干货分享 | 粉煤灰的类别鉴定方法及对混凝土质量的影响

       引言

　　粉煤灰就是燃煤电厂烟道里收集的粉末，在30年前是火电厂令人头疼但又必须处理的废弃物，但现已广泛用于水泥厂的混合材以及替代部分水泥作为混凝土的掺和料。掺加了粉煤灰的混凝土对拌合物的保水性、和易性、黏聚性、泵送性以及密实度都有较大幅度的提高和改善，坍落度损失也较小，同时，对混凝土的后期强度和耐久性也有一定益处。由于需求量不断增大，其价格也越来越高。因为燃煤的种类较多、火电厂的生产工艺各不一样。另外，一些商家为了经济利益制造和销售假的和劣质粉煤灰，按照GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》等现行标准，很难从烧失量、细度、SO3含量、体积安定性、含水率、需水量比及活性指数等检验项目来判定粉煤灰的类别、真假和质量优劣。本文主要介绍几种鉴定粉煤灰类别、真假的简便和快捷的方法，并分析了这些粉煤灰对混凝土质量的影响。

　　“真假”粉煤灰

　　假的粉煤灰一般是商家将火电厂燃煤的炉渣或煤矸石或石灰石等用磨机磨细后掺入粉煤灰中，这种掺假的粉煤灰从外观和颜色来看与真粉煤灰没有明显差别，其化学成分（CaO、SO3含量、烧失量等）和物理指标（体积安定性、含水率、需水量比及活性指数等）也无多大差别，但在100倍以上的显微镜下观察基本上看不见粉煤灰的核心物质即玻璃球体，这种掺假粉煤灰活性指数极其低或根本没有活性，在拌制混凝土中需水量大，流动性和泵送效果也没有真粉煤灰好，对混凝土强度和耐久性也有极大的不良影响，且混凝土实体表面无光泽，外观质量差。

　　图1和图2是用100倍放大镜辨认的图片，正常粉煤灰属于球状玻璃体，即使经过球磨机磨细后，破碎后的颗粒也像粉碎的鹅卵石一样，存在1个非破碎面但还是成球形（见图1），假粉煤灰则完全像碎石一样基本上都是破碎面，颗粒形状棱角比较分明清晰（见图2）。

　　对于掺入石灰石或白云石的粉煤灰，还可以用稀盐酸检验，方法简单快捷直观，其具体方法为：称取10g左右的烘干样品放入干净的烧杯中，先加入50mL蒸馏水并充分搅拌，再加入10mL左右的稀盐酸，如果有大量的气泡（即二氧化碳气体）产生，就证明该粉煤灰中掺有石灰石质的材料。这种掺入石灰石或白云石的粉煤灰往往颜色偏白，烧失量非常大，一般在25%以上，活性指数比真粉煤灰明显低或根本没有活性。对于掺假的粉煤灰可以用化学分析的方法进行检验鉴定，这种方法较复杂，耗时也较长，具体可采用GB/T176—2017《水泥化学分析方法》，如果样品中氧化钙含量在25%～40%，证明是掺有石灰石的粉煤灰，如果样品中氧化钙和氧化镁总含量在25%到40%之间，且氧化镁含量在8%以上，证明是掺有白云石的粉煤灰；如果三氧化二铝含量约25%，证明是掺有煤矸石或煤渣的粉煤灰；如果二氧化硅的含量约65%，证明是掺有页岩或石英砂的粉煤灰。上述这些化学指标检测结果越高，其掺假程度也越严重，对混凝土的质量影响也越大。

　　“浮黑”粉煤灰

　　现在很多火电厂为了节约成本和资源使用劣质燃煤发电，这种煤含煤矸石多，发热量低，燃点低，一般在燃煤过程中添加柴油或重油或木柴作为助燃剂，这些助燃剂一般不能完全燃烧，残留的有机物（如油分和固定碳）也一起收集在粉煤灰当中。当拌制和振捣这种掺有“浮黑”粉煤灰的混凝土时，由于这些油分和碳粉比重小，会上浮到混凝土表面（大坍落度混凝土更为明显），形成漂浮的1层黑色状物，导致混凝土实体色差，严重影响混凝土结构外观。另外，由于含碳量偏高的粉煤灰将增大混凝土需水量，提高了水胶比，最终会降低混凝土强度，同时，也影响混凝土的耐久性。

