中美粉煤灰试验方法和性能要求标准分析

耿士超，张 成，邓兆勋，宁顺才

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

下凯富峡水电站位于赞比亚首都卢萨卡东南约90 km的Kafue河上，电站坝址距上游已建的上凯富峡电站尾水出口约6 km。本工程以发电为主，正常蓄水位579.0 m，库容8 300万m3，装机容量5×150 MW，混流式机组。

工程枢纽建筑物包括RCC拦河坝、坝身泄洪系统、右岸引水系统、调压井和地面式厂房。下凯富峡水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶长度374.5 m，坝顶高程581 m，坝基高程450.5 m，最大坝高130.5 m，共分为19个坝段，其中4个溢流坝段、左岸7个挡水坝段和右岸8个挡水坝段；大坝中部设3孔溢洪道，弧门宽度15 m，高18 m。另在12号坝段EL 523高程设置直径1 m的生态放水孔。其中RCC拦河坝需要浇筑碾压混凝土约129万m3，总投资15亿美元。混凝土采用美国标准即ASTM规范，需要现场试验室针对不同的规范对粉煤灰进行比对、检测和判定。

1 粉煤灰性能要求对比

1.1 粉煤灰应用范围的差异

ACI标准属于欧美常用标准，主要内容是欧美国家对粉煤灰的应用成果介绍，通过研究成果给其他在建及策划项目以指导的参考性文件，不同于国内标准有行业划分，限制要求相对较为宽泛，ACI标准侧重于指出粉煤灰的标准制定依据和成果介绍。

国标中对粉煤灰有具体的技术要求，不同建筑行业根据自身的工程的特点有自己的标准要求，例如水利行业标准、电力行业标准、建筑行业标准。国标对粉煤灰提出了具体的技术要求，指标详细，不同建筑行业粉煤灰的技术指标略有不同，标准结果一般都严于国标要求。

1.2 粉煤灰各项性能指标方面的差异

粉煤灰的指标双控：中国标准基本都是单一的检测项目，美国标准往往会出现双控指标。粉煤灰ACI 232.2R-03中对于F类就是考虑粉煤灰烧失量与细度两个指标：F类粉煤灰当烧失量超过6%时，要求最大筛余量小于34%（筛子尺寸45 μm）。

粉煤灰生产稳定性要求：中国国标要求较为宽泛GB/T 1596-2005仅仅以细度为控制标准。电力标准DL/T 5055-2007以需水量比和细度为控制标准。欧美标准更重视生产的持续稳定性。ACI 232.2R-03提出了粉煤灰密度和细度变化的连续性要求，即对一段时间内生产的粉煤灰细度和密度结果，进行数理统计法分析，根据离差系数的大小判断是否生产稳定。

粉煤灰的干缩性能（砂浆棒法）：中国标准无粉煤灰干缩性能要求。部分品种的粉煤灰掺入混凝土量超过30%，会出现明显的干缩状况，欧美标准充分考虑到这方面的问题，在ACI 232.2R-03中提出粉煤灰干缩要求，当购买方提出要求，需要进行纯水泥砂浆与掺粉煤灰砂浆制成砂浆棒，通过砂浆棒法进行对比试验，观察28 d后，干缩率是否明显增加。

2 粉煤灰基本检测参数试验方法具体差异

2.1 粉煤灰活性指数

ASTMC 311胶砂法见表1，中国国标GB/T 1596胶砂法见表2。

通过对比胶砂和试验胶砂，分别按照规范规定进行搅拌、试件成型和养护，试件体养护至龄期后，进行对比胶砂和试验胶砂抗压强度对比。从上面可以看出粉煤灰活性指数的检测方法上均选用了胶砂强度对比的方法，但粉煤灰掺量的不同，相同的样品检测结果，美国规范的活性指数结果高于国内规范。

表1 胶砂配比表[5] 单位：g

表2 胶砂配比表[3]

