淺談摻合料品質劣化對混凝土的影響及防范措施！

胡宇博，張凱峰等 砼享未來 汪軍 2022-06-22 16:35 發表于北京

【摘 要】粉煤灰、礦粉作為混凝土的主要摻合料大量使用于各類工程中。近年來，其品質劣化導致的工程質量問題逐漸顯現出來。本文針對目前粉煤灰和礦粉劣化的原因以及不同原因導致的混凝土性能變化進行了介紹，并對不同劣質摻合料進廠可采取的防范檢測方法給出建議。

0 引言

眾所周知，粉煤灰和礦粉是混凝土生產中重要的原材料，使用粉煤灰和礦粉不僅促進了工業廢渣的資源化利用，也使混凝土的性能得到改善。然而，隨著我國對環境問題的重視，工業生產中對廢棄物的處理方式也隨之改變。例如，火電廠對排放的煙氣需要進行脫硝處理，而目前常用的選擇性催化還原（SCR）及選擇性非催化還原（SNCR）技術在脫銷過程中參數設置不當就會使氨在粉煤灰中富集，影響粉煤灰在混凝土中的使用；生鐵冶煉排除的礦渣經水淬處理后具有較高的活性，但會產生大量的廢水，為了減少廢水的排放，可采用風冷的工藝，而這種工藝會使礦渣的活性大大降低，從而影響磨細后礦粉的活性。工藝改變后的粉煤灰、礦粉性能發生變化，而相應的檢測標準往往具有滯后性，因此這些摻合料在混凝土工程中的使用就可能導致工程質量不達標、環境污染等風險。理清這些摻合料品質變化的原因及其對混凝土性能的影響對混凝土質量控制有著重要的意義。
    1 粉煤灰品質劣質產生的原因及其對混凝土性能的影響

粉煤灰用于混凝土中有改善新拌混凝土的工作性能、降低水化熱、減少用水量等諸多優點。但隨著其大量使用，市場上出現了一些劣質粉煤灰，嚴重影響著混凝土工程的質量。目前較常見的劣質粉煤灰有脫硫粉煤灰、脫硝粉煤灰、浮黑粉煤灰、摻假粉煤灰等劣質粉煤灰等。
    脫硫粉煤灰是指經過火電廠脫硫工藝后產生的粉煤灰。火電廠需要降低尾氣中的硫含量，因此在尾氣排除前需要進行脫硫處理。脫硫工藝種類較多，常見的一種脫硫工藝是將石灰漿（氫氧化鈣）噴入吸收塔，使其與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣和硫酸鈣，從而達到脫硫的效果。經過這種脫硫處理后形成的粉煤灰中含有亞硫酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣和碳酸鈣等物質。有研究表明，亞硫酸鈣對水泥具有緩凝作用，因此脫硫粉煤灰的使用可能導致混凝土凝結時間變長，甚至出現超緩凝的現象，嚴重影響工程進度和質量^[1]。

脫硝粉煤灰是指經過脫硝工藝后產生的粉煤灰。近年來，為了降低火電廠排放廢氣中氨氮物質，燃煤電廠大部分采用了 SCR 或 SNCR 技術進行脫硝。在 SCR 和 SNCR 脫硝工藝運行過程中，參數設定不當會導致氨逃逸超標，使粉煤灰的性質因銨鹽而變化。此類粉煤灰通常有以下現象：（1）粉煤灰本身或者與水泥攪拌過程中有刺鼻氣味；（2）粉煤灰 pH 值異常；（3）新拌混凝土氣泡溢出較多；（4）摻此類粉煤灰的混凝土具有正常的減水作用，但凝結時間比普通粉煤灰長，并且早期強度降低^[2]。
    當混凝土中摻入浮黑粉煤灰時，在拌制過程中表面會出現黑色油狀物質。出現這一現象的原因是火電廠在燃煤過程中會添加柴油性物質助燃，當這些助燃劑不完全燃燒時，就會殘留在粉煤灰中。在拌制混凝土時，這些較輕的油性物質就會浮上混凝土表面，使硬化混凝土表面出現大量黑色斑紋，嚴重影響混凝土外觀質量^[3]。由于黑色油性物質的上浮，還會導致硬化混凝土表面的粘結性能不好，在表面進行抹灰或粘接其它材料時質量往往較差。
    摻假粉煤灰的現象主要是由于商家為了獲取利益，在合格粉煤灰中摻入價格更低的不合格粉煤灰、石灰石粉、煤渣粉等。由于摻入的材料不同，導致粉煤灰性能不穩定。有時與普通粉煤灰使用效果相近，有時則會使混凝土質量變差，造成混凝土質量波動，從而影響工程質量。
    2 劣質礦粉產生的原因及其對混凝土性能的影響

