浅谈掺合料品质劣化对混凝土的影响及防范措施！

胡宇博，张凯峰等 砼享未来 汪军 2022-06-22 16:35 发表于北京

【摘 要】粉煤灰、矿粉作为混凝土的主要掺合料大量使用于各类工程中。近年来，其品质劣化导致的工程质量问题逐渐显现出来。本文针对目前粉煤灰和矿粉劣化的原因以及不同原因导致的混凝土性能变化进行了介绍，并对不同劣质掺合料进厂可采取的防范检测方法给出建议。

0 引言

众所周知，粉煤灰和矿粉是混凝土生产中重要的原材料，使用粉煤灰和矿粉不仅促进了工业废渣的资源化利用，也使混凝土的性能得到改善。然而，随着我国对环境问题的重视，工业生产中对废弃物的处理方式也随之改变。例如，火电厂对排放的烟气需要进行脱硝处理，而目前常用的选择性催化还原（SCR）及选择性非催化还原（SNCR）技术在脱销过程中参数设置不当就会使氨在粉煤灰中富集，影响粉煤灰在混凝土中的使用；生铁冶炼排除的矿渣经水淬处理后具有较高的活性，但会产生大量的废水，为了减少废水的排放，可采用风冷的工艺，而这种工艺会使矿渣的活性大大降低，从而影响磨细后矿粉的活性。工艺改变后的粉煤灰、矿粉性能发生变化，而相应的检测标准往往具有滞后性，因此这些掺合料在混凝土工程中的使用就可能导致工程质量不达标、环境污染等风险。理清这些掺合料品质变化的原因及其对混凝土性能的影响对混凝土质量控制有着重要的意义。
    1 粉煤灰品质劣质产生的原因及其对混凝土性能的影响

粉煤灰用于混凝土中有改善新拌混凝土的工作性能、降低水化热、减少用水量等诸多优点。但随着其大量使用，市场上出现了一些劣质粉煤灰，严重影响着混凝土工程的质量。目前较常见的劣质粉煤灰有脱硫粉煤灰、脱硝粉煤灰、浮黑粉煤灰、掺假粉煤灰等劣质粉煤灰等。
    脱硫粉煤灰是指经过火电厂脱硫工艺后产生的粉煤灰。火电厂需要降低尾气中的硫含量，因此在尾气排除前需要进行脱硫处理。脱硫工艺种类较多，常见的一种脱硫工艺是将石灰浆（氢氧化钙）喷入吸收塔，使其与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙和硫酸钙，从而达到脱硫的效果。经过这种脱硫处理后形成的粉煤灰中含有亚硫酸钙、硫酸钙、氢氧化钙和碳酸钙等物质。有研究表明，亚硫酸钙对水泥具有缓凝作用，因此脱硫粉煤灰的使用可能导致混凝土凝结时间变长，甚至出现超缓凝的现象，严重影响工程进度和质量^[1]。

脱硝粉煤灰是指经过脱硝工艺后产生的粉煤灰。近年来，为了降低火电厂排放废气中氨氮物质，燃煤电厂大部分采用了 SCR 或 SNCR 技术进行脱硝。在 SCR 和 SNCR 脱硝工艺运行过程中，参数设定不当会导致氨逃逸超标，使粉煤灰的性质因铵盐而变化。此类粉煤灰通常有以下现象：（1）粉煤灰本身或者与水泥搅拌过程中有刺鼻气味；（2）粉煤灰 pH 值异常；（3）新拌混凝土气泡溢出较多；（4）掺此类粉煤灰的混凝土具有正常的减水作用，但凝结时间比普通粉煤灰长，并且早期强度降低^[2]。
    当混凝土中掺入浮黑粉煤灰时，在拌制过程中表面会出现黑色油状物质。出现这一现象的原因是火电厂在燃煤过程中会添加柴油性物质助燃，当这些助燃剂不完全燃烧时，就会残留在粉煤灰中。在拌制混凝土时，这些较轻的油性物质就会浮上混凝土表面，使硬化混凝土表面出现大量黑色斑纹，严重影响混凝土外观质量^[3]。由于黑色油性物质的上浮，还会导致硬化混凝土表面的粘结性能不好，在表面进行抹灰或粘接其它材料时质量往往较差。
    掺假粉煤灰的现象主要是由于商家为了获取利益，在合格粉煤灰中掺入价格更低的不合格粉煤灰、石灰石粉、煤渣粉等。由于掺入的材料不同，导致粉煤灰性能不稳定。有时与普通粉煤灰使用效果相近，有时则会使混凝土质量变差，造成混凝土质量波动，从而影响工程质量。
    2 劣质矿粉产生的原因及其对混凝土性能的影响

