含氨粉煤灰的危害及快速评价方法的研究

□文/郑 明 李 微 张 萍 周全景

粉煤灰作为预拌混凝土的一种矿物外加剂，不但可以提高拌和物的和易性，还可以提高混凝土的抗裂能力以及后期强度增长率。随着预拌混凝土技术的发展，高质量粉煤灰供不应求，致使很多问题粉煤灰逐渐流入原材料市场，如：脱硫灰、浮黑粉煤灰、磨细粉煤灰、混有石灰石粉粉煤灰、脱硝粉煤灰等。这些粉煤灰通过外观很难识别，但在成分和性质上有别于普通粉煤灰，使用时会出现水泥安定性不良、混凝土和易性较差等现象[1～9]。近年来，我国因为问题粉煤灰导致的工程质量事故有很多[10～11]；因此，粉煤灰的性能检测和质量监控对于混凝土生产和应用有非常重要的意义。

为进一步验证问题粉煤灰对混凝土性能的危害并研究快速评价粉煤灰潜在危险因素的方法，根据实际生产配合比分别配制了掺加合格粉煤灰和问题粉煤灰的两种混凝土，设计强度等级为C35和C40。

1 试验方法

1.1 原材料

1）石子：技术指标见表1。

表1 石子技术指标

2）砂子：技术指标见表2。

表2 砂子技术指标

3）水泥：P·O 42.5水泥物理性能见表3。

表3 P·O 42.5级水泥物理力学性能

4）矿粉：技术指标见表4。

表4 矿粉技术指标 %

5）粉煤灰：分别对两种粉煤灰的细度、需水比、烧失量做检测，见表5。

表5 粉煤灰技术指标 %

1.2 配合比

水胶比：C35 混凝土0.45，C40 混凝土0.42。胶凝材料：C35 混凝土总质量380 kg，C40 混凝土总质量420 kg。砂率45%；混凝土表观密度2 360 kg/m3。

2 试验结果

2.1 对混凝土拌和物的影响

1）混凝土产生氨气。问题粉煤灰在使用过程中有刺鼻气味，随着搅拌进行，刺鼻气味逐渐浓烈。

2）混凝土和易性差。掺加问题粉煤灰的新拌混凝土放置一段时间后出现离析分层，保水性和黏聚性差，经时损失大。

3）混凝土凝结时间延长。普通混凝土终凝时间为9 h，掺加问题粉煤灰的混凝土终凝时间为20 h。如果这种混凝土按照正常的时间拆模，混凝土局部尚未终凝，可能出现大面积粘模、脱落等质量缺陷。

4）混凝土含气量增高。见表6。

表6 设计强度为C35、C40混凝土含气量 %

2.2 对胶砂强度的影响

为研究含氨粉煤灰对胶砂强度的影响，用含氨粉煤灰替代部分水泥，水胶比0.5，试件成型为40 mm×40 mm×160 mm，标准养护24 h 后拆模，分别测其3、28 d的抗折强度和抗压强度。见表7。

表7 不同掺量含氨粉煤灰试块抗折强度和抗压强度

由表7可知，问题粉煤灰掺量越大，试块的抗折强度和抗压强度越低。

2.3 对混凝土密度的影响

掺含氨粉煤灰混凝土标养试块与钻芯取样试块密度均低于设计密度。见表8。

表8 设计强度为C35、C40混凝土密度 kg/m3

2.4 对标养混凝土龄期强度的影响

混凝土留置的标养试块龄期强度见表9。

表9 设计强度为C35、C40混凝土龄期强度 MPa

掺加含氨粉煤灰的混凝土28 d标养抗压强度低于设计强度。对试块进行了破损后观察，试块存在微小气孔，无大气孔。混凝土试块终凝前有膨胀现象，拆模后试块侧面有微小横向裂纹。见图1和图2。

