粉煤灰指标对混凝土性能的影响

1、粉煤灰对混凝土最直观的影响是新拌混凝土工作性能的需水量比，和对硬化混凝土的力学强度（强度活性指数）。需水量对于粉煤灰的很多工程应用是非常重要的物理指标，它是指粉煤灰和水的混合物达到某一流动度下所需要的水量，粉煤灰需水量越小工程利用价值就越大。有的学者5采用下列函数表示粉煤灰需水量比Y与粉煤灰细度XM（45m筛余%）、密度X2、烧失量X3的关系。Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1)Thomas6根据比较多的实验给出需水量比Y与粉煤灰细度XM（45m筛余%）之间的关系如下式。当烧失量34%时 Y=88.76+ 0.25XM (1.2) 相关系数r=0.86当

2、烧失量511%时 Y=89.32+ 0.38XM(1.3) 相关系数r=0.85上述3个实验归纳式说明细粉煤灰可以降低粉煤灰的需水量比，其中的机理可能是磨细粉煤灰粉碎空心颗粒，释放内部的自由水分，另一方面也提高了粉煤灰的堆积密度所致。因此细磨粉煤灰是改善粉煤灰品质的一项技术措施。从(1.1)式可以看出影响粉煤灰需水量比的另一因素是烧失量，烧失量越大粉煤灰的需水量比越大，对粉煤灰烧失量贡献最大的物质主要是有机成分的未燃尽的残碳和未变化或变化不明显的煤粒。KWesche7试验粉煤灰掺量为20%，结果表明，随烧失量增加粉煤灰水泥砂浆的相对流动扩展度迅速降低，当烧失量超过10%时，粉煤灰的相对扩展度比

3、基准水泥砂浆还低。烧失量对粉煤灰需水量比的影响是由于未燃尽的残碳的存在，主要以空心碳和网状碳的形貌存在，其存在的状态是单体形式、粘结在粉煤灰颗粒的表面、被包裹在粉煤灰颗粒中三种形式8。这些粗大多孔的碳颗粒不仅使粉煤灰的需水量比增大，而且对混凝土的引气剂效果产生不利的影响，因为这些碳粒更容易吸附引气剂。因此掺加高烧失量粉煤灰通常需要更大计量的引气剂。此外高烧失量的粉煤灰因为含炭组分高的颗粒比较轻，在混凝土搅拌、运输和成型过程中容易浮到表面造成混凝土的离析。由上可见，影响粉煤灰需水量比的因素主要为细度、烧失量。细度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，另外掺量过高对强度也有影响。对耐久性也有影响，

4、细度大的粉煤灰耐久性差，实体中混凝土碳化较大。烧失量：粉煤灰中的未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥，同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量/混凝土需水量等。影响需水量比的因素除了烧失量和细度外，还有含珠率、微珠的粒形状等等因素，是“先天”条件所决定，难以“后天”弥补。2.粉煤灰细度对混凝土强度的影响细度是衡量粉煤灰品质的主要指标，粉煤灰细度大小，对所配制的混凝土性能影响很大。(1)这是因为细灰中含有大量具有火山灰活性的玻璃微珠，当掺入混凝土中时，能与水泥水化

5、析出的ca(OH)反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝物质。(2)它们在混凝土中，能起到滚珠作用、解絮作用和致密作用，从而减少混凝土的用水量改善和易性，提高密实性。(3)这些微珠，均匀分布于水泥浆体中，能增强硬化浆体的结构强度，改交了混凝土的均匀性，填充和细化了混凝土的孔隙和毛细孔(更多关于粉煤灰加气块的技术细节,请咨询河南强源)。所以，掺用这样的粉煤灰，不仅能取代部分水泥和细集料，降低成本，还能改善混凝土的性能，提高工程质量。而颗粒较粗的粉煤灰，多为海绵状多孔体、珠连体和没烧透的碳粒，其强度低、活性小，用于拌制混凝土，不但增加水泥浆体中的疏松颗粒，还会增加用水量，对砼质量有不良影响。为此，

