劣质粉煤灰对混凝土性能的影响及简易辨别方法

苏艺凡 李 琴

（1 中交一公局厦门检测技术有限公司；2 中交一公局厦门工程有限公司）

0 引言

粉煤灰作为一种低碳环保材料，是目前混凝土生产中使用最广泛的辅助胶凝材料，它不仅可以替代水泥从而减少水泥用量，还能改善混凝土的工作性能，降低水化热，提高耐久性，已成为混凝土的重要组成部分。但是，粉煤灰能够改善混凝土性能的基础是使用了合格的、优质的粉煤灰。随着粉煤灰供需矛盾加剧，以及检测标准无法准确衡量粉煤灰的质量，导致市场上出现了各种低质量的粉煤灰，如掺假粉煤灰、脱硝粉煤灰、固硫粉煤灰和浮油粉煤灰，这些劣质粉煤灰按正常品质粉煤灰应用于混凝土，为工程质量隐患埋下了不确定因素。因此，准确把握不同劣质粉煤灰对混凝土的性能影响，以及简易快速辨别出劣质粉煤灰，成为混凝土技术员急需掌握的能力。

1 劣质粉煤灰的种类及形成原因

1.1 掺假粉煤灰

掺假粉煤灰是将部分真粉煤灰与假粉混合在一起充当优质粉煤灰，假粉有石粉、煤渣粉、煤矸石粉、炉渣粉等。市场上主要有两种情况，一种是粉煤灰供应商在运输罐车里分层装入不同质量的粉煤灰，一般在罐车底、中部装入质量较差的或掺假粉的粉煤灰，上部装入质量较好满足标准要求的粉煤灰；另一种是粉煤灰供应商从电厂购买部分粉煤灰，然后加入石粉、煤渣、炉渣等再次磨细。以上两种情况都是供应商为了谋取不当利益，以次充好销售粉煤灰。

优质粉煤灰和掺假粉煤灰性能指标见表1，负压筛试验后筛余的照片见图1 和图2，扫描电镜下的颗粒形貌图见图3 和图4。

图1 优质粉煤灰筛余

图2 掺假粉煤灰筛余

图3 优质粉煤灰SEM

图4 掺假粉煤灰SEM

1.2 脱硝粉煤灰

脱硝粉煤灰是指经过SCR 技术脱硝，含有氨氮化合物的粉煤灰。电厂燃煤时会产生大量的NOx 气体，该气体会严重污染环境，且对人皮肤、呼吸系统均有强烈的刺激作用，为了控制NOx 气体的排放，需对烟气进行脱硝处理。目前，SCR 技术一种是国际上应用最为成熟、且脱硝效率较高的烟气脱硝技术，我国94%以上燃煤电厂均采用选择性催化还原技术（SCR）脱硝。

1.3 固硫粉煤灰

固硫粉煤灰是指采用流化床燃煤固硫技术固定的粉煤灰，主要是粉煤灰和固硫灰渣的混合物。粉煤灰主要为玻璃球型飞灰，圆润光滑，固硫灰渣主要为烧粘土，颗粒松散、无定形。这是由于在燃煤过程中，为减少SO2向大气的排放，循环流化床燃煤温度控制为900℃左右，远低于煤粉炉1400℃的正常燃烧温度，且需要加入20%左右的固硫剂(碳酸钙或氧化钙)，因此，固硫粉煤灰与传统粉煤灰最显著的区别在于固硫粉煤灰含有更多的SO3和f-CaO。目前，循环流化床燃煤固硫技术最具技术优势，几乎可以燃烧所有煤以及煤矸石等劣质燃料，且燃烧和固硫效率高。

1.4 浮油粉煤灰

浮油粉煤灰是指燃煤时有助燃剂无法充分燃烧而保留有油分的粉煤灰，也称为浮黑粉煤灰。燃煤电厂为了提高煤的燃烧效率或满足特殊的技术要求，会在燃煤过程中添加柴油或其他油性物质作为助燃剂，这些助燃剂无法完全燃烧，从而在粉煤灰残留油份。

2 劣质粉煤灰对混凝土性能的影响

2.1 掺假灰对混凝土性能的影响

掺假粉煤灰与优质粉煤灰相比，其活性指数很低或完全没有活性，需水量大，导致混凝土拌合物流动性差，难以泵送，甚至严重影响了混凝土的强度和耐久性。优质粉煤灰和掺假粉煤灰性能指标见表1，混凝土状态见图5、图6。

表1 优质粉煤灰和掺假粉煤灰性能指标

图5 优质粉煤灰混凝土

图6 掺假粉煤灰混凝土

2.2 脱硝灰对混凝土性能的影响

当脱硝粉煤灰应用于混凝土时，其混凝土拌合物会产生较多的大气泡，并伴随着刺鼻的气味，会严重影响混凝土实体质量和表观质量。产生以上不良后果是因为混凝土搅拌过程中，脱硝粉煤灰中的NH4+与水泥水化产生的OH-反应生成氨气，氨气在混凝土中不断产生，如果在混凝土初凝后或抹面后才释放出来，很大可能会停留在混凝土表面，从而形成鼓包或气孔或炮眼。不管是内部气泡还是表面气泡，都会严重影响混凝土外观和强度。图7 为脱硝粉煤灰产生的气泡，图8 为掺入脱硝粉煤灰的混凝土路面。