礦粉作為混凝土摻合料可以降低成本，改善混凝土性能，因此廣泛應用于混凝土生產中。隨著礦粉的大量使用，品質較差的礦粉資源也逐漸出現在市場上。近年來，部分地區出現了礦粉品質較差導致的混凝土工程質量問題。這引起了人們對礦粉品質的重視。
    傳統生鐵冶煉工藝對礦渣采取水淬的方式，但這種方式會產生大量的廢水，并且產生的大量熱能沒有得到很好地利用。部分煉鐵廠考慮到環境保護和資源高效利用，將熔融高爐礦渣的水淬工藝改為風冷工藝。風冷工藝可以減少生產廢水的排放，回收礦渣中的熱量。但風冷工藝下的礦渣活性較差，導致粉磨后的礦粉活性較低^[4]，直接用于混凝土中會造成強度不達標的風險。
    煉鐵廠排出的礦渣活性存在差異，一些廠家為了獲取利益，當礦粉性能較好的情況下，將廉價材料與礦渣混合粉磨生產礦粉。當礦渣性能較差時，則通過加入激發劑來提高礦粉早期活性。這種方法可以使礦粉出廠檢測數據滿足標準要求，但會造成混凝土后期質量風險。對于這種礦粉而言，其性能主要取決于所摻材料的種類和摻量。有研究表明^[3]，摻有少量石灰石、石膏和硅酸鹽熟料的礦粉配制的混凝土早期強度發展較快，但后期強度增長較慢，甚至出現倒縮現象。普通礦粉可以提高混凝土的抗氯離子滲透性能，但摻入這些材料的礦渣混凝土抗氯離子滲透性能低于不摻礦粉的混凝土。這可能是由于石灰石水化晶體較大或摻入石膏產生的鈣礬石膨脹導致。因此，還可能導致混凝土硬化后裂縫的增加^[5]。
    3 防范劣質粉煤灰、礦粉進廠的措施

劣質粉煤灰、礦粉嚴重影響混凝土工程質量，而不同種類的劣質摻合料無法全部快速的進行鑒別。為了盡可能保障混凝土質量，除了加強摻合料常規性能的檢測外，還需盡可能增加簡單、快速、有效的特殊的檢測手段來規避部分劣質摻合料帶來的風險。
    脫銷粉煤灰中氨含量容易過高，針對這一特性在粉煤灰進廠檢測可增加檢測方法進行判斷：一方面可用水泥、粉煤灰拌制凈漿，觀察攪拌過程中是否有刺鼻氣體溢出。另一方面可將樣品放入錐形瓶進行水浴加熱，在錐形瓶口放置滴有酚酞試劑的濾紙，看水浴加熱一段時間后濾紙是否變紅，若變紅則說明有氨氣溢出^[6]。
    浮黑粉煤灰中存在的黑色油性物質與水不相溶，并且較輕。因此在進廠檢測時可將一定量的粉煤灰與水進行攪拌，觀察水面是否浮有黑色油性物質。若出現大量黑色油性物質浮于表面，則需謹慎使用。
    摻假粉煤灰中摻入的材料在進廠檢測時難以快速檢測判定，常見的摻假材料有低品質粉煤灰、石灰石粉、煤渣粉等，這些材料通常會導致粉煤灰需水量、燒失量偏大。因此，在進廠檢測時需要嚴格把控這兩項數據。
    劣質礦粉主要是由于低活性礦粉激發使用和普通礦粉的摻假。這兩種低品質礦粉較難直接快速地判斷。為了防止其造成工程質量問題則需加強礦粉常規性能的進廠檢測，并且對可疑材料進行混凝土試配，通過混凝土用水量、拌合物工作性能、凝結時間、強度等指標，判斷礦粉對混凝土各項性能的影響。
    4 結語

粉煤灰和礦粉做為當下混凝土生產的主要摻合料，其品質好壞直接影響工程質量。隨著人們對環境保護、資源循環和經濟性等方面需求的增加，必然帶來混凝土摻合料生產工藝的改變，隨之而來的則是摻合料性能的變化。摻合料性能的變化又直接影響著混凝土工程質量。因此，想要更好的控制混凝土工程質量就需要多關注摻合料生產工藝的變化，當工藝發生變化時，及時采取針對性方案才能更好地控制原材料的質量。