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粉煤灰是預(yù)拌混凝土主要原材料之一,它的質(zhì)量直接影響混凝土的質(zhì)量和性能。
為了嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)粉煤灰質(zhì)量,更好地利用這一資源來改善混凝土性能,本文總結(jié)出粉煤灰質(zhì)量快速鑒定方法。
粉煤灰是從煤粉爐煙道氣中收集到的粉末,屬人工火山灰質(zhì)材料,顆粒很小,多呈球形(通稱微珠)。
摻入混凝土中,它的顆粒形態(tài)效應(yīng)可產(chǎn)生減水勢(shì)能;從而起到減少需水量,提高耐久性和抗?jié)B能力,微集料效應(yīng)產(chǎn)生致密勢(shì)能,火山灰質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生活化勢(shì)減少收縮,降低內(nèi)部溫升,提高抗拉強(qiáng)度,抗硫酸鹽侵蝕,減少泌水和抑制堿一骨料反應(yīng)等多方面的作用。
摻粉煤灰不僅可以節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本,還能改善和提高混凝土的性能,因此在混凝土生產(chǎn)中被廣泛使用。
隨著水電、風(fēng)電、核電等清潔能源的不斷發(fā)展,火電廠的比重越來越低,產(chǎn)生的粉煤灰也越來越少,不能滿足市場(chǎng)需求。粉煤灰也因供需不平衡出現(xiàn)價(jià)格上漲,并出現(xiàn)以次充好、以假亂真的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。
由于GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和GB/T50146《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中只規(guī)定了細(xì)度、三氧化硫、需水量比、含水量、游離氧化鈣等常規(guī)參數(shù)及檢測(cè)方法,且檢測(cè)時(shí)間偏長(zhǎng),不能快速有效鑒定粉煤灰質(zhì)量好壞及真?zhèn)?,不便用于進(jìn)場(chǎng)粉煤灰質(zhì)量驗(yàn)收。
因此,研究并確定粉煤灰質(zhì)量快速鑒定方法,可以有效控制進(jìn)場(chǎng)粉煤灰質(zhì)量,確保滿足混凝土質(zhì)量控制要求。
粉煤灰傳統(tǒng)取樣都是打開粉料罐車頂蓋,使用鐵鏟或樣瓢取表面樣品。
部分供應(yīng)商為謀取更大利潤(rùn),先將質(zhì)量較差或偽劣粉煤灰裝入中下部,最后在面部裝入質(zhì)量較好的粉煤灰,使得收料人員每次都取到較好樣品,從而蒙混過關(guān)。
為了防止供方作假,訂做了不銹鋼取樣器,長(zhǎng)2.5m,大管直徑40mm,小管直徑36mm,前端錐形,分別從錐段200mm處開1500mm長(zhǎng)1/3直徑的口,里外兩根取樣管可以轉(zhuǎn)動(dòng),使取樣口關(guān)閉或打開。
通過實(shí)際取樣使用發(fā)現(xiàn),打開取樣口后,樣品會(huì)往下端掉落,存在不同層樣品混合現(xiàn)象,不能觀察各分層樣品情況。
經(jīng)改進(jìn),分別在上、中、下設(shè)置隔板,使不同層樣品不會(huì)混合,基本實(shí)現(xiàn)了分層取樣觀察的目的。
由于分層取樣器容積較小,一次取樣量不足1kg,倒出不方便,每車取夠樣品需要十多分鐘,取樣人員不愿意使用,取樣器內(nèi)外管之間容易進(jìn)灰,取樣器經(jīng)常被沉積樣品卡死,無法旋轉(zhuǎn),而且需要取樣人員上車頂,打開粉料罐車蓋,非常麻煩,又不安全(如圖1)。