2.2 烧失量

中国电标DL/T 5055，烘干试验约1 g，放置在高温炉内950℃±25℃条件下，灼烧15～20 min[2]。

ASTMC 311，烘干试验约1 g，放置在高温炉内750℃±50℃条件下，初始15 min，称量一次，随后5 min称量一次，灼烧至恒重。

从方法上分析试验设备基本相同，试验条件设置的温度差别较大。国内规范通过调高温度，在950℃高温条件下，使粉煤灰的燃烧更充分，根据国内现有的粉煤灰生产工艺，合理考量确定燃烧时间和温度，更贴近实际操作，更容易进行现场试验。美国规范偏向于理论化，通过现有的粉煤灰收集工艺，理论上认定，750℃可使粉煤灰内未燃烧完全的有害物质完全燃烧，通过多次灼烧后称量，以恒重确定烧失量，结果更接近理论值，实际操作难度加大。

2.3 细度

电标DL/T 5055采用干筛法，烘干样品约10 g放置在4 000～6 000 Pa负压状态下过0.045 mm筛，筛分3 min[2]。（停机后注意观察筛余物，当出现颗粒成球、粘筛或有细颗粒沉淀在筛框边缘，用毛刷在将细颗粒轻轻刷开，将定时开关设定在手动位置，再筛析1～3 min，直至筛分彻底为止）。

试验原理：利用气流作为筛分的动力和介质，通过螺旋的喷嘴喷出的气流作用使筛网里的待测粉状物料呈流态化，并在整个系统负压的作用下，将细颗粒通过筛网抽走，从而达到筛分的目的。

ASTMC 311采用湿筛法，烘干样品约1g放置在65 000～73 000 Pa水压下0.045 mm筛，冲洗1 min。筛余烘干至恒重[5]。

试验原理：利用水流和水压力作为筛分的动力和介质，通过喷嘴喷出的水流作用使筛网里的待测粉状物料呈留态化，并在水压的作用下，将细颗粒通过筛网抽走，从而达到筛分的目的。

细度检测国内外在方法上有显著的不同点，欧美规范很习惯于选择湿筛法进行，优点是筛网不易变形，降低筛孔堵塞，提高准确率。干筛法提高准确率，首先要注意筛分后是否有球状剩余物，因为我国很多地区气候潮湿，大多工地试验设施相对简陋，空气湿度偏大时，筛析过程中极易发生粉煤灰成球状的现象，造成检测结果误差；其次需要定期对负压筛进行期间核查，并用标准粉对粉煤灰筛网进行定期标定，修正筛网系数。

通过多次试验验证，干筛法和湿筛法检测结果相近。

2.4 含水率

中国电标DL/T 5055，样品50 g放置在烘箱内温度105℃～110℃，烘干至恒重[2]。

ASTMC 311，样品10 g放置在烘箱内温度105℃～110℃，烘干至恒重[5]。

试验原理均采用粉煤灰放入规定的烘干箱内烘至恒重，以烘干前与烘干后的试验质量差，与烘干前的质量之比，确定粉煤灰的含水量。

含水率检测国内外标准基本一致。

2.5 安定性

中国电标DL/T 5055沸煮法

表3 净浆配比表[2]

养护24 h±2 h，放置在沸煮箱内180 min±5 min。

沸煮法试验原理：应用雷氏夹测定仪,检测粉煤灰中游离氧化钙造成的体积安定性，从而评判粉煤灰的质量。

ASTMC 311蒸压法：首先成型水泥浆液试件，在温度216℃±2℃、压力2.4 MPa±5%条件下蒸煮3 h，测量其膨胀率[5]。

试验原理：蒸压沸煮法应用蒸压釜蒸压后测定试件膨胀率，从而判定被检测粉煤灰中游离氧化钙造成的体积安定性是否合格，以此评判粉煤灰的质量。

英国规范与中国国标相近，采用沸煮法检测粉煤灰。

2.6 需水量比

中国电标DL/T 5055见表4。

表4 胶砂配比表[2]

