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        劣質(zhì)粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響及簡(jiǎn)易辨別方法

        2022-06-10 08:48:24蘇藝凡
        廣東建材 2022年5期
        關(guān)鍵詞:浮油劣質(zhì)燃煤

        蘇藝凡 李 琴

        (1 中交一公局廈門檢測(cè)技術(shù)有限公司;2 中交一公局廈門工程有限公司)

        0 引言

        粉煤灰作為一種低碳環(huán)保材料,是目前混凝土生產(chǎn)中使用最廣泛的輔助膠凝材料,它不僅可以替代水泥從而減少水泥用量,還能改善混凝土的工作性能,降低水化熱,提高耐久性,已成為混凝土的重要組成部分。但是,粉煤灰能夠改善混凝土性能的基礎(chǔ)是使用了合格的、優(yōu)質(zhì)的粉煤灰。隨著粉煤灰供需矛盾加劇,以及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法準(zhǔn)確衡量粉煤灰的質(zhì)量,導(dǎo)致市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種低質(zhì)量的粉煤灰,如摻假粉煤灰、脫硝粉煤灰、固硫粉煤灰和浮油粉煤灰,這些劣質(zhì)粉煤灰按正常品質(zhì)粉煤灰應(yīng)用于混凝土,為工程質(zhì)量隱患埋下了不確定因素。因此,準(zhǔn)確把握不同劣質(zhì)粉煤灰對(duì)混凝土的性能影響,以及簡(jiǎn)易快速辨別出劣質(zhì)粉煤灰,成為混凝土技術(shù)員急需掌握的能力。

        1 劣質(zhì)粉煤灰的種類及形成原因

        1.1 摻假粉煤灰

        摻假粉煤灰是將部分真粉煤灰與假粉混合在一起充當(dāng)優(yōu)質(zhì)粉煤灰,假粉有石粉、煤渣粉、煤矸石粉、爐渣粉等。市場(chǎng)上主要有兩種情況,一種是粉煤灰供應(yīng)商在運(yùn)輸罐車?yán)锓謱友b入不同質(zhì)量的粉煤灰,一般在罐車底、中部裝入質(zhì)量較差的或摻假粉的粉煤灰,上部裝入質(zhì)量較好滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的粉煤灰;另一種是粉煤灰供應(yīng)商從電廠購(gòu)買部分粉煤灰,然后加入石粉、煤渣、爐渣等再次磨細(xì)。以上兩種情況都是供應(yīng)商為了謀取不當(dāng)利益,以次充好銷售粉煤灰。

        優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)見(jiàn)表1,負(fù)壓篩試驗(yàn)后篩余的照片見(jiàn)圖1 和圖2,掃描電鏡下的顆粒形貌圖見(jiàn)圖3 和圖4。

        圖1 優(yōu)質(zhì)粉煤灰篩余

        圖2 摻假粉煤灰篩余

        圖3 優(yōu)質(zhì)粉煤灰SEM

        圖4 摻假粉煤灰SEM

        1.2 脫硝粉煤灰

        脫硝粉煤灰是指經(jīng)過(guò)SCR 技術(shù)脫硝,含有氨氮化合物的粉煤灰。電廠燃煤時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的NOx 氣體,該氣體會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境,且對(duì)人皮膚、呼吸系統(tǒng)均有強(qiáng)烈的刺激作用,為了控制NOx 氣體的排放,需對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝處理。目前,SCR 技術(shù)一種是國(guó)際上應(yīng)用最為成熟、且脫硝效率較高的煙氣脫硝技術(shù),我國(guó)94%以上燃煤電廠均采用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)脫硝。

        1.3 固硫粉煤灰

        固硫粉煤灰是指采用流化床燃煤固硫技術(shù)固定的粉煤灰,主要是粉煤灰和固硫灰渣的混合物。粉煤灰主要為玻璃球型飛灰,圓潤(rùn)光滑,固硫灰渣主要為燒粘土,顆粒松散、無(wú)定形。這是由于在燃煤過(guò)程中,為減少SO2向大氣的排放,循環(huán)流化床燃煤溫度控制為900℃左右,遠(yuǎn)低于煤粉爐1400℃的正常燃燒溫度,且需要加入20%左右的固硫劑(碳酸鈣或氧化鈣),因此,固硫粉煤灰與傳統(tǒng)粉煤灰最顯著的區(qū)別在于固硫粉煤灰含有更多的SO3和f-CaO。目前,循環(huán)流化床燃煤固硫技術(shù)最具技術(shù)優(yōu)勢(shì),幾乎可以燃燒所有煤以及煤矸石等劣質(zhì)燃料,且燃燒和固硫效率高。