6、国内外有关用于混凝土的粉煤灰技术标准，多把“细度”列为首要考核指标。我国粉煤灰综合利用现状及粉煤灰在砂浆、混凝土中应用的质量控制专家介绍：王思恭北京市新兴轻体材料厂总工程师北京粉煤灰专业委员会主任全国粉煤灰信息交流网副网长我国粉煤灰综合利用现状及粉煤灰在砂浆、混凝土中应用的质量控制（本文系山西低碳网首发）随着我国经济建设和电力事业的发展，全国发电总装机容量近7亿kw，其中，燃煤发电约占80%，粉煤灰的年排量近3亿吨，粉煤灰利用量和技术途径均有了新的发展，技术水平不断提高，但是，利用工作开展也不平衡，边远地区，堆存量占用了大量农田，对环境造成很大威胁，因此，开展粉煤灰综合利用，保护环境，是我国一

7、项长期的技术经济政策。几十年来，国家为鼓励工业废渣综合利用，制定了一系列技术、经济和管理方面的政策，原国家计委对粉煤灰综合利用技术政策总的原则是：“突出重点，因地制宜”和“巩固、完善、推广、提高的方针，把大批量用灰技术作为重点，注重提高粉煤灰综合利用的经济效益、社会效益，推广成熟的粉煤灰综合利用技术。几十年来，普通低钙粉煤灰的研究工作始终未停止，上世纪50年代，首先从水泥、砂浆、混凝土中做混合材和掺合料开始研发，以后又发展到建材制品、筑路等领域，随着生产的发展，利用率在不断提高。在一些大中城市，粉煤灰在混凝土中已成为不可缺少的一种材料。在应用过程中，对粉煤灰提出了品质要求，自1979年GB/1

8、596-1979出台后，到2005年为止，又陆续出台了GB/T15321-94、GBJ146-90、GB/T1596-1991、GB/T1596-2005等国标和行标，有的省市还制订了地方标准，完善了对质量的要求，为生产应用创造了条件。国家为鼓励粉煤灰利用，为粉煤灰的利用铺平道路;80年代联合国出资援助中国，派国内技术人员赴国外学习考察，请国外专家来华技术座谈、交流;国内各地逐步建立学会、协会，不定期进行生产、学术交流，为粉煤灰的利用工作形成了一条龙配套服务。进入21世纪后，由于发电量猛增，燃煤电厂SO2排放巨增，2005年排放达2000万吨以上。导至SO2污染严重的原因：一是发电用煤量幅度增

9、加，煤质下降。二是电力行业的脱硫能力严重滞后，仅占装机容量的10%.三是火电机组超标排放普遍存在。四是由于给电力企业增加了成本，延缓污染治理。最新研究表明，每排放一吨SO2可造成近2万元的经济损失，因此，SO2污染控制工作已成为我国电力行业当前的首要任务。为了有效控制SO2的排放，最经济最有效的措施是：通过向烟气中喷入石灰石（脱硫剂）用来吸收烟气中的SO2，控制其排放量。当脱硫剂喷入后在烟气中反应生成Caso3、Caso4，由于脱硫剂的加入，所排灰渣，其物理、化学性能与未脱硫灰渣发生了很大变化。根据国家能源政策的改变，今后火力发电的重点是在煤矿区建立坑口电站，鼓励用低热值燃料发电。发电厂（站）

10、炉型将过去以煤粉炉为主转化为以循环流化床锅炉为主，炉型的改变、燃料品种的改变，所排放的灰渣品质也随之发生变化，在使用时一定要分清粉煤灰的品质、性能，切忌套用。我国粉煤灰主要利用途径及利用量分别是：1.1建材制品：占用灰总量35%，主要技术有：做水泥的原料和混合材、加气混凝土、烧结陶粒、烧结砖、蒸压砖等。1.2建筑工程：占用灰总量10%，主要用于砂浆或混凝土的掺合料等。1.3道路工程：占用灰总量20%，主要用于路基基层，沥青混凝土掺料，护坡等。1.4农业：占用灰总量15%，主要用于改良土壤，制作肥料。1.5回填：占用灰总量15%，主要有工程回填，矿井回填等。1.6提取矿物：占用灰总量5%，主要有

