劣質(zhì)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(shù)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(huán)保材料，是目前混凝土生產(chǎn)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(chǔ)是使用了合格的、優(yōu)質(zhì)的粉煤灰。隨著粉煤灰供需矛盾加劇，以及檢測標(biāo)準(zhǔn)無法準(zhǔn)確衡量粉煤灰的質(zhì)量，導(dǎo)致市場上出現(xiàn)了各種低質(zhì)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(zhì)粉煤灰按正常品質(zhì)粉煤灰應(yīng)用于混凝土，為工程質(zhì)量隱患埋下了不確定因素。因此，準(zhǔn)確把握不同劣質(zhì)粉煤灰對混凝土的性能影響，以及簡易快速辨別出劣質(zhì)粉煤灰，成為混凝土技術(shù)員急需掌握的能力。

1 劣質(zhì)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(dāng)優(yōu)質(zhì)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(yīng)商在運(yùn)輸罐車?yán)锓謱友b入不同質(zhì)量的粉煤灰，一般在罐車底、中部裝入質(zhì)量較差的或摻假粉的粉煤灰，上部裝入質(zhì)量較好滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的粉煤灰；另一種是粉煤灰供應(yīng)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(xì)。以上兩種情況都是供應(yīng)商為了謀取不當(dāng)利益，以次充好銷售粉煤灰。

優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)見表1，負(fù)壓篩試驗(yàn)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(yōu)質(zhì)粉煤灰篩余

圖2 摻假粉煤灰篩余

圖3 優(yōu)質(zhì)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(jīng)過SCR 技術(shù)脫硝，含有氨氮化合物的粉煤灰。電廠燃煤時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的NOx 氣體，該氣體會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，且對人皮膚、呼吸系統(tǒng)均有強(qiáng)烈的刺激作用，為了控制NOx 氣體的排放，需對煙氣進(jìn)行脫硝處理。目前，SCR 技術(shù)一種是國際上應(yīng)用最為成熟、且脫硝效率較高的煙氣脫硝技術(shù)，我國94%以上燃煤電廠均采用選擇性催化還原技術(shù)（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(shù)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(huán)流化床燃煤溫度控制為900℃左右，遠(yuǎn)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(tǒng)粉煤灰最顯著的區(qū)別在于固硫粉煤灰含有更多的SO3和f-CaO。目前，循環(huán)流化床燃煤固硫技術(shù)最具技術(shù)優(yōu)勢，幾乎可以燃燒所有煤以及煤矸石等劣質(zhì)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(shí)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(shù)要求，會(huì)在燃煤過程中添加柴油或其他油性物質(zhì)作為助燃劑，這些助燃劑無法完全燃燒，從而在粉煤灰殘留油份。

2 劣質(zhì)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(yōu)質(zhì)粉煤灰相比，其活性指數(shù)很低或完全沒有活性，需水量大，導(dǎo)致混凝土拌合物流動(dòng)性差，難以泵送，甚至嚴(yán)重影響了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)見表1，混凝土狀態(tài)見圖5、圖6。

表1 優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)

圖5 優(yōu)質(zhì)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(dāng)脫硝粉煤灰應(yīng)用于混凝土?xí)r，其混凝土拌合物會(huì)產(chǎn)生較多的大氣泡，并伴隨著刺鼻的氣味，會(huì)嚴(yán)重影響混凝土實(shí)體質(zhì)量和表觀質(zhì)量。產(chǎn)生以上不良后果是因?yàn)榛炷翑嚢柽^程中，脫硝粉煤灰中的NH4+與水泥水化產(chǎn)生的OH-反應(yīng)生成氨氣，氨氣在混凝土中不斷產(chǎn)生，如果在混凝土初凝后或抹面后才釋放出來，很大可能會(huì)停留在混凝土表面，從而形成鼓包或氣孔或炮眼。不管是內(nèi)部氣泡還是表面氣泡，都會(huì)嚴(yán)重影響混凝土外觀和強(qiáng)度。圖7 為脫硝粉煤灰產(chǎn)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(chǎn)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(jié)時(shí)間，一般情況下會(huì)延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，原因是水泥成品中會(huì)加入石膏（即硫酸鈣）來調(diào)整凝結(jié)時(shí)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(biāo)，如果未采取相應(yīng)措施，將會(huì)延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間。二是安定性，根據(jù)《通用水泥》標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(jìn)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(jié)時(shí)間延長

圖10 混凝土結(jié)構(gòu)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(huì)影響工程實(shí)體的外觀質(zhì)量。這是因?yàn)楦∮头勖夯覛埩舻挠头趾吞挤郾戎剌^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(huì)上浮到混凝土表面，特別是大流動(dòng)性的混凝土更為明顯，造成拌合物表層出現(xiàn)很多黑色油狀物，待混凝土硬化拆模后，混凝土結(jié)構(gòu)物表面會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的黑斑，嚴(yán)重影響構(gòu)件外觀質(zhì)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(guī)則黑斑

3 劣質(zhì)粉煤灰簡易辨別方法

3.1 加水?dāng)嚢璺?/h3>

⑴取適量的粉煤灰放入燒杯中，加適量的水充分?jǐn)嚢韬箪o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(zhì)粉煤灰，這是粉煤灰在高溫?zé)Y(jié)后的輕質(zhì)顆粒產(chǎn)物，約占粉煤灰質(zhì)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(biāo)滿足要求，不會(huì)對混凝土性能產(chǎn)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(fā)黑、有異味，則證明該粉煤灰為“浮油灰”，會(huì)嚴(yán)重影響混凝土外觀。見圖13和圖14。

圖13 高品質(zhì)粉煤灰無黑灰漂浮

圖14 劣質(zhì)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?jǐn)嚢韬箪o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?yàn)楣塘蚍勖夯抑泻休^高的游離CaO 和SO3，加水?dāng)嚢韬蟪蕢A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?jǐn)嚢韬箪o置30 秒，然后加入適當(dāng)?shù)膲A性溶液，如果攪拌時(shí)，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(dāng)，粉煤灰遇到堿性環(huán)境就會(huì)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(yīng)法

將稀鹽酸或工地實(shí)驗(yàn)室常備的草酸，滴在待測粉煤灰樣品上觀察是否有氣泡產(chǎn)生，若有則為石灰石磨細(xì)而成的摻假粉煤灰，原因是主要成分碳酸鈣遇酸反應(yīng)生成氣體，而真粉煤灰是高溫?zé)Y(jié)而成的，不會(huì)與酸發(fā)生反應(yīng)。見圖17 和圖18。

圖17 石灰石粉遇酸反應(yīng)生成氣泡

圖18 真灰遇酸無氣泡產(chǎn)生

3.3 顯微鏡法

若酸反應(yīng)法無氣泡產(chǎn)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(yōu)質(zhì)粉煤灰。

圖19 優(yōu)質(zhì)粉煤灰圓形顆粒多

圖20 劣質(zhì)粉煤灰圓形顆粒少

4 結(jié)語

綜上所述，市場上常見的劣質(zhì)粉煤灰種類繁多，復(fù)雜多變，如果未經(jīng)辨別，將這些劣質(zhì)粉煤灰當(dāng)作合格粉煤灰應(yīng)用于工程，定會(huì)為工程質(zhì)量埋下嚴(yán)重隱患?；炷辽a(chǎn)技術(shù)人員、材料檢測人員應(yīng)清楚了解劣質(zhì)粉煤灰的辨別方法，并嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，務(wù)必將不合格的粉煤灰拒于工程之外，確保合格的建材產(chǎn)品用于建設(shè)工程。