1 引言

我國(guó)于2005年頒布實(shí)施了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596—2005（原標(biāo)準(zhǔn)），近12年來(lái)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)粉煤灰的開(kāi)發(fā)利用、保證工程質(zhì)量起到了重要作用。隨著燃煤電廠燃料種類與燃燒方式的變化、脫硫脫硝技術(shù)的變化、電廠超潔凈發(fā)電與超低排放等環(huán)保要求的逐步實(shí)施、現(xiàn)代建設(shè)工程對(duì)粉煤灰要求的變化，原標(biāo)準(zhǔn)已明顯不適應(yīng)粉煤灰自身性質(zhì)評(píng)價(jià)及其資源化應(yīng)用的需要。結(jié)合技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用需求和行業(yè)變化，有針對(duì)性地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂完善十分必要，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596—2017（新標(biāo)準(zhǔn)）于2017年7月12日頒布，將在2018年6月1日正式實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)在粉煤灰的定義、技術(shù)性質(zhì)要求、測(cè)試方法等方面進(jìn)行了修訂完善，作者根據(jù)自己對(duì)粉煤灰的認(rèn)知，結(jié)合粉煤灰產(chǎn)生和應(yīng)用實(shí)際，探討新標(biāo)準(zhǔn)中修訂內(nèi)容的先進(jìn)性與局限問(wèn)題，供從事粉煤灰資源化研究和應(yīng)用工作的同行參考。

2 修訂內(nèi)容

基于新舊標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容變化，本文主要從以下幾方面介紹、探究討論新標(biāo)準(zhǔn)的修訂內(nèi)容。

2.1 粉煤灰定義

原標(biāo)準(zhǔn)中粉煤灰定義為電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)粉煤灰的定義增加規(guī)定—含有以下3種情況所收集到的灰不屬于粉煤灰：

1）和煤一起鍛燒城市垃圾或其他固體廢棄物時(shí)

2）在焚燒爐中煅燒工業(yè)或城市垃圾時(shí)

3）循環(huán)流化床鍋爐燃燒收集的粉末

城市垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰比表面積高,不但富集大量的Hg、Pb、Cd等有毒重金屬,還富集大量的二噁英類物質(zhì),是一種同時(shí)具有重金屬危害特性和環(huán)境持久有機(jī)毒性危害特性的雙料危險(xiǎn)廢物，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境具有極大的危害性[1]。循環(huán)流化床鍋爐燃燒收集的粉末顆粒酥松多孔且形貌不規(guī)則（幾乎沒(méi)有球形顆粒）、f-CaO和SO₃含量高，硬石膏和石灰作為其主要礦物組成，與普通粉煤灰的性質(zhì)存在較大的差異，且對(duì)水泥混凝土的性能影響不同于普通粉煤灰[2]。而在新標(biāo)準(zhǔn)中，粉煤灰的定義在原來(lái)只規(guī)定燃燒鍋爐的基礎(chǔ)上，增加燃料的限制，明確指出煤粉鍋爐燃燒煤收集的灰才屬于粉煤灰，嚴(yán)格定義粉煤灰定義與范圍。

2.2 對(duì)比水泥

原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用的對(duì)比水泥符合GSB14-1510規(guī)定，新標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了對(duì)比水泥的范圍，對(duì)比水泥符合GSB 14-1510規(guī)定，或符合GB 175規(guī)定且同時(shí)滿足本標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求的42.5強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中采用水泥的范圍、適用性變廣，特別是粉煤灰在工程應(yīng) 用的質(zhì)控可行性增大。但是采用不同水泥進(jìn)行測(cè)試得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾或需要仲裁檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)比水泥宜采用GSB14-1510強(qiáng)度 檢驗(yàn)用水泥標(biāo)準(zhǔn)樣品。

2.3 拌制混凝土和砂漿用粉煤灰理化性能要求

（1）細(xì)度

原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅱ級(jí)粉煤灰過(guò)45μm方孔篩篩余量不大于25%，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅱ級(jí)粉煤灰過(guò)45μm方孔篩篩余量不大于30%。新標(biāo)準(zhǔn)降低Ⅱ級(jí)粉煤灰細(xì)度技術(shù)要求，擴(kuò)寬了Ⅱ級(jí)粉煤灰的范圍，原標(biāo)準(zhǔn)中許多粉煤灰因細(xì)度1個(gè)指標(biāo)不合格而為Ⅲ級(jí)粉煤灰，在新標(biāo)準(zhǔn)中能夠直接作為Ⅱ級(jí)粉煤灰，降低了粉煤灰的技術(shù)要求，可能會(huì)降低Ⅱ級(jí)粉煤灰在水泥混凝土中應(yīng)用的三大效應(yīng)、增加粉煤灰在水泥混凝土中應(yīng)用的技術(shù)難度。此項(xiàng)技術(shù)要求的降低會(huì)使上述情況的Ⅲ級(jí)粉煤灰失去通過(guò)一定技術(shù)措施加工成Ⅱ級(jí)粉煤灰的動(dòng)力，在一定程度上降低Ⅱ級(jí)粉煤灰的資源化利用的技術(shù)水平，Ⅱ級(jí)粉煤灰在混凝土中利用時(shí)可能增加技術(shù)難度和降低技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（2）燒失量