11、提取漂珠、微珠、铝等;作为塑料、橡胶的填充料。本文重点介绍砂浆和混凝土中掺用粉煤灰的质量控制问题。2、不同粉煤灰的几个主要差异2.1不同灰的形成差异火电厂使用的燃料不同、锅炉炉型、容量大小、炉膛的高度、炉温及燃料颗粒在炉内运转过程不同，则产出粉煤灰的理化性质就不同。电厂锅炉内是否添加了脱硫剂与燃料同烧，则产出的粉煤灰更是不同。因此，火电厂产出的粉煤灰从理化性质及利用上可划分为以下三种灰：2.1.1煤粉炉粉煤灰（PC灰，又叫普通低钙灰）煤粉炉燃用细度低于100m的高热值煤（Qannet大于20000kj/kg），炉温高（在1400C以上）、燃料颗粒在炉内停留时间短（仅12S），产出的飞灰是经高温

12、熔融化合后淬冷的产物，粉煤灰以球形颗粒、玻璃体为主，灰分少。2.1.2流化床粉煤灰（简称CFB灰） 0是燃用低热值燃料由CFB锅炉低温（850950C）烧出的粉煤灰。每燃1吨低热值燃料，产灰量为400600kg以上。由于炉温低，杂质只能软化，不能熔融，灰的颗粒粗糙、球形颗粒少，且含炭量高，最高可达20%。2.1.3流化床干式脱硫灰（CFB脱硫灰）是在CFB炉内加脱硫剂与燃料共烧产出，由原本的粉煤灰相及新增的脱硫相共同混合而成。由于添加了脱硫剂，因此产灰量比不脱硫的流化床大510%以上。2.2在化学成分上的差异我们统计了68个煤粉炉灰的化学成分（平均值），对比山东7个低热值燃料CFB粉煤灰化学成

13、分（平均值）及包括美国、石家庄热电厂、白马热电厂燃煤CFB脱硫灰渣的化学成分和对比4个低热值燃料CFB脱硫灰渣的化学成分（平均值），认为它们在化学组成上是有差别的，其大致的变化趋势是：PC灰中SiO2+ Al2O3及SiO2+ Al2O3+Fe2O3所占的比例最高且比较稳定，而CaO及SO3等成分较少，因此其火山灰活性最高，性能最稳定，适合建材行业及水泥砼中使用。另外，由于灰中碱性成分如CaO、MgO+ K2O+Na2O等较低，而SiO2+ Al2O3含量高，所以PC灰呈酸性较多；山东7个低热值燃料CFB灰的相应成分及性能次之。而两种脱硫灰渣中的CaO（含f-CaO）含量高，但是SiO2+ A

14、l2O3及SiO2+ Al2O3+Fe2O3量低。因此，CFB脱硫灰渣的火山灰活性是低于PC灰和CFB灰渣的。当CFB脱硫灰中f-CaO含量高遇水后的自硬性十分明显，给工程带来影响；当灰中f-CaO与SO3过高，在掺到水泥及混凝土制品中后会引起滞后的体积膨胀，破坏了水泥及混凝土的安定性；当灰中硫化物含量高的用于烧结砖时，则因SO3在大于600C时就开始以SO2形式逸出，造成新的大气污染而大大限制了脱硫灰渣的使用范围。2.3在矿物组成上的差别粉煤灰的矿物组成是粉煤灰品质的重要指标，了解灰的矿物相特点、形成机理等，有利于提高我们科学利用粉煤灰的水平及效果。2.3.1 PC灰的矿物质基本由玻璃体、结

