱硫粉煤灰的一个重要表现。因为脱硫粉煤灰含有生石灰CaO，可用酸碱性试验判断。将粉煤灰放入玻璃器皿内，稍加搅拌，滴入2%的酚酞后，溶液会呈红色，用pH试纸检测为碱性。如果含CaO较多时还会导致水温上升，因为CaO与水反时应会产生热量。3.2.2冷水和加热试验判断脱硝粉煤灰冷水试验是将粉煤灰试样放入锥形瓶中加入冷水后搅拌，随后嗅闻浆体是否会发出刺激性氨气味；加热试验是将适量的粉煤灰试样置于锥形瓶中，然后将锥形瓶放入80℃的水锅中加热，在瓶口放上滴加有酚酞的干净滤纸，观察滤纸是否变色，并嗅闻气体是否有氨气气味，如果呈红色或有氨气味则可判定是脱硝粉煤灰。3.2.3冷水试验判定浮黑灰将粉煤灰与水按1:9的比例混合搅拌，然后澄清观察水面上是否有黑色灰状物、油状物漂浮，如果有黑色灰状物、油状物漂浮就是“浮黑灰”。3.2.4需水量比、烧失量试验判断掺假粉煤灰如果粉煤灰的需水量比、烧失量很高应引起足够的重视，这种粉煤灰中可能掺有磨细石灰石粉或采用原状粗灰进行磨细的粉煤灰。因为石灰石粉的主要成分是碳酸钙、原状粗灰的碳含量高且杂质多，需水量会增大，高温分解为氧化钙和二氧化碳。3.2.5配合比试验验证粉煤灰的质量配合比试验是验证粉煤灰质量最直观、最行之有效的方法，因为它可以通过混凝土用水量、拌合物的和易性、凝结时间、早期强度、后期强度等指标，全面反映粉煤灰对混凝土各项性能的影响，其试验结果数据可作为调整生产配合比的可靠依据。3.3粉煤灰在使用过程中的质量控制3.3.1混凝土生产过程及出厂检验控制劣质粉煤灰在混凝土生产过程中和出厂检验时一般有以下三种表现：①在使用相同配合比生产时，搅拌机荷载电流显示数据突然比正常情况下有时高出一倍，严重时会造成搅拌机放不出料。当出现这种两种情况时就可能是需水量比大或与外加剂适应性差的磨细粉煤灰或掺假粉煤灰引起的。②在搅拌生产时、出厂检验时会嗅闻到刺鼻的氨气味，出现这种情况可能是误收了脱硝粉煤灰所致。③在出厂检验时如发现混凝土拌合物表面有黑色灰状物或油状物漂浮现象，有时还会发现较多的气泡。出现这种情况一般是误收了浮黑灰或是误收了脱硝粉煤灰所致。混凝土生产操作人员当发现以上情况之一时，应立即停止生产并向试验室技术人员汇报，待查明原因并采取相应的可靠技术措施后方可恢复生产。检验人员出厂检验时，如发现以上情况之一时，应阻止混凝土出厂，以避免不必要的经济损失。3.3.2混凝土配合比调整控制①当遇到劣质粉煤灰时，首先要降低粉煤灰使用量或者采用粉煤灰与矿渣粉双掺技术，利用矿粉叠加效应降低劣质粉煤灰对混凝土质量的影响。②适当增加外加剂掺量，保证在水胶比不变的情况下减少混凝土的坍落