含氨粉煤灰的危害及快速評價(jià)方法的研究

□文/鄭 明 李 微 張 萍 周全景

粉煤灰作為預(yù)拌混凝土的一種礦物外加劑，不但可以提高拌和物的和易性，還可以提高混凝土的抗裂能力以及后期強(qiáng)度增長率。隨著預(yù)拌混凝土技術(shù)的發(fā)展，高質(zhì)量粉煤灰供不應(yīng)求，致使很多問題粉煤灰逐漸流入原材料市場，如：脫硫灰、浮黑粉煤灰、磨細(xì)粉煤灰、混有石灰石粉粉煤灰、脫硝粉煤灰等。這些粉煤灰通過外觀很難識(shí)別，但在成分和性質(zhì)上有別于普通粉煤灰，使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)水泥安定性不良、混凝土和易性較差等現(xiàn)象[1～9]。近年來，我國因?yàn)閱栴}粉煤灰導(dǎo)致的工程質(zhì)量事故有很多[10～11]；因此，粉煤灰的性能檢測和質(zhì)量監(jiān)控對于混凝土生產(chǎn)和應(yīng)用有非常重要的意義。

為進(jìn)一步驗(yàn)證問題粉煤灰對混凝土性能的危害并研究快速評價(jià)粉煤灰潛在危險(xiǎn)因素的方法，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)配合比分別配制了摻加合格粉煤灰和問題粉煤灰的兩種混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C35和C40。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1）石子：技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 石子技術(shù)指標(biāo)

2）砂子：技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 砂子技術(shù)指標(biāo)

3）水泥：P·O 42.5水泥物理性能見表3。

表3 P·O 42.5級水泥物理力學(xué)性能

4）礦粉：技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo) %

5）粉煤灰：分別對兩種粉煤灰的細(xì)度、需水比、燒失量做檢測，見表5。

表5 粉煤灰技術(shù)指標(biāo) %

1.2 配合比

水膠比：C35 混凝土0.45，C40 混凝土0.42。膠凝材料：C35 混凝土總質(zhì)量380 kg，C40 混凝土總質(zhì)量420 kg。砂率45%；混凝土表觀密度2 360 kg/m3。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 對混凝土拌和物的影響

1）混凝土產(chǎn)生氨氣。問題粉煤灰在使用過程中有刺鼻氣味，隨著攪拌進(jìn)行，刺鼻氣味逐漸濃烈。

2）混凝土和易性差。摻加問題粉煤灰的新拌混凝土放置一段時(shí)間后出現(xiàn)離析分層，保水性和黏聚性差，經(jīng)時(shí)損失大。

3）混凝土凝結(jié)時(shí)間延長。普通混凝土終凝時(shí)間為9 h，摻加問題粉煤灰的混凝土終凝時(shí)間為20 h。如果這種混凝土按照正常的時(shí)間拆模，混凝土局部尚未終凝，可能出現(xiàn)大面積粘模、脫落等質(zhì)量缺陷。

4）混凝土含氣量增高。見表6。

表6 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35、C40混凝土含氣量 %

2.2 對膠砂強(qiáng)度的影響

為研究含氨粉煤灰對膠砂強(qiáng)度的影響，用含氨粉煤灰替代部分水泥，水膠比0.5，試件成型為40 mm×40 mm×160 mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24 h 后拆模，分別測其3、28 d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。見表7。

表7 不同摻量含氨粉煤灰試塊抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度

由表7可知，問題粉煤灰摻量越大，試塊的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度越低。

2.3 對混凝土密度的影響

摻含氨粉煤灰混凝土標(biāo)養(yǎng)試塊與鉆芯取樣試塊密度均低于設(shè)計(jì)密度。見表8。

表8 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35、C40混凝土密度 kg/m3

2.4 對標(biāo)養(yǎng)混凝土齡期強(qiáng)度的影響

混凝土留置的標(biāo)養(yǎng)試塊齡期強(qiáng)度見表9。

表9 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35、C40混凝土齡期強(qiáng)度 MPa

摻加含氨粉煤灰的混凝土28 d標(biāo)養(yǎng)抗壓強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對試塊進(jìn)行了破損后觀察，試塊存在微小氣孔，無大氣孔。混凝土試塊終凝前有膨脹現(xiàn)象，拆模后試塊側(cè)面有微小橫向裂紋。見圖1和圖2。

圖1 終凝前

圖2 拆模后

2.5 對同條件混凝土強(qiáng)度的影響

砌筑了尺寸為1 500 mm×1 000 mm×300 mm、強(qiáng)度等級為C35、C40 的試驗(yàn)墻，進(jìn)行15、28、35、42、65 d的回彈試驗(yàn)。見圖3和圖4。

圖3 兩種混凝土不同齡期回彈值

圖4 兩種混凝土不同齡期強(qiáng)度百分比

由圖3和圖4可知，摻加含氨粉煤灰的C35和C40混凝土回彈值遠(yuǎn)低于正?；炷翉?qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度且強(qiáng)度百分比均未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