　　“浮黑”粉煤灰可用简易的方法鉴别：在500mL烧杯或锥形瓶中加入蒸馏水200mL左右，再称取100g样品，边加入烧杯边用玻璃棒搅拌，根据水面上漂浮黑色物质的多少，可以大致判定粉煤灰中的含碳量大小；如果粉煤灰颜色发黑并且有异常气味，水面上有油珠，这种粉煤灰应为浮油灰，如果进一步做一个烧失量试验，其结果一般高于普通粉煤灰一两个百分点，因此，建议慎重使用或作退场处理。

　　“脱硫”粉煤灰

　　现在国家对火电厂环保要求高，执行标准为GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，燃煤火电厂为了达到二氧化硫的排放标准，必须采取脱硫措施，脱硫措施具体原理为：加入的石灰石或白云石高温下会分解成生石灰（即CaO），生石灰与煤燃烧产生的二氧化硫反应生成硫酸钙（即石膏），这种含有硫酸盐的粉煤灰对混凝土的危害性主要表现为：（1）导致混凝土凝结时间有较大变化，因为水泥生产过程中本身就加入了石膏（主要为硫酸钙）作为缓凝剂，如果再使用脱硫粉煤灰就导致混凝土中硫酸钙的成分超标，会延长混凝土凝结时间，使混凝土现场难于控制；（2）导致混凝土体积安定性不良，水泥标准中对三氧化硫的含量有严格控制，超标了就会造成安定性不良，如果使用脱硫粉煤灰，混凝土中三氧化硫的含量将变大，多余的三氧化硫与水泥中铝酸三钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，使混凝土体积发生膨胀从而产生开裂和崩解现象。

　　脱硫粉煤灰的鉴别方法：称量粉煤灰50g放入烧杯中，加蒸馏水100mL并充分搅拌1min以上，滴入几滴1%酚酞酒精试剂，溶液呈红色，用pH试纸检验pH值>10即溶液为中强碱性，表明该粉煤灰可能为脱硫粉煤灰，再进一步用国家标准GB/T176—2017《水泥化学分析方法》测定三氧化硫含量和游离氧化钙含量，如果这两项指标中有一项或两项严重超出国家标准GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的指标要求，就证实该粉煤灰为脱硫粉煤灰。

　　脱硫粉煤灰的另一种更直接的鉴别方法：将粉煤灰放入浅盘中并置于潮湿的空气中暴露2～3d，如果粉煤灰不是变潮湿而是发硬就基本证实是脱硫粉煤灰，原因是脱硫粉煤灰中含有脱水石膏（即无水石膏），遇水反应后变为具有强度的二水石膏（CaSO4·2H2O）。

　　“脱硝”粉煤灰

　　因为环保严格的需要，燃煤火电厂为了达到二氧化氮的排放标准，必须采取脱氮工艺，脱氮工艺过程中往往残留过量的氨（NH4+）在粉煤灰中，在混凝土搅拌和振捣过程中NH4+会与水泥水化产生OH-反应生成氨气，氨气在混凝土中释放需要一段时间，如果在混凝土初凝后或抹面后释放出来，最终会停留在混凝土表面形成大量气泡或气孔或炮眼，严重影响混凝土外观质量和实体质量以及力学性能和耐久性能，图3是掺入“脱硝”粉煤灰的混凝土浇筑的路面。

　　鉴别脱硝粉煤灰的方法较为简单而且快捷方便：先分别称取200g粉煤灰和100g水泥于500mL锥形瓶中，加200g蒸馏水并充分搅拌，立即在锥形瓶口盖上湿润的试纸（用1%酚酞酒精溶液浸渍过），若试纸变红（氨气遇水即为氨水，呈中强碱性），并且可以闻到刺鼻的氨气气味，可判定该样品为脱硝粉煤灰。

　　结语

　　综上所述，现在建筑市场上的粉煤灰种类繁多，真假鱼目混珠，为了保证混凝土拌合物的和易性和混凝土实体的质量，需要试验检测人员具有比较全面的理论知识和鉴别能力，同时，要有强烈的责任心、事业心和职业道德，首先凭借自己的专业能力和经验积累对粉煤灰进行初步筛选和鉴别，然后严格依据国家相关标准按批次对每批材料进行进场检验，将不合格或劣质粉煤灰拒之于门外，让不法分子无机可乘，以达到净化建筑市场的目的。

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