通過在粉料罐進(jìn)灰口處安裝帶閥門的取樣管(如圖2),調(diào)節(jié)閥門大小改變出樣量多少。
采用這種方式取樣方便、快捷、安全,可以在進(jìn)料過程中隨時(shí)取樣。而分層取樣器僅作為樣品分層鑒定用,不作為取樣使用。
同一電廠相同質(zhì)量的粉煤灰顏色基本一致,若顏色發(fā)生變化,雖然不能判定質(zhì)量好壞,但至少說明粉煤灰質(zhì)量可能發(fā)生變化。粉煤灰顏色變化存在幾種可能:
一是電廠煤質(zhì)或煅燒工藝發(fā)生變化;
二是粉煤灰來源非同一廠家;
三是磨細(xì)粉煤灰原料或配方發(fā)生變化;四是供應(yīng)商弄虛作假等。
除粉煤灰顏色變化非常明顯,可以一眼發(fā)現(xiàn),但是粉煤灰顏色變化不明顯時(shí),很難發(fā)現(xiàn)顏色變化。
將進(jìn)場(chǎng)粉煤灰與上批次(或正常樣色)樣品進(jìn)行對(duì)比,可以明顯觀察到顏色是否有變化。
對(duì)比方法是將本次進(jìn)場(chǎng)樣品裝在樣盤上,用取樣勺底部壓成凹型,再取2~5g留樣放在凹面中間,再使用樣勺底部壓平,通過觀察分界面,可以很明顯判斷兩批次樣品是否有顏色差異。
粉煤灰的表觀密度一般在2100~2400Kg/m3,而石粉、礦渣等材料的表觀密度一般在2700~2900Kg/m3,如果粉煤灰密度偏高,說明粉煤灰質(zhì)量可能存在問題。
但粉煤灰表觀密度測(cè)定較為繁瑣,用時(shí)較長(zhǎng),不便用于及時(shí)檢測(cè)進(jìn)場(chǎng)粉煤灰質(zhì)量。
而粉煤灰堆積密度一般在700~900Kg/m3,如果粉煤灰堆積密度偏高也可判定其表觀密度偏高。粉煤灰堆積密度測(cè)定簡(jiǎn)單、快捷,檢測(cè)需要的儀器較少。
檢測(cè)方法可參考砂子堆積密度檢測(cè)方法,將粉煤灰通過漏斗裝入測(cè)砂子松散堆積密度的容量筒內(nèi),自由放滿1L,用直尺從中間往兩邊刮平,稱重去皮計(jì)算。
當(dāng)進(jìn)場(chǎng)粉煤灰過磅重量與正常情況偏差較大時(shí),也應(yīng)懷疑其質(zhì)量存在問題。
部分供應(yīng)商通過摻入石粉來降低成本,獲取更大的利潤(rùn)。由于摻入石粉會(huì)降低粉煤灰活性,影響混凝土施工性能。
為了防止供應(yīng)商在粉煤灰中摻石粉,可采用草酸、鹽酸等酸溶液來檢測(cè)石粉含量,原理是石粉中的碳酸鈣遇到酸,會(huì)分解出二氧化碳,產(chǎn)生氣泡。
測(cè)試方法是將鹽酸或草酸稀釋到10~20%,將約1g粉煤灰樣品放入裝有約200ml稀釋酸的燒杯中,觀察是否有氣泡或產(chǎn)生氣泡聲音,根據(jù)氣泡多少判定石粉含量。
以上方法只適用于摻入含有碳酸鹽的石粉,而花崗巖、沉積巖、玄武巖中基本不含碳酸鈣,使用酸檢測(cè)不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
因此,若供應(yīng)商摻入非碳酸鹽石粉,是無法用酸檢測(cè)出來?;◢弾r、沉積巖、玄武巖中主要成分為二氧化硅,如果摻入上述石粉,會(huì)使粉煤灰中二氧化硅大幅增加。
因此通過檢測(cè)粉煤灰中二氧化硅成分,可以判定摻入硅質(zhì)石粉。粉煤灰二氧化硅成分檢測(cè)方法參照GBT176《水泥化學(xué)分析方法》中二氧化硅檢測(cè)方法。
粉煤灰中二氧化硅成分化學(xué)分析方法較復(fù)雜,用時(shí)較長(zhǎng)。由于石粉密度和堆積密度比粉煤灰重得多,可以采用表觀密度或堆積密度方法初步判定。
由于風(fēng)選粉煤灰多呈玻璃體球形(通稱微珠),在顯微鏡下能明顯觀察到透明的球形玻璃體,如圖4;
磨細(xì)粉煤灰可以在顯微鏡下觀察到很多半球形玻璃體,也有少量圓球形玻璃體,如圖5;
圖6為某廠家煤渣粉,呈不規(guī)則形狀,無圓球形或半球形玻璃體。