试验原理：测定试验胶砂与对比胶砂的流动度，以二者之间的流动度达到130～140 mm时，加水量之比确定粉煤灰的需水量比。

ASTMC 311见表5。

表5 净浆配比表[5]

试验原理：测定试验净浆与对比净浆，达到标准稠度时的加水量之比，确定粉煤灰的需水量比。

欧美规范采用净浆法测定需水量比，中国国标采用胶砂流动度法测定粉煤灰需水量比。

3 判定标准对比结果

表6 标准要求对比表[4]

活性指标。国内对粉煤灰活性指没有具体要求，欧美规范对粉煤灰7 d、28 d，胶砂强度比均有要求。可以看出欧美规范更注重粉煤灰后期强度的增长，将粉煤灰后期强度增长做了具体的要求。

判定标准。国内规范中，粉煤灰的分级不考虑是C类还是F类，均采用统一标准分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。美国规范则是根据粉煤灰的生产工艺进行分类，根据粉煤灰的烧失量，界定粉煤灰的类别。

粉煤灰细度的界定。国内规范通过筛余量分为三个等级，而美国规范相对宽松，只要≤34%都符合规范要求。美国规范更注重粉煤灰在混凝土中的性能状态，对其本身物理指标相对要求宽泛，只要应用于混凝土中的粉煤灰，体现出自身的微集料效应、形态效应、活性效应即可应用于生产过程。

粉煤灰含水量。欧美规范比国内规范更加宽泛。

安定性。英国规范与中国国标相近，采用沸煮法检测粉煤灰。美国规范采用蒸压法，通过高温高压的方式测定试件膨胀率，是通过模拟手段，加速粉煤灰在混凝土中的作用，从而充分反映掺粉煤灰混凝土后期的膨胀率，避免掺粉煤灰混凝土后期膨胀率过高，导致裂缝等缺陷产生。虽然方法不同，但都是通过高温、高压来加速粉煤灰膨胀，以检测掺粉煤灰净浆试件的膨胀情况。

需水量比。中国国标采用水泥胶砂流动度法检测，通过基准的纯水泥与掺入30%粉煤灰胶砂的用水量百分比，来测定需水量比。美国标准采用净浆法检测，通过基准的纯水泥与掺入25%粉煤灰净浆，在标准稠度时用水量的百分比来测定需水量比。两种方法不同，粉煤灰的掺量也不同，判别标准因粉煤灰的生产工艺不同结果也大不相同，判定结果上欧美规范根据各种类型粉煤灰进行不同分类，中国国标则根据试验结果统一判定为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。

4 结论

国标与欧美标准针对粉煤灰的定义与分类方法基本一致。

欧美标准详细介绍了粉煤灰的玻璃体成分、物理特性及化学成分，通过分析说明对粉煤灰的影响，国标中无相关内容介绍。

国标与欧美标准中对粉煤灰的活性指数、烧失量、细度、含水率、安定性、需水量比在试验方法及技术指标方面均存在一定差异。其中细度和安定性方法差别较大，将直接影响粉煤灰等级判定结果。

美国规范中ACI标准结合ASTM C 595、ASTM C 1157，对粉煤灰在混凝土中的应用做了全面的解读，根据不同区域的气候环境和外加剂掺量等条件下的配合比调整做了简要的介绍，没有计算公式、技术指标要求和试验方法。在国内水电标准DL/T5055-2007中，对粉煤灰在水工混凝土中的应用提出了明确规定，对粉煤灰最大掺量、胶凝材料用量、配合比设计以及施工过程中的养护等方面均做了详细要求。

综上所述，欧美粉煤灰规范主要用于指导工程策划和设计，没有行业区分和限制，更注重指标依据和技术原理的分析，指标相对较为宽泛，更多从理论角度论述成果，从而去指导施工。国内规范规定相对更具体，适宜现场操作，有明确的行业和区域限制。