原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅲ級(jí)粉煤灰燒失量不大于15%，新標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)粉煤灰燒失量不大于10%，依據(jù)電廠燃燒技術(shù)的提升應(yīng)時(shí)提高技術(shù)要求，是科學(xué)合理的，同時(shí)更加注重低等級(jí)粉煤灰的燒失量，從關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)來(lái)提高其使用性能。

（3）SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)

新標(biāo)準(zhǔn)中新增了對(duì)粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的要求，規(guī)定F類粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于70%，C類粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于50%。更加注重粉煤灰作為摻合料時(shí)的化學(xué)組成，一方面希望通過(guò)控制SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，保證粉煤灰主要活性物質(zhì)的含量，確保粉煤灰的火山灰效應(yīng)，增強(qiáng)粉煤灰質(zhì)量的控制提高粉煤灰的技術(shù)效益；而另一方面新標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)“SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)”不足時(shí)，很有可能添加含有非活性的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總物質(zhì)，導(dǎo)致粉煤灰的質(zhì)量的降低。

為限制粉煤灰在加工過(guò)程中摻入其他物質(zhì)的方法增加SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃含量，對(duì)混凝土和砂漿性能產(chǎn)生不利影響，建議應(yīng)參照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中對(duì)礦渣玻璃體含量要求，對(duì)于粉煤灰的玻璃體含量進(jìn)行要求，更有利于粉煤灰質(zhì)量的控制。

（4）密度

新標(biāo)準(zhǔn)中拌制混凝土和砂漿用粉煤灰新增密度的要求，規(guī)定粉煤灰的密度不大于2.6g/cm³。而部分地區(qū)的高鐵、或經(jīng)過(guò)磁選后的高鐵粉煤灰密度可能會(huì)大于2.6g/cm³[3]，這種高鐵粉煤灰是否歸于不合格而不能使用，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是否縮小了粉煤灰的使用范圍，值得商榷。

（5）強(qiáng)度活性指數(shù)

新標(biāo)準(zhǔn)中拌制混凝土和砂漿用粉煤灰新增強(qiáng)度活性指數(shù)的要求，規(guī)定粉煤灰的強(qiáng)度活性指數(shù)不小于70%，充分體現(xiàn)粉煤灰用于砂漿和混凝土作為活性摻合料，是資源化利用其火山灰活性的實(shí)質(zhì)。原標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定水泥活性混合材料用粉煤灰強(qiáng)度活性指數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中混凝土企業(yè)均增加和實(shí)施了粉煤灰強(qiáng)度活性指數(shù)的檢測(cè)，該條文的增加使用于砂漿和混凝土的粉煤灰進(jìn)行強(qiáng)度活性指數(shù)檢測(cè)依據(jù)更充分。

2.4 水泥活性混合材料用粉煤灰理化性能要求

新標(biāo)準(zhǔn)中水泥活性混合材料用粉煤灰新增SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)和密度的技術(shù)要求，規(guī)定F類粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于70%，C類粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于50%。與拌制混凝土和砂漿用粉煤灰的一樣，可參照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中對(duì)礦渣玻璃體含量進(jìn)行要求。規(guī)定粉煤灰的密度不大于2.6g/cm³，一方面對(duì)作為水泥活性材料用的粉煤灰的品質(zhì)提出更高的要求，有利于提高水泥的質(zhì)量，另一方面限制部分高鐵粉煤灰的使用。

2.5 放射性

原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定粉煤灰的放射性試驗(yàn)方法按GB6566進(jìn)行檢測(cè)，并且粉煤灰的放射性指標(biāo)需滿足合格標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)明確提出粉煤灰的放射性指標(biāo)需符合GB6566中建筑主體材料規(guī)定要求，還增加放射性試驗(yàn)樣品配比（粉煤灰與水泥1:1混合）。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉煤灰的放射性進(jìn)行具體的規(guī)定是符合GB6566中建筑主體材料規(guī)定要求，更有利于標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。雖然大部分粉煤灰的放射性元素含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但由于煤種及燃燒過(guò)程的不同，一部分粉煤灰中的放射性元素會(huì)超標(biāo)，且粉煤灰顆粒越小,其表面積越大，放射性物質(zhì)的吸附性越高[4-5]，級(jí)別越高的粉煤灰放射性元素含量越高，在建設(shè)工程中運(yùn)用此類粉煤灰可能會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。而通過(guò)控制粉煤灰在原料中的配比（粉煤灰與水泥1:1混合），減少粉煤灰（含有放射性元素）的質(zhì)量，增加了放射性比活度的基數(shù)，從而使建筑材料的放射性水平達(dá)到國(guó)標(biāo)中的要求[6]，明顯降低了對(duì)粉煤灰的放射性要求。如果粉煤灰摻量大于50%（與水泥比值大于1：1），材料的放射性可能不滿足安全指標(biāo)，所以為安全使用粉煤灰、充分保障人體健康，作者建議檢測(cè)粉煤灰（100%）的放射性，對(duì)于放射性較高的粉煤灰,若不能直接利用，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB6566關(guān)于建筑主體材料放射性核素要求,選擇合適的粉煤灰摻入量，使粉煤灰放射性控制更為直接和明確。

