混凝土原料-粉煤灰

一、粉煤灰的來源

粉煤灰是從煤燃燒後的煙氣中收捕下來的細灰，燃煤電廠排出的主要固體廢物。熱電廠為了提高煤炭的燃燒效率，不會將整塊整塊的煤直接燃燒。首先需要把煤炭研磨成粉狀。煤粉在爐膛中呈懸浮狀態燃燒，燃煤中的絕大部分可燃物都能在爐內燒盡，而煤粉中的不燃物（主要為灰分）大量混雜在高溫煙氣中。這些不燃物因受到高溫作用而部分熔融，同時由於其表面張力的作用，形成大量細小的球形顆粒。在鍋爐尾部引風機的抽氣作用下，含有大量灰分的煙氣流向爐尾。隨著煙氣溫度的降低，一部分熔融的細顆粒急冷後呈玻璃體狀態，這些玻璃體具有較高的潛在活性。在引風機將煙氣排入大氣之前，上述這些細小的球形顆粒，經過除塵器被分離收集起來，即為粉煤灰。

二、粉煤灰的三大效應

1.形態效應 在顯微鏡下，粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠、粒形完整、表面光滑、質地緻密。這種形態對混凝土而言無疑能起到減水緻密勻質作用，促進初期水泥水化的解絮作用，改變拌合物的流變性質、初始結構以及硬化後的多種功能，對泵送混凝土而言能起到良好的潤滑作用。

2.活性效應 粉煤灰中的化學成分含有活性二氧化硅和三氧化二鋁，在潮濕的環境中與氫氧化鈣等鹼性物質發生化學反應生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質，對混凝土起到增強作用和堵塞混凝土中的毛細組織，提高混凝土的抗腐蝕能力。

3.微集料效應 粉煤灰中粒徑很小的微珠和碎屑在混凝土中相當於未水化的水泥顆粒，極為細小的微珠相當於活潑的納米材料，能顯著改善和增強混凝土的結構強度提高勻質性。

在上述粉煤灰的三大效應中，邢台效應是物理效應，活性效應是化學效應，微集料效應既有物理又有化學效應。這三種效應相互關聯互為補充。粉煤灰的品質越高效應越大。所以我們在應用粉煤灰時需要規定其數據。

三、粉煤灰對混凝土的作用

1.增加混凝土和易性 摻加適量的粉煤灰可以改善混凝土的流動性、粘聚性、保水性使混凝土易於泵送澆築，並減少坍落度的經時損失。

2.混凝土水化熱降低 粉煤灰水化放熱很少，可以降低混凝土放熱量，明顯減少溫度裂縫。對於大體積混凝土工程特別有利。

3.混凝土耐久性提高 由於二次水化作用，混凝土的密實性提高，界面結構得到改善，同時由於二次反應使得易受腐蝕的氫氧化鈣數量降低，因此摻加粉煤灰後可提高混凝土的抗滲性和抗硫酸鹽腐蝕性。同時由於粉煤灰比表面積大吸附能力強，可以吸附水泥中的鹼並與其反應降低鹼含量。

4.成本降低 同等強度下的混凝土，摻加粉煤灰可減少水泥10%左右用量。

四、粉煤灰的品種及性能指標

煤在鍋爐中燃燒後會有兩種形狀的固態殘留物-灰和渣。隨著煙氣排放收集的固體顆粒粉煤灰外，還有顆粒較大呈塊狀從爐膛底部收集出來的成為爐底渣，簡稱渣。我們通常講粉煤灰綜合利用也包括渣在內。

根據燃煤廠燃燒的煤種不同，排放收集的粉煤灰就有低鈣煤灰和高鈣煤灰之分，凡氧化鈣含量大於8%或遊離氧化鈣含量大於1%的粉煤灰稱為高鈣粉煤灰，故一般情況下，高鈣灰和低鈣灰都是以測定粉煤灰中氧化鈣含量或者遊離氧化鈣含量的數值來區分的，通常高鈣灰顏色偏黃，低鈣灰顏色偏灰。

