第四节　粉煤灰

粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，将粉煤灰应用于工程变废为宝是解决电力生产环境污染和资源缺乏之间矛盾的重要手段。目前，我国粉煤灰综合利用的方法有回填、筑路、粉煤灰混凝土、粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰加气混凝土、粉煤灰空心砌块、粉煤灰陶粒、粉煤灰砂浆等。其中，粉煤灰在砂浆和混凝土的应用中，主要是作为活性掺合料，在节省水泥、节约资源、降低成本的同时，可以改善砂浆和混凝土的性能，如降低水化热、改善混凝土的和易性、提高强度、提高抗渗性，抑制碱集料反应等，从而提高工程质量。

一、粉煤灰分类及应用

1.粉煤灰的分类

粉煤灰是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰按煤种分为F类粉煤灰和C类粉煤灰。F类粉煤灰也称为低钙灰，由烟煤和无烟煤燃烧形成，其氧化钙含量低（一般小于10％），呈灰色或深灰色，一般具有火山灰活性。C类粉煤灰也称为高钙灰，由褐煤燃烧形成，其氧化钙含量高（一般大于10％），呈褐黄色，具有一定的水硬性。我国的低钙粉煤灰来源广泛，产量和使用量最大。

2.粉煤灰的应用

粉煤灰按其品质不同，可分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级3个等级，它们分别应用于以下场合。

（1）Ⅰ级粉煤灰主要适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土。

（2）Ⅱ级粉煤灰主要适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。

（3）Ⅲ级粉煤灰主要适用于无筋混凝土。对设计强度等级C30及以上的无筋粉煤灰混凝土，宜采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰。

（4）用于预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以粉煤灰上的无筋粉煤灰混凝土的粉煤灰等级，如经试验论证，可采用低一级的粉煤灰。

二、粉煤灰的作用机理

粉煤灰掺合料的作用机理，主要包括形态效应、活性效应和微集料效应。

1.粉煤灰的形态效应

作为粉煤灰在混凝土中的第一基本效应，粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理形状所产生的效应。在显微镜下显示，粉煤灰中含有70％以上的表面光滑的玻璃微珠，尺寸多在几微米到几十微米。这种形态对混凝土而言，可以起到减水作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌合物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对混凝土和砂浆，均能起到良好的润滑作用。

2.粉煤灰的活性效应

粉煤灰的活性效应因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为火山灰效应。因为在粉煤灰中的化学成分含有大量活性SiO₂及Al₂O₃，在潮湿的环境中与Ca（OH）₂等碱性物质发生化学反应，生成可延续到28d以后的水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，对粉煤灰制品及混凝土能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细组织，提高混凝土的抗腐蚀能力。

3.粉煤灰的微集料效应

粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑填充粉煤灰颗粒与水泥凝胶体之间存在的缺陷与透水、透气孔道，能够提高混凝土的不透气性和致密性。

粉煤灰的3大效应，相互关联，互为补充，在某种特定条件下，可能是某一效应起主导作用，应根据具体情况作具体分析。

三、粉煤灰的技术要求

根据现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）中的规定，用于建筑工程中粉煤灰的技术要求应符合表2-33中的要求，同时放射性应合格。

四、粉煤灰的检测

（一）粉煤灰的检测规则

1.编号与取样

（1）编号　以连续供应的200t相同等级、相同种类的粉煤灰为一编号。不足200t按一个编号，粉煤灰质量按干灰（含水率<1％）的质量计算。

（2）取样　每一个编号为一取样单位，当散装粉煤灰运输工具的容量超过该厂规定出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过取样规定的吨数。取样方法按《水泥取样方法》（GB 12753—2008）进行。取样应有代表性，可连续取样，也可从10个不同部位取等量样品，总质量至少3kg。拌制混凝土和砂浆用粉煤灰，必要时买方可对粉煤灰的技术要进行随机抽样检验，以确保混凝土和砂浆的质量。

2.判定规则

拌制混凝土和砂浆用粉煤灰，检验结果符合表2-33中的技术要求时为等级品。如果其中任何一项不符合要求，允许在同一编号中重新加倍取样进行全部项目的复检，以复检结果判定，复检不合格可降级处理。凡低于表2-32最低级别要求的为不合格品。

3.检测标准

拌制混凝土和砂浆用粉煤灰，其检测中采用的标准主要有《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）、《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GBJ 146—1990）、《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419—2005）、《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）、《水泥化学分析方法》（GB/T 176—2008）等。