15、晶体及少量未燃尽炭粒组成。PC灰中玻璃体占主要份量，结晶体主要由石英、莫来石、磁铁矿和赤铁矿组成。结晶体中莫来石是由煤炭中粘土类（以高岑土为主）矿物在1150C以上的高温下熔融化合后形成的，其含量与煤种有关。（而PC灰中未燃尽的碳，以烧失量来表示，其含量较大时，将影响在工程上的使用。）2.3.2 CFB灰相对PC灰的主要差别是，结晶体中几乎没有莫来石矿物。未燃尽的炭粒在飞灰中含量较多，底渣中相对较少，所以CFB底渣反而比飞灰好用，销量更大。CFB灰烧失量的测定值与含炭量之差值较大，使用时要注意。2.3.3 CFB脱硫灰矿物组成的特点。脱硫渣由粉煤灰体和脱硫体组成。粉煤灰体中，仍保留有CFB灰渣

16、特征的非结晶体，其结晶体的含量有一定增加，但仍不含莫来石。其脱硫相中的矿物成分主要是脱硫产物CaSO4、CaSO3及少量入炉后剩余的脱硫剂（CaCO3）及其分解产物CaO（包括活性很高的f-CaO）。但若脱硫过程中有水化过程的话（湿化工艺），则脱硫灰中还有Ca（OH）2及CaCl2盐类，这些晶体矿物虽然数量不多，但却影响脱硫灰渣活性及其使用，有不可忽视的影响。2.4在物理性能方面的差异 000粉煤灰的综合利用，多是利用粉煤灰渣的物理性能。因此，灰渣物理性能的差异就往往决定了灰渣综合利用的效果、范围与效益。我国三峡工程长期成功大量使用PC灰，他们认为，从工程使用的角度看，五项质量指标中，关键是含

17、碳量、细度和需水量比这三个物理指标，而需水量比又是核心值。对比三种灰的三个物理指标，其特点是：除细度指标明显差以外，对含碳量及需水量比而言，PC灰小于CFB灰，更大大小于脱硫灰。所以，脱硫灰很难直接用到大型工程。目前大量文章报导的许多物理特性参数多是用于砼工程、砼制品及水泥行业的，而煤矿井下工程所需粉煤灰的物理特性指标，缺乏系统的、成规模的研究，影响使用，急需立项研究，开拓新领域。2.5三类灰在研究的深入程度方面差别很大2.5.1 PC灰的研究比较成熟。国外对PC灰的研究源自上世纪30年代。我国自上世纪50年代初，也开始了一系列基础及应用研究，并在建材、地面建筑、水工大坝、港口、铁路、公路、煤

18、矿、农业、林业等方面大规模应用，取得了一系列重要成果，为我国粉煤灰的综合利用打下坚实的理论与实践基础。当前，PC灰也成了许多大中型电厂有品牌、有商标的商品之一，已在我国大型建筑中的砼工程。（如北京奥运工程、三峡大坝等。）2.5.2 CFB粉煤灰的研究应用情况此种炉型在矿区已是主力炉型。我国矿区大多地处偏远地区，因此，CFB电厂多远离经济发达、研究力量较强的大中城市。加之我国在一开始建设CFB电厂时是以燃用低热值燃料为出发点，初期建设投资少，设备相对简便，例如，吸尘及除灰系统等皆比较简易、不完善，对粉煤灰的质量意识普遍重视不够。目前有一些矿区及地方把流化床灰很粗糙地当作PC灰中的III级灰和等外

19、灰来使用，忽略了它的特性。应指出的是，至今我国对CFB粉煤灰的基础研究乃至应用标准的研究仍不充分、不够系统，缺乏一批有指导意义的基础研究成果。目前CFB灰已在煤矿区井下防灭火工程、矿井回填、沿空成巷、砼抹砌、喷射砼等方面得到了初步应用与推广。2.5.3目前，CFB脱硫灰渣的应用面临一些问题，急待解决随着国际京都议定书的生效，我国越来越多电厂将严格按照国家标准进行脱硫、脱氮。因此，CFB脱硫灰渣的利用和研究是无可回避的事实。我国矿区电厂大规模脱硫、脱氮是2005年上半年的事。当时注意点只在治理气体污染问题上，对产生的脱硫灰研究较少。虽然，我国一些高等院校和科研院所，早在2000年前后就开始了对脱

