淺談粉煤灰標準的幾點變化

前言

隨著國家對于“三廢”利用的不斷深入與加強，以及粉煤灰產品在混凝土中的作用優勢越來越得到充分體現，人們對粉煤灰質量品質的越來越重視 。從最開始的節約水泥和細骨料的用量，已經認識到的玻璃球體狀形態及填充作用、改變混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性以及對混凝土后期的耐久性的改善都有不可替代的作用。因而使粉煤灰在混凝土中的應用日趨廣泛，粉煤灰的需求量日益增大。但隨著國家節能降耗工作的不斷推進，不少地方的火力發電廠處于停產或間斷生產的狀態，因而使粉煤灰產品的來源日益減少。因此，粉煤灰的需求量和供應量之間的矛盾更加體現出來，隨著市場需求。因此，市場上出現了不同質量品質的粉煤灰，甚至摻加其他粉磨物的產品。粉煤灰的質量也成為了混凝土行業技術人員比較關注的一個重點和難點問題，針對目前這種情況，筆者就2005 版和2017版粉煤灰國家標準的控制指標的改變作如下的分析。

1 粉煤灰的來源

粉煤灰是來自發電廠燃煤煙氣中收集的具有一定活性的粉末。又被稱為“飛灰”，一部分成為球形，表面光滑，一部分為玻璃碎屑以及莫來石、石英等結晶物質 。通常情況下，粉煤灰顏色成銀灰色。目前市場上主要存在這幾種粉煤灰：脫灰、脫硝灰、浮黑灰，因粉煤灰市場供不應求，還有摻加其他粉磨物冒充的粉煤灰。

2 國家對于粉煤灰質量的要求

隨著粉煤灰產品的需求擴大，資源又不斷減少，因此，市場可能會出現摻加其他廢渣或者石灰石等物質假冒粉煤灰產品，因此，國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會于2018 年6月1日對《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596－2017)標準進行了修訂并正式實施，其檢測內容對比見表1。

根據國家標準對粉煤灰檢測指標的改變，可以看出在2017 版的國家標準對于粉煤灰的檢測指標提出了更加科學的要求，下面就2017版標準中對粉煤灰產品檢測指標的變化，做如下分析。

2.1 增加密度檢測指標

這個指標主要杜絕了某些生產企業為了應對日益擴大的市場需求但粉煤灰資源的不斷減少的矛盾，摻入其他材料冒充粉煤灰產品( 主要摻入的如石灰石、卵石等粉磨物)，這些物質的摻入，對混凝土后期使用是不利的，最直接的判定可以從密度和燒失量兩個指標來判斷，一般粉煤灰中有很多中空球體，導致其密度比天然礦物低，多年經驗得出：我國的粉煤灰產品的密度在1.77 ～2.43g/cm3，平均值為2.08g/cm 3，而摻入的石灰石或卵石的密度遠遠大于這個值，一般在2.7g/cm 3左右，況且摻入了石灰石以后的混合物，其燒失量檢測結果會遠遠超過《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596 —2017)規定的指標要求，甚至達到35%以上。

2.2 活性指數控制指標

在2005 版的國家標準中，未對使用于砂漿和混凝土中的粉煤灰的活性系數做強制要求，只是針對用做水泥摻和材料的粉煤灰做出了規定，而2017版的國家標準對活性系數均做了要求，不能低于70%。因為粉煤灰是具有火山灰活性的材料，對于粉煤灰火山灰性一般采用抗壓強度比、火山灰活性指數、化學方法和電阻方法等四種方法表示，國家標準采用了其中的抗壓強度比的方式來體現粉煤灰的火山灰性，若有其他摻入物(如冒充粉煤灰的雜物)中的活性物質大為減少，況且在活性指數試驗中，配比參數(試驗過程的配比)均為質量比，即在相同的膠材組成、相同的水膠比、相同砂膠比的條件下，由于粉煤灰的密度比較低，相同質量的粉煤灰較其他密度(如石粉)較大的摻入物的體積大，使試驗拌合物的漿體的初始空隙率比較低，填充效率比石粉高，漿體占整個膠砂體積的比例較高，即使不發生火山灰反應，其活性指數也比石粉高，因此，從活性系數的高低可以判斷出是否摻加有其他物質。

由于在試驗過程中不同的水泥和養護條件會導致結果有很大的差異，因此，在《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596 —2017)標準中做了如下的規定：水泥采用P.O42.5 的水泥作為基準水泥，水泥和粉煤灰的摻加比例為7∶3，在相同的用水量(225ml)，按照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB17671—1999)中標準成型在標準狀態條件下養護至數。