图7 脱硝粉煤灰产生的气泡

图8 脱硝粉煤灰的混凝土路面

2.3 固硫灰对混凝土性能的影响

固硫粉煤灰主要影响混凝土的两方面性能：一是凝结时间，一般情况下会延长混凝土的凝结时间，原因是水泥成品中会加入石膏（即硫酸钙）来调整凝结时间，而固硫粉煤灰中含有较多硫酸钙，如果用固硫粉煤灰作为掺合料，混凝土中拌合物的缓凝成分容易超标，如果未采取相应措施，将会延长混凝土的凝结时间。二是安定性，根据《通用水泥》标准，水泥中的三氧化硫含量是影响安定性的重要因素之一，三氧化硫与水泥中铝酸三钙反应生成钙矾石，造成体积膨胀；固硫粉煤灰中含有较多的SO3和f-CaO，如果用固硫粉煤灰作为掺合料，将进一步增加混凝土的不安定因素。见图9、图10。

图9 混凝土拌合物凝结时间延长

图10 混凝土结构膨胀开裂

2.4 浮油灰对混凝土性能的影响

浮油粉煤灰主要会影响工程实体的外观质量。这是因为浮油粉煤灰残留的油分和碳粉比重较小，在混凝土浇筑和振捣过程中，油分和碳粉组成的黑色油状物会上浮到混凝土表面，特别是大流动性的混凝土更为明显，造成拌合物表层出现很多黑色油状物，待混凝土硬化拆模后，混凝土结构物表面会产生不规则的黑斑，严重影响构件外观质量。见图11、图12。

图11 粉煤灰浆漂浮黑色油状物

图12 混凝土外观不规则黑斑

3 劣质粉煤灰简易辨别方法

3.1 加水搅拌法

⑴取适量的粉煤灰放入烧杯中，加适量的水充分搅拌后静置30 秒，待水面静止后，第一种情况：观察水面是否漂浮有一层白色的漂珠，如果有则是高品质粉煤灰，这是粉煤灰在高温烧结后的轻质颗粒产物，约占粉煤灰质量的1%；第二种情况：观察水面是否漂浮有黑灰，检查粉煤灰中未烧尽的碳含量大小，若无大颗粒碳粒，即表示粉煤灰烧失量指标满足要求，不会对混凝土性能产生较大影响；第三种情况：观察水面是否漂浮有油珠，如果水面漂浮有油珠且颜色发黑、有异味，则证明该粉煤灰为“浮油灰”，会严重影响混凝土外观。见图13和图14。

图13 高品质粉煤灰无黑灰漂浮

图14 劣质粉煤灰有“油黑灰”漂浮

⑵取适量的粉煤灰放入烧杯中，加适量的水充分搅拌后静置30 秒，然后滴入酚酞，若溶液呈红色，则表明该粉煤灰很可能是固硫粉煤灰，这是因为固硫粉煤灰中含有较高的游离CaO 和SO3，加水搅拌后呈碱性，酚酞遇碱显红色。见图15。

图15 固硫粉煤灰溶液遇酚酞显红色

⑶取适量的粉煤灰放入烧杯中，加适量的水充分搅拌后静置30 秒，然后加入适当的碱性溶液，如果搅拌时，能闻到刺鼻的氨气味道，则该粉煤灰为“脱硝灰”，这是由于脱硝工艺不当，粉煤灰遇到碱性环境就会释放出氨气。见图16。

图16 脱硝灰溶液遇碱有刺鼻氨味

3.2 酸反应法

将稀盐酸或工地实验室常备的草酸，滴在待测粉煤灰样品上观察是否有气泡产生，若有则为石灰石磨细而成的掺假粉煤灰，原因是主要成分碳酸钙遇酸反应生成气体，而真粉煤灰是高温烧结而成的，不会与酸发生反应。见图17 和图18。

图17 石灰石粉遇酸反应生成气泡

图18 真灰遇酸无气泡产生

3.3 显微镜法

若酸反应法无气泡产生，则再加入无水乙醇分散试样，用透射光生物显微镜观察，显微镜倍率选择60～200 倍即可，若视野中大于80%的观察面为尺寸大小不一的圆形颗粒则为优质粉煤灰。

图19 优质粉煤灰圆形颗粒多

图20 劣质粉煤灰圆形颗粒少

4 结语

综上所述，市场上常见的劣质粉煤灰种类繁多，复杂多变，如果未经辨别，将这些劣质粉煤灰当作合格粉煤灰应用于工程，定会为工程质量埋下严重隐患。混凝土生产技术人员、材料检测人员应清楚了解劣质粉煤灰的辨别方法，并严格按照国家相关标准进行检验，务必将不合格的粉煤灰拒于工程之外，确保合格的建材产品用于建设工程。