20、硫灰渣的研究，并发表了一些成果，但是国内，特别是煤矿区对大规模用好脱硫灰渣的研究和实践仍很少。只是在许多应用中出了问题，受到损害，从实践中发现脱硫灰并不能如同PC灰和CFB灰一样去应用，才开始感到脱硫灰的利用是一个新课题，需要加大研究力度。3、粉煤灰在砂浆中的应用在砂浆中，对粉煤灰的品质无特殊要求，根据砂浆强度等级一般II、III级灰、原状灰均可采用。3.1粉煤灰砂浆品种及适用范围砂浆分为砌筑用粉煤灰砂浆、抹灰用粉煤灰砂浆、填筑用粉煤灰砂浆。3.1.1砌筑用粉煤灰砂浆，强度等级有M2.5、M5、M7.5、M10、四种标号，适用于各种砌筑工程中，依其组成成份，分为水泥粉煤灰砌筑砂浆、水泥石灰粉煤

21、灰砂浆。水泥粉煤灰砌筑砂浆主要用于各种砌筑工程;水泥石灰粉煤灰砂浆主要用于地面以上砌筑工程。在砌筑砂浆中，粉煤灰掺入量一般可取代水泥20-30%，为改善砂浆的和易性，在拌制砂浆时可掺入适量的外加剂。3.1.2抹灰用粉煤灰砂浆：依其组成成份，分为水泥粉煤灰抹灰砂浆和水泥石灰粉煤灰砂浆。水泥粉煤灰砂浆主要用于内外墙面、踢脚、窗口、沿口、勒脚、墙体勾缝等抹灰装修工程;石灰粉煤灰砂浆主要用于内墙基层抹灰。内墙抹灰粉煤灰砂浆强度等级在M0.4以上。外墙抹灰粉煤灰砂浆强度等级在M5以上。3.1.3填筑砂浆，可配制水泥粉煤灰砂浆、水泥石灰粉煤灰砂浆、石灰粉煤灰砂浆三个系列产品，用于不同类型的填筑及灌浆工程，

22、需根据工程要求确定强度等级及配合比。填筑砂浆适用范围：地下工程中盾构法施工的取水隧道、地铁，越江隧道的衬砌壁的间隙注浆;顶管法施工的地下大型管道外壁与地层间的间隙注浆;地层加固和地层缝隙中的注浆等。3.2干拌砂浆（商品砂浆）随着建筑工业的大发展，砂浆在各类建筑工程中的应用，量大面广，国外砂浆已实现产品多功能、品种多样化、系列化配套生产。目前国内仍处于现场拌制砂浆的局面，在现场制备砂浆时会造成环境污染，质量得不到保证。这就对砂浆的制备与生产提出了新的课题商品砂浆，即效法商品混凝土生产模式。目前国内一些大城市已开始逐渐走商品砂浆发展之路。建设部等相关部门已列入十一五规划。4粉煤灰在混凝土中的应用4

23、.1用于水泥和混凝土中的粉煤灰国家标准GB/T1596-2005简介该标准由国家质检总局和国家标准化管委会于2005年1月19日发布，2005年8月1日实施。我国第一个有关粉煤灰品质和应用的国家标准是在1979年制定的，1980年实施，1991年又作了修定，用于水泥作混合材的粉煤灰按品质分为两个等级;用于混凝土做掺合料的粉煤灰分为三个等级，新标准与老标准作了较大的修改和补充。新标准将粉煤灰划分为“F”类和“C”类：由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰为F类粉煤灰;由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰为C类粉煤灰，其C类氧化钙含量一般大于10%称为“高钙灰”。新标准中提出了游离氧化钙的限量指标，C类灰不超过