在粉煤灰混凝土中，水泥和粉煤灰水化以后，最終產物為水化硅酸鈣凝膠、水化鋁酸鈣及其與水化鐵酸鈣形成的固溶體。這些凝膠與骨料形成堅固的整體，如果采用摻入石粉的粉煤灰制成混凝土( 石粉本身不具粘結性，其強度遠低于粉煤灰混凝土的強度，若要迅速判斷粉煤灰的火山灰活性，也可采用加溫養護的試驗方法)，砂粉煤灰的密度、假灰的結果及參數見表2～3。

2.3 需水量

指粉煤灰和水的混合物達到某**動度的情況下，所需要加入的用水量，需水量是粉煤灰在混凝土應用中的重要物理指標，粉煤灰的需水量大小與其顆粒的大小、顆粒形狀、顆粒級配以及它的密度、燒失量都有直接的關系，因粉煤灰中的顆粒大多是封閉的中空球狀體，粉煤灰表觀密度較低，相同質量下，其體積更大，對需水量的要求是不利的，另外，表面的水膜厚度差異也會影響需水量; 但其中的球形體能降低需水量，其對混凝土拌合物的泵送和填充起到的獨特作用，是其他粉料所不能比的。如果經過粉磨的工藝進行過加工的粉煤灰，其球狀體大為減少，且破壞了中空球狀的結構，形成開口的顆粒，從而使需水量較未經磨細加工的粉煤灰的需水量大。但是，如果在粉煤灰中摻加了石灰石或卵石的粉磨物來充當粉煤灰，因其本身質地致密，吸水率較低，故其需水量不會有較大的變化，僅從需水量這個指標不會直觀地判斷是否摻加有石灰石或卵石粉磨物。

2017 版國家標準對于需水量的檢測提出了更嚴格的要求。雖然標準中規定對粉煤灰替代比例是一樣的，即水泥和粉煤灰按照7∶3混合作為對比試樣，但2005版中對比砂漿和基準砂漿的流動度控制在130～140mm作為需水量的控制要求，而2017版的對比砂漿和基準砂漿的流動度控制在145～1 55mm，偏差± 2mm的范圍內，這樣更加準確地體現對比砂漿和基準砂漿的需水量差異。

2.4 SiO2+Fe2O3+Al2O3總質量分數

由于四川省的粉煤灰基本都是低鈣粉煤灰，其化學成分主要是二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣以及沒有燃盡的碳，粉煤灰的活性主要是由二氧化硅( 活性玻璃體)、三氧化二鋁(活性玻璃體)在堿性狀態下發生水化反應，激發出強度。因此，SiO2+Fe2O3+Al2O3總質量分數越高，其活性越大。但是，如果使用礦物質( 如卵石)粉磨后配制成SiO2+Fe2O3+Al2O3總質量分數達到甚至高于標準要求值，但因為粉磨物所含的這幾種化學成分以穩定的礦物形態存在，不具有活性，即使拼湊在一起，也不能產生水化形成凝膠，所以也不能提高其活性指數，這在前面的試驗中也體現了。

2.5 增加半水亞硫酸鈣含量指標

2017 版標準規定:干法或半干法脫硫工藝時產生的粉煤灰需檢測半水亞硫酸鈣含量，規定指標為含量不大于3%，這一規定更利于把控粉煤灰的質量。當采用石灰/石灰石直接噴射法(干法)或爐內噴鈣/尾部增濕活化法(半干法)對燃煤熱電廠的煙氣進行脫硫處理時，所得粉煤灰中的硫將以CaSO4和CaSO 3兩種方式存在。而亞硫酸鈣在混凝土拌合物會出現幾種對混凝土不利的情況: ①由于亞硫酸鈣在混凝土拌合物中會分解，將直接影響水泥混凝土的含氣量與密實度;②影響水泥的水化，導致混凝土的性能變異，造成水泥水化緩慢，表現出水泥一定時間內不再凝固，且亞硫酸鈣含量越多，這種影響則越顯著;③半水亞硫酸鈣和水泥中的鋁酸鹽礦物反應，主要生成單硫型水化硫鋁酸鈣，可能導致水泥混凝土早期強度下降、后期強度增幅小甚至倒縮。

3 結束語

在實際的運用中，我們應該充分了解粉煤灰產品的形成過程、礦物成分等內容，從多個角度了解并提升粉煤灰的使用價值，克服那些單從某一項指標就片面的判斷出粉煤灰品質的做法。因此，我們只有結合粉煤灰自身具有的特性和標準規定的指標，理解其中的含義和科學根據，從不同角度進行檢測，從而使粉煤灰產品在實際工程應用中發揮其突出的優勢。