淺析浮油粉煤灰特性及對混凝土性能的影響

張鳴雷中鐵隧道局集團(tuán)有限公司工程試驗分公司（471000）

0 前言

隨著對粉煤灰的深入研究和工程上的使用，粉煤灰在混凝土中的作用正在從一種單一的經(jīng)濟摻和料向重要的功能性材料轉(zhuǎn)變。研究表明，在混凝土中摻入粉煤灰，能夠有效地改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大幅度提高混凝土的耐久性，并且有著良好經(jīng)濟效益和社會效益[1]。粉煤灰對混凝土的影響主要體現(xiàn)在以下四大功效上：

1）火山灰效應(yīng)：摻和料中潛在活性物質(zhì)與堿性物質(zhì)或石膏反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)；

2）形態(tài)效應(yīng)：由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級配等產(chǎn)生的效應(yīng)；

3）微集料效應(yīng)：粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細(xì)孔，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和增大密實度；

4）界面效應(yīng)：粉煤灰與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，減少了Ca(OH)2的含量，改善了界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，使?jié){體界面的黏結(jié)力增加[2]。產(chǎn)生的效果主要有提高混凝土強度，延長混凝土凝結(jié)時間，減少混凝土塑性收縮，提高混凝土抗凍融性能，改善混凝土的和易性、保水性、流動性。

近些年隨著混凝土中粉煤灰摻量的提高、應(yīng)用范圍的擴大，粉煤灰使用量在逐年遞增，市場上出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，粉煤灰價格也隨之上揚。在此境況下，為了滿足市場需求和追逐利益，一些廠商魚目混珠，將假劣的粉煤灰改頭換面打入市場。有些施工單位進(jìn)場檢驗把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致這些假劣粉煤灰進(jìn)入工程實體中，給工程質(zhì)量安全帶來較大隱患。

由于煤炭資源日益緊缺和環(huán)保要求日益提高，人們對電廠廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)有了更嚴(yán)格的要求。為了達(dá)到廢氣排放環(huán)保指標(biāo)，電廠對排放的廢氣進(jìn)行脫硝或脫硫處理，這樣的變化引起了粉煤灰成分的較大變化，而且不同的電廠處理工藝和處理程度不同，其成分更是千差萬別[2]。目前市場上出現(xiàn)的特殊粉煤灰主要包括：煅燒粉煤灰、脫硫粉煤灰、脫硝粉煤灰、磨細(xì)粉煤灰、浮油粉煤灰等。這些粉煤灰會從各個方面對混凝土產(chǎn)生不好的影響。

現(xiàn)代燃煤工藝中，為了提高燃煤效率或電廠的某些特殊操作要求，會在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質(zhì)作為助燃劑，這些助燃劑不能完全燃燒，會在粉煤灰中殘留油分。特別是粉煤灰經(jīng)過分選后，收集的粉煤灰會含有更多的未燃盡油分，用于拌制混凝土。這些油分上浮，在混凝土中容易漂浮出黑色油狀物。這種粉煤灰被稱為浮油粉煤灰[3]。浮油粉煤灰會影響混凝土的表觀質(zhì)量，造成泌水、緩凝、強度低等現(xiàn)象。希望本次研究的浮油粉煤灰對混凝土的影響，能對以后工程試驗遇到此類問題有一定的指導(dǎo)作用。

1 試驗概況

1.1 原材料與配合比

1.1.1 原材料

水 泥：P·O 42.5 級水泥 ，28d 抗 壓 強 度 47.7 MPa。砂：Ⅱ區(qū)級配河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.4%，表觀密度 2 690 kg/m3。碎石：（5～31.5）mm 連續(xù)級配，（5～10）mm：（10 ～20）mm：（16 ～31.5）mm=20% ：50%：30%，最大粒徑31.5 mm，表觀密度 2 720 kg/m3，針片狀顆粒含量4%，含泥量0.4%，壓碎指標(biāo)7%。減水劑：PCA-Ⅰ緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率27%，含氣量4.9%。拌和用水：井水，符合規(guī)范要求。粉煤灰：F類Ⅱ級，分別抽取正常粉煤灰和浮油粉煤灰兩種粉煤灰進(jìn)行試驗。

1.1.2 配合比

C35泵送混凝土，坍落度范圍160～200 mm，粉煤灰摻量25%，砂率42%，減水劑摻量1.0%，水泥：粉煤灰：砂子：碎石：水;減水 劑=281：94：788：1 087;150：3.75，膠材總量 375 kg。

1.2 試驗與測試

1.2.1 兩種粉煤灰外觀檢測

抽取正常與浮油兩種粉煤灰，放入白色瓷盤中，直接用肉眼觀測其顏色等特征；

抽取正常與浮油兩種粉煤灰，放入白色瓷盤中，加水緩慢攪拌均勻，靜置10 min，觀察其漂浮物顏色，并聞氣味。

1.2.2 兩種粉煤灰試驗檢測

分別對抽取的正常與浮油兩種粉煤灰進(jìn)行試驗檢測，檢測項目包括：細(xì)度（45μm）、需水量比、燒失量、游離氧化鈣、SO3含量，試驗方法按照規(guī)范GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗方法篩析法》、GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 176—2017《水泥化學(xué)分析方法》執(zhí)行。