2.6 半水亞硫酸鈣含量

新標(biāo)準(zhǔn)中增加對(duì)半水亞硫酸鈣含量的要求，干法或半干法脫硫工藝時(shí)產(chǎn)生的粉煤灰需檢測(cè)半水亞硫酸鈣含量，規(guī)定指標(biāo)為含量不大于3%，新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定更利于把控粉煤灰的質(zhì)量。

當(dāng)采用石灰/石灰石直接噴射法（干法）或爐內(nèi)噴鈣/尾部增濕活化法（半干法）對(duì)燃煤熱電廠的煙氣進(jìn)行脫硫處理時(shí)，所得粉煤灰中的硫?qū)⒁許O₄^2-和SO₃^2-兩種形式存在。SO₄^2-主要指CaSO₄和CaSO₄·2H₂O；SO₃^2-主要指CaSO₃·1/2H₂O和CaSO₃[7]。亞硫酸鈣一方面會(huì)分解，直接影響水泥混凝土的含氣量與密實(shí)度；另一方面亞硫酸鈣還會(huì)影響水泥的水化，導(dǎo)致混凝土的性能變異。半水亞硫酸鈣和水泥中的鋁酸鹽礦物反應(yīng)，主要生成片狀的單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm），而不是像石膏那樣，主要生成三硫型水化硫鋁酸鈣（AFt），可能導(dǎo)致水泥早期強(qiáng)度下降、后期強(qiáng)度增幅小甚至倒縮[8]。同時(shí)在二水硫酸鈣與水泥中的C₃A反應(yīng)生成鈣礬石的過(guò)程中，夾雜其間的亞硫酸鈣能夠覆蓋在水泥顆粒上，阻礙水分、離子等移動(dòng)，造成水泥水化緩慢，表現(xiàn)出水泥一定時(shí)間內(nèi)不再凝固，且亞硫酸鈣含量越多，這種影響則越顯著[9]。半水亞硫酸鈣不但使水泥的凝結(jié)時(shí)間大幅延長(zhǎng)，而且直接影響水泥的強(qiáng)度，尤其是后期強(qiáng)度，會(huì)對(duì)水泥產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定半水亞硫酸鈣含量有利于提高粉煤灰的質(zhì)量。

2.7 關(guān)于試驗(yàn)方法

（1）SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)

新標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的要求，同時(shí)規(guī)定SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用GB/T176《水泥化學(xué)分析方法》試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，其中三氧化二鋁的測(cè)定采用硫酸銅返滴定法或X射線熒光分析方法，有爭(zhēng)議時(shí)以硫酸銅返滴定法為準(zhǔn)。

（2）半水亞硫酸鈣含量

新標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)粉煤灰中半水亞硫酸鈣的要求，同時(shí)規(guī)定半水亞硫酸鈣含量采用GB/T5484《石膏化學(xué)分析方法》進(jìn)行測(cè)試。

（3）密度

新標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)粉煤灰密度的要求，同時(shí)規(guī)定粉煤灰密度采用GB/T208《水泥密度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試。

（4）需水量比

原標(biāo)準(zhǔn)中需水量比試驗(yàn)，對(duì)比膠砂流動(dòng)度為130mm~140mm范圍內(nèi)，按照試驗(yàn)?zāi)z砂流動(dòng)度達(dá)到130mm~140mm調(diào)整加水量。新標(biāo)準(zhǔn)中將對(duì)比膠砂流動(dòng)度調(diào)整為145mm~155mm內(nèi)，按照試驗(yàn)?zāi)z砂流動(dòng)度達(dá)到對(duì)比膠砂流動(dòng)度的±2mm調(diào)整加水量。更新后試驗(yàn)?zāi)z砂流動(dòng)度與對(duì)比膠砂流動(dòng)度相差更小，試驗(yàn)精度更高，更加準(zhǔn)確反映粉煤灰的需水量。

