粉煤灰指标对混凝土性能的影响

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（45μm 筛余%）、密度X2、烧失量X3的关系。

Y=104.3 X10.05 X2-0.261 X30.0054 (1.1)Thomas[6]根据比较多的实验给出需水量比Y与粉煤灰细度XM（45μm筛余%）之间的关系如下式。

当烧失量3～4%时 Y=88.76+ 0.25XM (1.2) 相关系数r=0.86当烧失量5～11%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。

K．Wesche[7]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，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，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/1596-1979]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）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100μm的高热值煤（Qannet大于20000kj/kg），炉温高（在14000C 以上）、燃料颗粒在炉内停留时间短（仅1~2S），产出的飞灰是经高温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）是燃用低热值燃料由CFB锅炉低温（850~9500C）烧出的粉煤灰。

每燃1吨低热值燃料，产灰量为400~600kg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5~10%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+ Al2O3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6000C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11500C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。