矿粉作为混凝土掺合料可以降低成本，改善混凝土性能，因此广泛应用于混凝土生产中。随着矿粉的大量使用，品质较差的矿粉资源也逐渐出现在市场上。近年来，部分地区出现了矿粉品质较差导致的混凝土工程质量问题。这引起了人们对矿粉品质的重视。
    传统生铁冶炼工艺对矿渣采取水淬的方式，但这种方式会产生大量的废水，并且产生的大量热能没有得到很好地利用。部分炼铁厂考虑到环境保护和资源高效利用，将熔融高炉矿渣的水淬工艺改为风冷工艺。风冷工艺可以减少生产废水的排放，回收矿渣中的热量。但风冷工艺下的矿渣活性较差，导致粉磨后的矿粉活性较低^[4]，直接用于混凝土中会造成强度不达标的风险。
    炼铁厂排出的矿渣活性存在差异，一些厂家为了获取利益，当矿粉性能较好的情况下，将廉价材料与矿渣混合粉磨生产矿粉。当矿渣性能较差时，则通过加入激发剂来提高矿粉早期活性。这种方法可以使矿粉出厂检测数据满足标准要求，但会造成混凝土后期质量风险。对于这种矿粉而言，其性能主要取决于所掺材料的种类和掺量。有研究表明^[3]，掺有少量石灰石、石膏和硅酸盐熟料的矿粉配制的混凝土早期强度发展较快，但后期强度增长较慢，甚至出现倒缩现象。普通矿粉可以提高混凝土的抗氯离子渗透性能，但掺入这些材料的矿渣混凝土抗氯离子渗透性能低于不掺矿粉的混凝土。这可能是由于石灰石水化晶体较大或掺入石膏产生的钙矾石膨胀导致。因此，还可能导致混凝土硬化后裂缝的增加^[5]。
    3 防范劣质粉煤灰、矿粉进厂的措施

劣质粉煤灰、矿粉严重影响混凝土工程质量，而不同种类的劣质掺合料无法全部快速的进行鉴别。为了尽可能保障混凝土质量，除了加强掺合料常规性能的检测外，还需尽可能增加简单、快速、有效的特殊的检测手段来规避部分劣质掺合料带来的风险。
    脱销粉煤灰中氨含量容易过高，针对这一特性在粉煤灰进厂检测可增加检测方法进行判断：一方面可用水泥、粉煤灰拌制净浆，观察搅拌过程中是否有刺鼻气体溢出。另一方面可将样品放入锥形瓶进行水浴加热，在锥形瓶口放置滴有酚酞试剂的滤纸，看水浴加热一段时间后滤纸是否变红，若变红则说明有氨气溢出^[6]。
    浮黑粉煤灰中存在的黑色油性物质与水不相溶，并且较轻。因此在进厂检测时可将一定量的粉煤灰与水进行搅拌，观察水面是否浮有黑色油性物质。若出现大量黑色油性物质浮于表面，则需谨慎使用。
    掺假粉煤灰中掺入的材料在进厂检测时难以快速检测判定，常见的掺假材料有低品质粉煤灰、石灰石粉、煤渣粉等，这些材料通常会导致粉煤灰需水量、烧失量偏大。因此，在进厂检测时需要严格把控这两项数据。
    劣质矿粉主要是由于低活性矿粉激发使用和普通矿粉的掺假。这两种低品质矿粉较难直接快速地判断。为了防止其造成工程质量问题则需加强矿粉常规性能的进厂检测，并且对可疑材料进行混凝土试配，通过混凝土用水量、拌合物工作性能、凝结时间、强度等指标，判断矿粉对混凝土各项性能的影响。
    4 结语

粉煤灰和矿粉做为当下混凝土生产的主要掺合料，其品质好坏直接影响工程质量。随着人们对环境保护、资源循环和经济性等方面需求的增加，必然带来混凝土掺合料生产工艺的改变，随之而来的则是掺合料性能的变化。掺合料性能的变化又直接影响着混凝土工程质量。因此，想要更好的控制混凝土工程质量就需要多关注掺合料生产工艺的变化，当工艺发生变化时，及时采取针对性方案才能更好地控制原材料的质量。