（二）粉煤灰的检测方法

1.粉煤灰细度检测

（1）检测目的　检测粉煤灰的细度为判定粉煤灰等级提供依据。

（2）仪器设备　包括负压筛析仪（主要由45μm方孔筛、筛座、真空源和收尘器等组成，其中45μm方孔筛内径为50mm，高度为25mm）、天平（量程不小于50g，最小分度值不大于0.01g）。

（3）检测步骤

①将测试用粉煤灰样品置于温度为105～110℃的烘干箱内烘至恒温，取出放在干燥器中冷却至室温。

②称取试样约10g，准确至0.01g，倒入45μm方孔筛筛网上，将筛子置于筛座上，盖上筛盖。

③接通电源，将定时开关固定3min，开始筛析试验。

④开始工作后，观察负压表，使负压稳定在4000～6000Pa。如果负压小于4000Pa，则应停机。清理收尘器中的积灰后再进行筛析。

⑤在筛析的过程中，可用轻质木棒或硬橡胶棒轻轻敲打筛盖，以防止吸附。

⑥经过3min后筛析自动停止，停机后观察筛余物，如出现颗粒成球、黏筛或有细颗粒沉积在筛框边缘，用毛刷将细颗粒轻轻刷开，将定时开关固定在手动位置，再筛析1～3min直至筛分彻底为止。将筛网内的筛余物收集并称重，准确至0.01g。

（4）结果计量与评定　可按式（2-16）计算粉煤灰的细度：

F=G₁/G×100％　　（2-16）

式中，F为45μm方孔筛筛余百分率，％；G₁为筛余物的质量，g；G为称取试样的质量，g。

将粉煤灰的细度计算结果与表2-33对照检查，对粉煤灰进行评定。

2.粉煤灰需水量比检测

（1）检测目的　检测粉煤灰的需水量比为判定粉煤灰等级提供依据。

（2）仪器设备　包括天平（量程≥1000g，最小分度值≤1g）、行星式水泥胶砂搅拌机、流动度跳桌试模、量水器、抹刀、卡尺、捣棒等。

（3）检测步骤

①根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）中的规定，检测粉煤灰的需水量所用的胶砂配比见表2-34。

②检测胶砂按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）规定搅拌。

③搅拌后的检测胶砂按《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419—2005）测定流动度。当流动度达到130～140mm范围内，记录此时的加水量；当流动度小于130mm或大于140mm时，重新调整加水量，直到流动度达到130～140mm为止。

（4）结果计量与评定　可按式（2-17）计算粉煤灰的细度：

X=L₁/125×100％　　（2-17）

式中，X为粉煤灰的需水量比，％；L₁为试验胶砂流动度达到130～140mm时的加水量，mL；125为对比胶砂的加水量，mL。

将粉煤灰需水量计算结果与表2-33对照检查，进行评定。

3.粉煤灰活性指数检测

（1）检测目的　检测粉煤灰的活性指数为判定粉煤灰等级提供依据。

（2）仪器设备　包括天平、行星式水泥胶砂搅拌机、振实台、抗压强度试验机等。

（3）检测步骤

①根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2005）中的规定，检测粉煤灰的活性指数所用的胶砂配比见表2-35。

②将对比胶砂和试验胶砂分别按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）规定进行搅拌、试体成型和养护。

③试件养护至28d，按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）规定，分别测定对比胶砂和试验胶砂的抗压强度。

（4）结果计量与评定　可按式（2-18）计算粉煤灰的细度：

H₂₈=R/R₀×100％　　（2-18）

式中，H₂₈为粉煤灰的活性指数，％；R为试验胶砂28d的抗压强度，MPa；R₀为对比胶砂28d的抗压强度，MPa。

将粉煤灰活性指数计算结果与表2-33对照检查，进行评定。

4.粉煤灰烧失量检测

（1）检测目的　检测粉煤灰的烧失量为判定粉煤灰等级提供依据。

（2）仪器设备　包括天平（不低于四级，精确值0.0001g）、瓷坩埚（带盖）、马弗炉等。

（3）检测步骤　称取约1g试样（m₇），精确至0.0001g，放入已灼烧至恒重的瓷坩埚中，将盖斜置于坩埚上，放在马弗炉内，从低温开始逐渐升高温度，在950～1000℃下灼烧15～20min，取出坩埚置于干燥器中，冷却至室温，称量。反复进行灼烧，直到恒重（m₈）。

（4）结果计量与评定　可按式（2-19）计算粉煤灰的烧失量：

X_LOI=（m₇-m₈）/m₇×100％　　（2-19）

式中，X_LOI为粉煤灰的烧失量，％；m₇为粉煤灰试样的质量，g；m₈为烧失后粉煤灰试样的质量，g。

将粉煤灰烧失量计算结果与表2-33对照检查，进行评定。