1.2.3 兩種粉煤灰條件下的混凝土試驗

采用強制式攪拌機進(jìn)行混凝土攪拌，投料順序為：水泥→粉煤灰→砂子→碎石，干拌30 s，再加入混有高性能減水劑的水，濕拌3 min，攪拌均勻后出料，測定坍落度和含氣量，并觀察表觀質(zhì)量、泌水、抓地等情況，裝入150 mm×150 mm×150 mm塑料混凝土試模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)（溫度20℃±2℃，濕度≥95%），檢測28 d混凝土強度（分別各拌制兩盤混凝土，各制作試件6塊）。

2 試驗結(jié)果

2.1 兩種粉煤灰外觀檢測結(jié)果

干燥狀態(tài)下正常粉煤灰顏色偏淡，呈淡灰色。浮油粉煤灰顏色偏重，發(fā)黑發(fā)亮，呈黑色。如圖1所示。

圖1 左側(cè)浮油、右側(cè)正常

泡水過后，正常粉煤灰表面沒有浮油，且氣味正常。浮油粉煤灰表面很明顯有一層黑色油污，并且有異味，如圖2所示。

圖2 左側(cè)浮油、右側(cè)正常

2.2 兩種粉煤灰試驗檢測結(jié)果

通過對兩種粉煤灰進(jìn)行試驗檢測可以發(fā)現(xiàn)，浮油粉煤灰的細(xì)度、需水量比和燒失量指標(biāo)都優(yōu)于正常粉煤灰，游離氧化鈣含量和SO3含量指標(biāo)差于正常粉煤灰。對比結(jié)果見表1。

表1 粉煤灰試驗結(jié)果比對

2.3 兩種粉煤灰條件下的混凝土試驗結(jié)果

2.3.1 坍落度、含氣量試驗結(jié)果及表觀質(zhì)量、泌水、抓地情況

使用兩種粉煤灰進(jìn)行混凝土試拌，測試出機坍落度和含氣量，并觀察混凝土表觀質(zhì)量、泌水、抓地情況發(fā)現(xiàn)，浮油對出機坍落度的影響不大，但會明顯降低混凝土含氣量，且浮油粉煤灰拌制出的混凝土表觀質(zhì)量非常差，泌水、抓地情況嚴(yán)重，出現(xiàn)露骨、離析等不良現(xiàn)象。坍落度、含氣量試驗結(jié)果見表2、表 3。

表2 坍落度試驗結(jié)果

表3 含氣量試驗結(jié)果

2.3.2 強度試驗結(jié)果

從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中取出養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土試塊，在DYE-2000型數(shù)字式壓力試驗機上進(jìn)行抗壓試驗，試驗速率按照GB/T 50081——2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“試驗過程中均勻加荷，混凝土強度等級≥C30且＜C60時，每秒鐘 0.5～0.8 MPa”，均勻試驗載荷 11.25～18.00 kN/s，直至試件壓碎。從結(jié)果可以看出，浮油粉煤灰拌制的混凝土，強度普遍偏低，比正常粉煤灰拌制出的混凝土強度低15%左右。強度結(jié)果見表4。

表4 抗壓強度試驗結(jié)果

3 分析與結(jié)論

3.1 結(jié)果分析

浮油粉煤灰顏色偏重，水泡之后表面漂出黑色油污。黑色油污是電廠為了提高燃煤效率，添加的油性助燃劑物質(zhì)。助燃劑不能完全燃燒，在粉煤灰中存留下殘余油質(zhì)。這些殘余油質(zhì)導(dǎo)致粉煤灰含碳量增高，顏色發(fā)黑，在水泡后產(chǎn)生油污和異味。

粉煤灰試驗中，浮油粉煤灰的細(xì)度、需水量比和燒失量指標(biāo)優(yōu)于正常粉煤灰，是因為油性物質(zhì)的加入，導(dǎo)致粉煤灰顆粒變得更加圓滑，顆粒間的黏結(jié)力下降，在細(xì)度試驗時，更容易濾過篩網(wǎng)。由于油性物質(zhì)的加入，在燒失量試驗時，粉煤灰燃燒得更為透徹，燒減掉的質(zhì)量里面也包含油性物質(zhì)的質(zhì)量，導(dǎo)致浮油粉煤灰燒失量指標(biāo)變好。而游離氧化鈣和SO3含量的提高，可能也是因為油性物質(zhì)殘余導(dǎo)致的結(jié)果。

浮油粉煤灰拌制的混凝土含氣量降低，表觀質(zhì)量變差，泌水抓地現(xiàn)象嚴(yán)重，強度降低，是因為浮油粉煤灰里的油性物質(zhì)與聚羧酸系減水劑里的丙烯酸或甲基丙烯酸反應(yīng)，導(dǎo)致減水劑分子不能有效分散到分散系中，不能均勻吸附在水泥顆粒表面，使得水泥顆粒直接接觸，團(tuán)聚在一起，導(dǎo)致減水劑的潤滑分散作用失效。潤滑作用失效最直接的后果就是泌水抓地現(xiàn)象嚴(yán)重、和易性變差，隨之拌和物性能失常、強度降低。

3.2 結(jié)論

常規(guī)的粉煤灰試驗檢測，不能夠有效判定浮油粉煤灰質(zhì)量的好壞；通過顏色識別和泡水試驗，可以簡單判別是否為浮油粉煤灰；浮油粉煤灰導(dǎo)致混凝土拌和物性能參數(shù)失常，混凝土和易性變差，施工質(zhì)量和工程實體外觀質(zhì)量變差；浮油粉煤灰導(dǎo)致混凝土強度降低，影響工程質(zhì)量與結(jié)構(gòu)安全，建議發(fā)現(xiàn)后立即清退出場。