        1.4 浮油粉煤灰

        浮油粉煤灰是指燃煤時(shí)有助燃劑無(wú)法充分燃燒而保留有油分的粉煤灰,也稱為浮黑粉煤灰。燃煤電廠為了提高煤的燃燒效率或滿足特殊的技術(shù)要求,會(huì)在燃煤過(guò)程中添加柴油或其他油性物質(zhì)作為助燃劑,這些助燃劑無(wú)法完全燃燒,從而在粉煤灰殘留油份。

        2 劣質(zhì)粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

        2.1 摻假灰對(duì)混凝土性能的影響

        摻假粉煤灰與優(yōu)質(zhì)粉煤灰相比,其活性指數(shù)很低或完全沒(méi)有活性,需水量大,導(dǎo)致混凝土拌合物流動(dòng)性差,難以泵送,甚至嚴(yán)重影響了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)見(jiàn)表1,混凝土狀態(tài)見(jiàn)圖5、圖6。

        表1 優(yōu)質(zhì)粉煤灰和摻假粉煤灰性能指標(biāo)

        圖5 優(yōu)質(zhì)粉煤灰混凝土

        圖6 摻假粉煤灰混凝土

        2.2 脫硝灰對(duì)混凝土性能的影響

        當(dāng)脫硝粉煤灰應(yīng)用于混凝土?xí)r,其混凝土拌合物會(huì)產(chǎn)生較多的大氣泡,并伴隨著刺鼻的氣味,會(huì)嚴(yán)重影響混凝土實(shí)體質(zhì)量和表觀質(zhì)量。產(chǎn)生以上不良后果是因?yàn)榛炷翑嚢柽^(guò)程中,脫硝粉煤灰中的NH4+與水泥水化產(chǎn)生的OH-反應(yīng)生成氨氣,氨氣在混凝土中不斷產(chǎn)生,如果在混凝土初凝后或抹面后才釋放出來(lái),很大可能會(huì)停留在混凝土表面,從而形成鼓包或氣孔或炮眼。不管是內(nèi)部氣泡還是表面氣泡,都會(huì)嚴(yán)重影響混凝土外觀和強(qiáng)度。圖7 為脫硝粉煤灰產(chǎn)生的氣泡,圖8 為摻入脫硝粉煤灰的混凝土路面。

        圖7 脫硝粉煤灰產(chǎn)生的氣泡

        圖8 脫硝粉煤灰的混凝土路面

        2.3 固硫灰對(duì)混凝土性能的影響

        固硫粉煤灰主要影響混凝土的兩方面性能:一是凝結(jié)時(shí)間,一般情況下會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間,原因是水泥成品中會(huì)加入石膏(即硫酸鈣)來(lái)調(diào)整凝結(jié)時(shí)間,而固硫粉煤灰中含有較多硫酸鈣,如果用固硫粉煤灰作為摻合料,混凝土中拌合物的緩凝成分容易超標(biāo),如果未采取相應(yīng)措施,將會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間。二是安定性,根據(jù)《通用水泥》標(biāo)準(zhǔn),水泥中的三氧化硫含量是影響安定性的重要因素之一,三氧化硫與水泥中鋁酸三鈣反應(yīng)生成鈣礬石,造成體積膨脹;固硫粉煤灰中含有較多的SO3和f-CaO,如果用固硫粉煤灰作為摻合料,將進(jìn)一步增加混凝土的不安定因素。見(jiàn)圖9、圖10。

        圖9 混凝土拌合物凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)

        圖10 混凝土結(jié)構(gòu)膨脹開裂

        2.4 浮油灰對(duì)混凝土性能的影響

        浮油粉煤灰主要會(huì)影響工程實(shí)體的外觀質(zhì)量。這是因?yàn)楦∮头勖夯覛埩舻挠头趾吞挤郾戎剌^小,在混凝土澆筑和振搗過(guò)程中,油分和碳粉組成的黑色油狀物會(huì)上浮到混凝土表面,特別是大流動(dòng)性的混凝土更為明顯,造成拌合物表層出現(xiàn)很多黑色油狀物,待混凝土硬化拆模后,混凝土結(jié)構(gòu)物表面會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的黑斑,嚴(yán)重影響構(gòu)件外觀質(zhì)量。見(jiàn)圖11、圖12。