24、4%，因为在高温烧成的氧化钙，水化速度较慢，混凝土凝结以后游离氧化钙继续水化，将使混凝土发生体积膨胀，游离氧化钙含量过高，体积超过一定程度，会导致混凝土破坏。所以新标准规定C类灰的游离氧化钙不超过4%。同时为确保安全，新标准还规定C类灰要进行安定性检验。 新标准GB/T1596-2005拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求，详见表1表中细度，需水量比及烧失量等品质参数的规定主要是确保粉煤灰对混凝土的强度贡献;三氧化硫是出于耐久性的考虑，含水量是与粉煤灰的贮存及运输性能有关。根据GBJ146-90粉煤灰混凝土应用技术规范的规定，I级灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的予应力钢筋混凝土;II级灰适用于钢

25、筋混凝土及无筋混凝土;III级灰主要用于无筋混凝土。对设计强度等级C30及以上的无筋混凝土，宜采用I、II级粉煤灰。GBJ1465-90同时规定，用于予应力混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如经试验论证，可采用比规范规定低一级的粉煤灰。粉煤灰的品质有较大的波动性，各种收尘装置所采集的粉煤灰，其品质都难以稳定地达到I、II级粉煤灰的质量标准。为此，粉煤灰往往必须进行加工以达到结构混凝土用粉煤灰的质量要求。通常使用的方法有二种：磨细法及分选法。磨细法的设备简单，投资少且可将全部粗灰加工成结构混凝土用灰，分选法能较方便地调节产品的质量要求，一次投资较大，排灰单位大

26、多采用此法。其他还有振动磨等设备被采用。4.2关于高钙灰新标准规定C类灰Cao含量大于10%属于高钙灰，高钙灰具有需水量低、活性高和自硬性等特点，由于高钙灰具有较高的游离氧化钙（fcao）含量，掺入混凝土后，如配合比不合理，氧化钙含量过高水泥水化时，体积会增加，将对混凝土产生膨胀。当遇到C类灰Cao含量高时，要进行安定性试验和对不同粉煤灰掺量的水泥、混凝土配合比试配，在保证水泥、混凝土体积安定性基础上，以实际试验结果来确定高钙灰的适宜掺量。高钙灰对混凝土的性能，如强度、收缩、抗渗有良好的贡献。4.3混凝土的配制粉煤灰混凝土的早期强度发展较缓，但后期强度的增长幅度较快。其设计强度等级的龄期，按G

27、BJ146-90的规定，地上工程宜为28d.;地下工程或大体积混凝土宜为60d.;或90d.;。粉煤灰混凝土配合比的设计通常采用超量取代法，即粉煤灰在混凝土中的掺入量高于其取代的水泥量，其超量系数取决于粉煤灰的等级。配制大体积混凝土时可采用等量取代法，当主要为改善混凝土的和易性时，亦可采用外加法。为确保混凝土的长期性能，粉煤灰取代水泥的最大限量应符合GBJ146-90的规定。4.4关于粉煤灰混凝土质量的控制4.4.1商品混凝土的发展加速了粉煤灰的利用，特别是90年代以来大中型城市商品混凝土发展迅猛。以2006年为例，4个直辖市年产混凝土1.5亿m；北京市的奥运工程为粉煤灰在混凝土中应用提供了有

28、利的发展空间，目前，北京市的粉煤灰供不应求，需要周边地区供应。在进行混凝土配合比设计时，除遵循有关规范外，对于粉煤灰的选择要特别注意：4.4.2试验室检测人员，技术负责人尽快熟悉并掌握GB1596/T2005全部内容。4.4.3向供灰厂家索取粉煤灰化验报告，但不能片面相信其化验报告，要跟踪调查电厂粉煤灰的相关信息，掌握第一手资料。4.4.4在签订供灰合同时，将技术要求明确写进合同中。4.4.5按新标准中6.1要求做性能检测，其中任何一项不符合要求的，允许复检，复检不合格者，即降级处理。4.4.6待粉煤灰性能检测合格后，做混凝土试验，进行外观检查和物理力学性能试验。 34.4.7未经试验室签发的配合比，不准上搅拌楼。4.4.8对于新供应的粉煤灰或发现异常，一定要对粉煤灰进行物化检测。 4.5粉煤灰