2.8 關(guān)于檢驗(yàn)規(guī)則及包裝

原標(biāo)準(zhǔn)中粉煤灰出廠前以連續(xù)供應(yīng)的200t相同等級(jí)、相同種類的粉煤灰為一編號(hào)，不足200t按一個(gè)編號(hào)論，新標(biāo)準(zhǔn)中粉煤灰出廠前按同種類、同等級(jí)編號(hào)和取樣。散裝粉煤灰和袋裝粉煤灰應(yīng)分別進(jìn)行編號(hào)和取樣，不超過(guò)500t為一編號(hào)，每一編號(hào)為一取樣單位。當(dāng)散裝粉煤灰運(yùn)輸工具的容量超過(guò)該廠規(guī)定出廠編號(hào)噸數(shù)時(shí)，允許該編號(hào)的數(shù)量超過(guò)取樣規(guī)定噸數(shù)；新標(biāo)準(zhǔn)中增加國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提出型式檢驗(yàn)的要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行型式質(zhì)檢；新標(biāo)準(zhǔn)中增加檢驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括出廠編號(hào)、出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目、分類、等級(jí)。當(dāng)用戶需要時(shí)，生產(chǎn)者應(yīng)在粉煤灰發(fā)出日起7d內(nèi)寄發(fā)除強(qiáng)度活性指數(shù)之外的各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果，32d內(nèi)補(bǔ)報(bào)強(qiáng)度活性指數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果；原標(biāo)準(zhǔn)中粉煤灰每袋凈重量不得少于標(biāo)志質(zhì)量的98%，新標(biāo)準(zhǔn)中每袋凈重量不得少于標(biāo)志質(zhì)量的99%。

3 其他

近年來(lái)隨著環(huán)保的要求，燃煤電廠相繼對(duì)機(jī)組進(jìn)行了脫銷工藝改造，減少了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)使得粉煤灰中出現(xiàn)氨氮物質(zhì)的殘留，使用脫硝粉煤灰對(duì)水泥混凝土造成了不少的負(fù)面影響；當(dāng)脫硝粉煤灰的氨氮物質(zhì)達(dá)到某含量時(shí)，摻加該粉煤灰的水泥混凝土出現(xiàn)了攪拌或澆筑過(guò)程有異常氨味、水泥凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、混凝土體積膨脹、混凝土強(qiáng)度下降等混凝土質(zhì)量問(wèn)題，甚至還會(huì)出現(xiàn)粉煤灰自身?yè)]發(fā)出氨味、pH異常下降、結(jié)團(tuán)粘倉(cāng)和不同樣品處理方法的細(xì)度測(cè)試結(jié)果存在巨大差異等現(xiàn)象[10]。如今粉煤灰的氨氮物質(zhì)的含量限值與測(cè)試方法還未確定，而本次修訂未增加粉煤灰中氨氮物質(zhì)的含量限值和檢測(cè)方法，回避現(xiàn)實(shí)技術(shù)難題，不利于粉煤灰質(zhì)控與應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》相對(duì)于與2005版本的標(biāo)準(zhǔn)有較大修訂變動(dòng)，通過(guò)探究討論新舊標(biāo)準(zhǔn)變化，有利于掌握新標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，合理的資源化應(yīng)用粉煤灰。新標(biāo)準(zhǔn)中增加粉煤灰的定義項(xiàng)，作為摻合料時(shí)的強(qiáng)度活性指數(shù)，半水亞硫酸鈣限值及試驗(yàn)方法；擴(kuò)大對(duì)比水泥范圍；提高Ⅲ級(jí)粉煤灰燒失量要求；修改粉煤灰放射性指標(biāo)、需水量比實(shí)驗(yàn)方法，以上修訂內(nèi)容使標(biāo)準(zhǔn)更符合粉煤灰自生性質(zhì)變化和實(shí)際應(yīng)用的需要，促進(jìn)粉煤灰的資源化應(yīng)用。

新標(biāo)準(zhǔn)也還需完善，標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)粉煤灰的玻璃體含量進(jìn)行要求，能夠限制在粉煤灰加工過(guò)程中摻入其他物質(zhì)使得粉煤灰SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃總質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；而對(duì)于密度的要求是否限制了高鐵粉煤灰的利用值得商榷；降低Ⅱ級(jí)粉煤灰細(xì)度指標(biāo)，一定程度上降低其資源化利用的技術(shù)水平；放射性試驗(yàn)樣品配比以粉煤灰與水泥1:1混合進(jìn)行，降低了對(duì)粉煤灰放射性的技術(shù)要求，增加應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)；現(xiàn)代建設(shè)工程中利用的粉煤灰基本為脫硝粉煤灰，而本次修訂未對(duì)脫硝粉煤灰中氨氮物質(zhì)的含量限值與測(cè)試方法進(jìn)行規(guī)定。