1.細度和粒徑 一般收集的粉煤灰粒徑變化為0.5-300μm，這一範圍與水泥接近，但其中大部分的顆粒要比水泥細的多。國內沿用標準篩測定，現在的我國粉煤灰新標準把水泥和混凝土的粉煤灰試驗方法和篩餘量指標從用80μm標準篩人工篩分法改成用氣流篩測定45μm的篩餘量。如JGJ28-1986規定，以80μm標準篩測定細度，其篩餘量Ⅰ級灰不大於5%，Ⅱ級灰不大於8%，Ⅲ級灰不大於25%。因為45μm以下粉煤灰顆粒對混凝土性質貢獻較大，GB1596-2005粉煤灰新標準中，採用45μm篩餘量（%）為細度指標，規定Ⅰ級灰不大於12%，Ⅱ級灰不大於20%，Ⅲ級灰不大於45%。細度是粉煤灰最重要的參量，有的專家認為可以用來作為評定混凝土中粉煤灰質量的基本參考值。

2.比表面積 因為粉煤灰中密實顆粒和內部表面積很大的多孔顆粒混在一起，用比表面積方法不易準確測定顆粒的粗細。沿用標準水泥比表面積測定粉煤灰的變化範圍一般為1500-5000cm2/g，仍可用作反應粉煤灰組合顆粒內外表面積的綜合情況。

3.顆粒級配 可分為細灰、粗灰、混灰三種。細灰用於混凝土應用。

4.密度 普通粉煤灰密度為1.8-2.3g/cm3約等於硅酸鹽水泥的三分之二。粉煤灰堆積密度變化範圍為0.6-0.9g/cm3，振實後堆積密度為1.0-1.3g/cm3。高鈣灰密度略大。

5.需水量比 粉煤灰需水量比是按規定的水泥標準砂漿流動性試驗方法，以30%的粉煤灰取代硅酸鹽水泥時所需的水量與硅酸鹽水泥標準砂漿需水量之比。這個性質指標能一定程度反映粉煤灰的物理性質的優劣。而且可以用來估計粉煤灰對混凝土的一些性質影響。最劣的粉煤灰需水量比可高達120%以上，優質粉煤灰可能只有90%一下。GBJ146-1990、GB1596-2005和JBJ28-1986都規定Ⅰ級粉煤灰需水量比不大於95%，Ⅱ級灰不大於105%，Ⅲ級灰不大於115%。

6.火山活性 現在世界各國的混凝土用粉煤灰標準中，粉煤灰火山活性的評定都採用「抗壓強度比」一類的試驗方法，這類方法從傳統水泥砂漿強度試驗法改進而來。根據所摻粉煤灰對水泥砂漿強度的貢獻來評定粉煤灰活性的高地。這類方法既不複雜又有一定可靠性，但是其試驗結果卻不能直接用於指導粉煤灰混凝土的配合比。

7.燒失量 粉煤灰中的炭分一向被認定是有害物質，國家標準對於燒失量的規定越來越嚴格。不過也好理解，燒失量太大意味著電廠中煤粉燃燒不充分。對混凝土影響是一方面，熱電廠的能源利用率也是重要指標。GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都規定Ⅰ級粉煤灰不大於5%，Ⅱ級灰不大於8%，Ⅲ級灰不大於15%。值得注意的是，碳粒顆粒的粒徑大部分在45μm以上，因其顆粒呈多孔狀體對於外加劑吸附能力非常強。燒失量過大會是混凝土中外加劑摻量加大，提高混凝土成本。

8.含水率 粉煤灰含水率影響卸料、貯藏等操作GB/T1596-2005和JGJ28-1986都規定不得超過1%。對Ⅲ級灰不做規定。

9.三氧化硫、氧化鎂、有效鹼含量 通暢情況下粉煤灰中的三氧化硫、氧化鎂、有效鹼被認定是對混凝土有害的物質，一般含量是不打，故危害程度也不高。GBJ146-1990、GB/T1596-2005和JGJ28-1986都規定三氧化硫不大於3%。