對摻加含氨粉煤灰試驗(yàn)墻進(jìn)行28、60 d 的鉆芯取樣，見表10。

表10 設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35、C40含氨粉煤灰混凝土鉆芯實(shí)體強(qiáng)度 MPa

由表10 可知，摻加含氨粉煤灰的C35 和C40 混凝土實(shí)體強(qiáng)度值遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)結(jié)論

含氨粉煤灰的細(xì)度、需水量比、燒失量與合格粉煤灰相近且滿足質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求，通過傳統(tǒng)檢測方法無法發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。含氨粉煤灰粉煤灰對混凝土的外觀、含氣量、強(qiáng)度值均有較大的影響，會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

因此，控制問題粉煤灰的應(yīng)用，快速檢測粉煤灰的質(zhì)量，對保障混凝土質(zhì)量有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

4 粉煤灰檢測方法

4.1 基于混入石灰石粉的粉煤灰快速檢測方法

4.1.1 鹽酸滴定法

粉煤灰不與鹽酸反應(yīng)，石灰石粉與鹽酸反應(yīng)劇烈且有大量CO2溢出?；瘜W(xué)反應(yīng)式

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

1 g 純石灰石粉與鹽酸完全反應(yīng)，放出0.44 gCO2，CO2與飽和Ca（OH）2反應(yīng)生成白色CaCO3沉淀，可定性判斷粉煤灰中含石灰石粉雜質(zhì)；利用CO2在水中溶解度小的特點(diǎn)，通過電子分析天平秤量反應(yīng)物質(zhì)量損失，定量檢測粉煤灰中石灰石粉的含量。見圖5。

圖5 粉煤灰+鹽酸澄清石灰水排水收集氣體

具體檢測方式如下：

1）配制1 mol/L的鹽酸溶液，密封儲(chǔ)存；

2）用分析電子天平在秤量紙上秤取粉煤灰樣品1 g備用；

3）在50 mL 小燒杯中稱取足量的鹽酸溶液，將稱量好的粉煤灰倒入燒杯中，待無氣泡生成時(shí)，記錄反應(yīng)物質(zhì)量損失；為加快反應(yīng)速度，可放置在50～70℃水浴中進(jìn)行；

4）反應(yīng)物損失質(zhì)量即石灰石粉的質(zhì)量，約為生成的CO2的質(zhì)量。

4.1.2 微觀結(jié)構(gòu)檢測法

將粉煤灰樣品置于顯微鏡下觀測（采用100 倍以上的顯微鏡），觀測樣品微觀形貌是否為玻璃微珠狀態(tài)，檢驗(yàn)其是否摻有粉煤灰以外的物質(zhì)，如大量存在非玻璃微珠狀態(tài)物質(zhì)，則判定粉煤灰不合格。正常粉煤灰在顯微鏡下呈玻璃球狀，問題粉煤灰在顯微鏡下呈棱角狀。見圖6和圖7。

圖6 正常粉煤灰

圖7 問題粉煤灰

4.2 脫硝粉煤灰銨根離子和金屬鋁含量超標(biāo)的檢測方法

4.2.1 試驗(yàn)藥品及器具

氫氧化鈉、石蕊試紙、玻璃棒、燒杯、天平（感量1 g）。

4.2.2 檢驗(yàn)方法

1）燒杯中加入水100 mL、氫氧化鈉5 g，充分溶解。

2）稱取粉煤灰50 g 倒入燒杯中，用玻璃棒攪拌至粉煤灰全部分散。

3）觀察5 min混合物的狀態(tài)。

4.2.3 結(jié)果判定

1）在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，若有大量的氣泡生成，則該批粉煤灰不合格。

2）如氣體伴有刺激性氣味，則可能產(chǎn)生的是氨氣，將濕潤的紅色石蕊試紙置于燒杯口處，觀察其是否變色并作記錄。

3）如氣體無刺激性氣味，則可能產(chǎn)生的氫氣，取小試管用向下排空氣法收集一試管氣體，用拇指堵住管口，接近火焰，松開拇指，聽是否有爆鳴聲并作記錄。

根據(jù)此方法對本試驗(yàn)所用粉煤灰做檢測并計(jì)算氨的含量，見表11。

表11 兩種粉煤灰氨含量 %

5 結(jié)語

問題粉煤灰進(jìn)廠很難通過標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，其應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)中，會(huì)出現(xiàn)一系列較為嚴(yán)重的質(zhì)量問題和缺陷。粉煤灰進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)時(shí)在進(jìn)行細(xì)度、需水比檢驗(yàn)后，還要對其是否摻有石灰石粉、銨離子和鋁離子等危害混凝土質(zhì)量的因素進(jìn)行檢測，確保混凝土質(zhì)量合格，減少工程損失，避免質(zhì)量事故發(fā)生。