根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1956）定義，粉煤灰是電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，是一種有活性的火山灰質(zhì)材料，也是預(yù)拌混凝土常用的摻和料之一。粉煤灰摻入混凝土中不僅可以節(jié)約水泥用量、降低成本，還能改善混凝土拌合物的和易性、可泵性和抹面性，降低水化熱，提高混凝土的抗?jié)B性、抗硫酸鹽腐蝕性，抑制堿骨料反應(yīng)等。摻粉煤灰的混凝土已被廣泛應(yīng)用于泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽和抗軟水侵蝕混凝土、蒸養(yǎng)混凝土、輕骨料混凝土、地下和水下工程混凝土、碾壓混凝土等，具有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是近年來(lái)，由于粉煤灰市場(chǎng)供不應(yīng)求，基于利益驅(qū)使，很多品質(zhì)較差的粉煤灰流入市場(chǎng)，這類粉煤灰生產(chǎn)企業(yè)在粉煤灰生產(chǎn)時(shí)，添加了對(duì)混凝土有害的無(wú)機(jī)礦物組分，致使粉煤灰在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用出現(xiàn)了很多新問(wèn)題。本文就某些預(yù)拌混凝土公司在使用這類粉煤灰后所產(chǎn)生的一些問(wèn)題談?wù)効捶?，供同行參考?span>

1、 粉煤灰的基本特性及激發(fā)機(jī)理

（1）粉煤灰的化學(xué)組成

粉煤灰是由煤粉經(jīng)高溫燃燒后生成的火山灰質(zhì)材料，經(jīng)化學(xué)分析，除含有少量未燒盡的煤粉外，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SO3等氧化物，其中SiO2和Al2O3含量占總含量的60%以上。我國(guó)大多數(shù)粉煤灰的氧化物含量范圍是：SiO2（40%~60%），Al2O3（15%~40%），CaO（2%~8%），MgO（0.5%~5%），Fe2O3（3%~10%）。

（2）粉煤灰的礦物成分

粉煤灰中的礦物與母煤的礦物組成有關(guān)。母煤中主要含有鋁硅酸鹽礦物、氧化硅、黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽及氯化物等，其中主要是鋁硅酸鹽類的黏土質(zhì)礦物和氧化硅。在煤粉燃燒的過(guò)程中，這些原礦物會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，冷卻后形成各種粉煤灰中的礦物和玻璃體。粉煤灰通常含有60%~90%的玻璃體，而玻璃體的化學(xué)成分和活性主要取決于鈣的含量。有煙煤生產(chǎn)的低鈣粉煤灰含有鋁硅玻璃體，其活性通常低于高鈣粉煤灰中的鈣鋁硅酸鹽玻璃體。在低鈣粉煤灰中發(fā)現(xiàn)的晶體礦物主要是石英、莫來(lái)石（3Al2O3·2SiO2）、硅線石（Al2O3·SiO2）、赤鐵礦和磁鐵礦，這些礦物并不具備任何的火山灰活性。高鈣粉煤灰中的晶體礦物主要是石英、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、硫鋁酸鈣（4CaO·3Al2O3·SO3）、硬石膏（CaSO4）、游離氧化鈣、方鎂石和堿性硫酸鹽。除了石英和方鎂石外，高鈣粉煤灰中所有的晶體礦物均具有較高活性。高鈣粉煤灰不僅具有膠凝性，也具有火山灰活性，如果沒(méi)有石膏或其他外加劑的緩凝作用，還會(huì)加速水泥的凝結(jié)硬化。

（3）粉煤灰的顆粒特性

一般來(lái)講，在機(jī)理上礦物摻和料對(duì)新拌混凝土和硬化混凝土性能的影響主要取決于顆粒的粒徑、形狀和結(jié)構(gòu)。粉煤灰的火山灰活性通常與小于10μm的顆粒含量呈正比，而大于45μm的粉煤灰顆粒很小或不具備火山灰活性。相對(duì)于高爐礦渣等其他膠凝材料，粉煤灰為球形顆粒，這對(duì)于減少混凝土拌合物的需水量和提高混凝土拌合物的工作性具有積極意義。