因?yàn)榉勖夯壹?xì)度較細(xì),肉眼無法觀察到粉煤灰形狀,可以使用高倍電子顯微鏡觀察,如圖7。
未篩分的粉煤灰粒徑大小不一,顯微鏡在相同倍數(shù)和焦距下很難觀察清楚。通過試驗(yàn),用45um方孔篩篩余在顯微鏡下觀察,效果最佳。
需水量比是粉煤灰質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo),其嚴(yán)重影響混凝土用水量和施工性能。
但標(biāo)準(zhǔn)方法需要膠砂攪拌機(jī)、跳桌等設(shè)備,操作復(fù)雜,要求操作技能較高,很容易操作失敗,需重新檢測(cè)。
通過試驗(yàn),總結(jié)出一種簡(jiǎn)單快捷的測(cè)試方法:
直接將100g粉煤灰裝入400ml燒杯中,加入50ml水,用玻璃杯或刮刀攪拌均勻,通過觀察粉煤灰稠度判定粉煤灰需水量比,如圖8。也可以達(dá)到一定稠度所需的用水量來判定需水量比。
根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果看,簡(jiǎn)易方法能準(zhǔn)確反映粉煤灰需水量比,用于進(jìn)場(chǎng)初判完全可行。
電廠為了減少SO3的排放,往往需要采取脫硫措施,產(chǎn)生的粉煤灰即CFB脫硫粉煤灰。它含有大量的硫化物或硫酸鹽,容易造成混凝土開裂。
在水介質(zhì)中,用氫型陽離子交換樹脂對(duì)粉煤灰中的硫酸鈣進(jìn)行兩次靜態(tài)交換,生成等物質(zhì)的氫離子,以酚酞為指示劑,用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定,可以快速檢測(cè)出粉煤灰中三氧化硫含量。
具體操作步驟為:
稱取約0.2g試樣,精確至0.0001g,置于放有5g樹脂,10mL熱水及一根磁力攪拌子的150mL燒杯中,搖動(dòng)燒杯使試樣分散。然后加入40mL沸水,立即置于磁力攪拌器上。
加熱攪拌10min取下,以快速濾紙過濾,用熱水洗滌燒杯和濾紙上的樹脂4~5次,濾液及洗液收集于放有2g樹脂及一根磁力攪拌子的150mL燒杯中(此時(shí)溶液體積在l00mL左右)。
將燒杯再置于磁力攪拌器上,攪拌3min。
取下,以快速濾紙將溶液過濾于300mL燒杯中,用熱水洗滌燒杯和濾紙上的樹脂5~6次。
向溶液中加入5~6滴酚酞指示劑溶液,用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至微紅色。
三氧化硫的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液對(duì)三氧化硫的滴定度乘以滴定時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,再除以0.1倍試樣質(zhì)量。
如果需要檢測(cè)粉煤灰中準(zhǔn)確三氧化硫含量,可以按照GBTl76《水泥化學(xué)分析方法》中硫酸鋇重量法測(cè)定三氧化硫含量。
電廠為了減少燃煤過程中NOx的排放,需要在燃煤過程中進(jìn)行“脫硝”處理,脫硝工藝不當(dāng)可能會(huì)造成粉煤灰中殘留一部分的NH4+,當(dāng)粉煤灰與水泥攪拌時(shí),遇到堿性環(huán)境就會(huì)釋放出NH3(氨氣)。
在混凝土塑性階段產(chǎn)生大量氣體,影響混凝土質(zhì)量。由于氨氣屬于刺激性氣體,可以將約300g粉煤灰、700g水泥、500ml水在合適的容器中攪拌,用手輕輕將容器內(nèi)的空氣扇入鼻子處,如果聞到刺激性的氨氣味道,則判斷有粉煤灰中有NH4+。
若想準(zhǔn)確測(cè)定粉煤灰中NH4+含量,可參考河南省建筑科學(xué)研究院有限公司研發(fā)的粉煤灰中氨釋放量檢測(cè)方法。
通過以上快速鑒定方法,可以有效控制進(jìn)場(chǎng)粉煤灰質(zhì)量,確保粉煤灰能夠滿足混凝土質(zhì)量要求。