图1 终凝前

图2 拆模后

2.5 对同条件混凝土强度的影响

砌筑了尺寸为1 500 mm×1 000 mm×300 mm、强度等级为C35、C40 的试验墙，进行15、28、35、42、65 d的回弹试验。见图3和图4。

图3 两种混凝土不同龄期回弹值

图4 两种混凝土不同龄期强度百分比

由图3和图4可知，掺加含氨粉煤灰的C35和C40混凝土回弹值远低于正常混凝土强度和设计强度且强度百分比均未能达到设计要求。

对掺加含氨粉煤灰试验墙进行28、60 d 的钻芯取样，见表10。

表10 设计强度为C35、C40含氨粉煤灰混凝土钻芯实体强度 MPa

由表10 可知，掺加含氨粉煤灰的C35 和C40 混凝土实体强度值远低于设计强度。

3 试验结论

含氨粉煤灰的细度、需水量比、烧失量与合格粉煤灰相近且满足质量控制标准要求，通过传统检测方法无法发现质量问题。含氨粉煤灰粉煤灰对混凝土的外观、含气量、强度值均有较大的影响，会导致混凝土出现质量缺陷。

因此，控制问题粉煤灰的应用，快速检测粉煤灰的质量，对保障混凝土质量有实际的指导意义。

4 粉煤灰检测方法

4.1 基于混入石灰石粉的粉煤灰快速检测方法

4.1.1 盐酸滴定法

粉煤灰不与盐酸反应，石灰石粉与盐酸反应剧烈且有大量CO2溢出。化学反应式

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

1 g 纯石灰石粉与盐酸完全反应，放出0.44 gCO2，CO2与饱和Ca（OH）2反应生成白色CaCO3沉淀，可定性判断粉煤灰中含石灰石粉杂质；利用CO2在水中溶解度小的特点，通过电子分析天平秤量反应物质量损失，定量检测粉煤灰中石灰石粉的含量。见图5。

图5 粉煤灰+盐酸澄清石灰水排水收集气体

具体检测方式如下：

1）配制1 mol/L的盐酸溶液，密封储存；

2）用分析电子天平在秤量纸上秤取粉煤灰样品1 g备用；

3）在50 mL 小烧杯中称取足量的盐酸溶液，将称量好的粉煤灰倒入烧杯中，待无气泡生成时，记录反应物质量损失；为加快反应速度，可放置在50～70℃水浴中进行；

4）反应物损失质量即石灰石粉的质量，约为生成的CO2的质量。

4.1.2 微观结构检测法

将粉煤灰样品置于显微镜下观测（采用100 倍以上的显微镜），观测样品微观形貌是否为玻璃微珠状态，检验其是否掺有粉煤灰以外的物质，如大量存在非玻璃微珠状态物质，则判定粉煤灰不合格。正常粉煤灰在显微镜下呈玻璃球状，问题粉煤灰在显微镜下呈棱角状。见图6和图7。

图6 正常粉煤灰

图7 问题粉煤灰

4.2 脱硝粉煤灰铵根离子和金属铝含量超标的检测方法

4.2.1 试验药品及器具

氢氧化钠、石蕊试纸、玻璃棒、烧杯、天平（感量1 g）。

4.2.2 检验方法

1）烧杯中加入水100 mL、氢氧化钠5 g，充分溶解。

2）称取粉煤灰50 g 倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌至粉煤灰全部分散。

3）观察5 min混合物的状态。

4.2.3 结果判定

1）在规定的时间内，若有大量的气泡生成，则该批粉煤灰不合格。

2）如气体伴有刺激性气味，则可能产生的是氨气，将湿润的红色石蕊试纸置于烧杯口处，观察其是否变色并作记录。

3）如气体无刺激性气味，则可能产生的氢气，取小试管用向下排空气法收集一试管气体，用拇指堵住管口，接近火焰，松开拇指，听是否有爆鸣声并作记录。

根据此方法对本试验所用粉煤灰做检测并计算氨的含量，见表11。

表11 两种粉煤灰氨含量 %

5 结语

问题粉煤灰进厂很难通过标准验收发现质量问题，其应用于混凝土生产中，会出现一系列较为严重的质量问题和缺陷。粉煤灰进厂复验时在进行细度、需水比检验后，还要对其是否掺有石灰石粉、铵离子和铝离子等危害混凝土质量的因素进行检测，确保混凝土质量合格，减少工程损失，避免质量事故发生。