        圖11 粉煤灰漿漂浮黑色油狀物

        圖12 混凝土外觀不規(guī)則黑斑

        3 劣質(zhì)粉煤灰簡(jiǎn)易辨別方法

        3.1 加水?dāng)嚢璺?/h3>

        ⑴取適量的粉煤灰放入燒杯中,加適量的水充分?jǐn)嚢韬箪o置30 秒,待水面靜止后,第一種情況:觀察水面是否漂浮有一層白色的漂珠,如果有則是高品質(zhì)粉煤灰,這是粉煤灰在高溫?zé)Y(jié)后的輕質(zhì)顆粒產(chǎn)物,約占粉煤灰質(zhì)量的1%;第二種情況:觀察水面是否漂浮有黑灰,檢查粉煤灰中未燒盡的碳含量大小,若無(wú)大顆粒碳粒,即表示粉煤灰燒失量指標(biāo)滿足要求,不會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生較大影響;第三種情況:觀察水面是否漂浮有油珠,如果水面漂浮有油珠且顏色發(fā)黑、有異味,則證明該粉煤灰為“浮油灰”,會(huì)嚴(yán)重影響混凝土外觀。見(jiàn)圖13和圖14。

        圖13 高品質(zhì)粉煤灰無(wú)黑灰漂浮

        圖14 劣質(zhì)粉煤灰有“油黑灰”漂浮

        ⑵取適量的粉煤灰放入燒杯中,加適量的水充分?jǐn)嚢韬箪o置30 秒,然后滴入酚酞,若溶液呈紅色,則表明該粉煤灰很可能是固硫粉煤灰,這是因?yàn)楣塘蚍勖夯抑泻休^高的游離CaO 和SO3,加水?dāng)嚢韬蟪蕢A性,酚酞遇堿顯紅色。見(jiàn)圖15。

        圖15 固硫粉煤灰溶液遇酚酞顯紅色

        ⑶取適量的粉煤灰放入燒杯中,加適量的水充分?jǐn)嚢韬箪o置30 秒,然后加入適當(dāng)?shù)膲A性溶液,如果攪拌時(shí),能聞到刺鼻的氨氣味道,則該粉煤灰為“脫硝灰”,這是由于脫硝工藝不當(dāng),粉煤灰遇到堿性環(huán)境就會(huì)釋放出氨氣。見(jiàn)圖16。

        圖16 脫硝灰溶液遇堿有刺鼻氨味

        3.2 酸反應(yīng)法

        將稀鹽酸或工地實(shí)驗(yàn)室常備的草酸,滴在待測(cè)粉煤灰樣品上觀察是否有氣泡產(chǎn)生,若有則為石灰石磨細(xì)而成的摻假粉煤灰,原因是主要成分碳酸鈣遇酸反應(yīng)生成氣體,而真粉煤灰是高溫?zé)Y(jié)而成的,不會(huì)與酸發(fā)生反應(yīng)。見(jiàn)圖17 和圖18。

        圖17 石灰石粉遇酸反應(yīng)生成氣泡

        圖18 真灰遇酸無(wú)氣泡產(chǎn)生

        3.3 顯微鏡法

        若酸反應(yīng)法無(wú)氣泡產(chǎn)生,則再加入無(wú)水乙醇分散試樣,用透射光生物顯微鏡觀察,顯微鏡倍率選擇60~200 倍即可,若視野中大于80%的觀察面為尺寸大小不一的圓形顆粒則為優(yōu)質(zhì)粉煤灰。

        圖19 優(yōu)質(zhì)粉煤灰圓形顆粒多

        圖20 劣質(zhì)粉煤灰圓形顆粒少

        4 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,市場(chǎng)上常見(jiàn)的劣質(zhì)粉煤灰種類繁多,復(fù)雜多變,如果未經(jīng)辨別,將這些劣質(zhì)粉煤灰當(dāng)作合格粉煤灰應(yīng)用于工程,定會(huì)為工程質(zhì)量埋下嚴(yán)重隱患?;炷辽a(chǎn)技術(shù)人員、材料檢測(cè)人員應(yīng)清楚了解劣質(zhì)粉煤灰的辨別方法,并嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn),務(wù)必將不合格的粉煤灰拒于工程之外,確保合格的建材產(chǎn)品用于建設(shè)工程。

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