（4）粉煤灰活性激發(fā)機(jī)理

粉煤灰的活性是指粉煤灰在和石灰、水混合后所顯示出來(lái)的凝結(jié)硬化性能。粉煤灰的活性是潛在的，需要激發(fā)劑的激發(fā)才能發(fā)揮出來(lái)。具體作用方式包括兩個(gè)方面，一是提供有效的氫氧根離子，以形成較強(qiáng)的堿性環(huán)境，促進(jìn)活性SiO2、Al2O3溶蝕，提高火山灰反應(yīng)的速度；二是提供堿性較強(qiáng)的堿，直接參與反應(yīng)，加快基本火山灰膠結(jié)產(chǎn)物的生成。常用的激發(fā)劑有石灰、石膏、水泥熟料等，例如石灰對(duì)粉煤灰的激發(fā)機(jī)理為：

mCaO+nH2O+SiO2→mCaO·SiO2·nH2O

mCaO+nH2O+Al2O3→mCaO·Al2O3·nH2O

粉煤灰中含有較多的活性氧化物SiO2、Al2O3，它們能與氫氧化鈣在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成較穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。因此粉煤灰和其他火山灰質(zhì)材料一樣，當(dāng)與石灰、水泥熟料等堿性物質(zhì)混合加水拌合成膠泥狀態(tài)后，能凝結(jié)、硬化并具有一定強(qiáng)度。

粉煤灰的活性不僅決定于它的化學(xué)組成，而且與它的物相組成和結(jié)構(gòu)特征有著密切的關(guān)系。高溫熔融并經(jīng)過(guò)驟冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠，這些玻璃微珠含有較高的化學(xué)內(nèi)能，是粉煤灰具有活性的主要礦物相。

2 粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響及原因

粉煤灰摻入混凝土中會(huì)對(duì)混凝土的許多性能產(chǎn)生影響，如對(duì)新拌混凝土的和易性、泌水率、流動(dòng)度和泵送性、凝結(jié)時(shí)間、均勻性、含氣量等方面的影響；對(duì)硬化中混凝土性能會(huì)有早期強(qiáng)度、水化熱、養(yǎng)護(hù)溫度和濕度等方面的影響；對(duì)硬化混凝土性能會(huì)有抗壓強(qiáng)度、彈性模量、密度、蠕變、干縮性、抗?jié)B性、抗凍性、碳化、堿-集料反應(yīng)、抗硫酸鹽能力、抗氯化物能力等方面的影響。

粉煤灰之所以能改善混凝土的諸多性能，主要是因?yàn)榉勖夯揖哂行螒B(tài)效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰活性。

（1）形態(tài)效應(yīng)

水是混凝土拌制與硬化過(guò)程中必不可少的組分之一。加入混凝土中的水具有兩方面的作用，一方面是滿足水泥水化作用所需，這方面的水約占膠凝材料用量的20%~25%；另一方面是使所配制出來(lái)的混凝土拌合物具有一定的流動(dòng)性，便于施工操作。超過(guò)水化作用所需的水在混凝土澆筑工作完成后就成了有害部分，其中大部分水分在混凝土硬化后形成的直徑較大的空隙會(huì)給混凝土結(jié)構(gòu)造成永久性傷害，降低混凝土強(qiáng)度、耐久性等性能。

粉煤灰具有形態(tài)效應(yīng)，可以產(chǎn)生減水勢(shì)能。粉煤灰顆粒中絕大多數(shù)為玻璃微珠，是一種表面光滑的球形顆粒。由于粉煤灰玻璃微珠的滾珠軸承作用，粉煤灰在混凝土中有減水作用。這將有利于減少混凝土的單位用水量，從而減少多余水在混凝土硬化后形成的直徑較大的空隙。在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，還可減少水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升和混凝土中溫度裂縫發(fā)生的概率，使混凝土更為致密。

（2）填充效應(yīng)

粉煤灰還具有微骨料填充效應(yīng)，能產(chǎn)生致密勢(shì)能，可減少硬化混凝土的有害孔的比例，有效提高混凝土的密實(shí)性；化學(xué)作用產(chǎn)生的水化產(chǎn)物起到骨架作用，可提高粘結(jié)強(qiáng)度，從而提高混凝土的抗裂性能。

混凝土中應(yīng)用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，在新拌混凝土階段，粉煤灰充填于水泥顆粒之間，使水泥顆粒“解絮”擴(kuò)散，改善了和易性，增加了粘聚性和澆筑密實(shí)性，從而使混凝土初始結(jié)構(gòu)致密化；在硬化發(fā)展階段，發(fā)揮物理充填料的作用；在硬化后，又發(fā)揮活性充填料的作用，改善混凝土中水泥石的孔結(jié)構(gòu)。

過(guò)去往往只注意粉煤灰的火山灰活性，其實(shí)按照現(xiàn)代混凝土技術(shù)來(lái)衡量，粉煤灰的致密作用的重要意義不亞于火山灰活性。因?yàn)閮?yōu)質(zhì)粉煤灰的細(xì)度較小，顆粒強(qiáng)度較高，粉煤灰的致密作用對(duì)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展有利。另外，粉煤灰充填效應(yīng)減少了混凝土中孔隙體積和較粗的孔隙，特別是充填了漿體中毛細(xì)孔的通道，對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性十分有利，是提高混凝土性能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

（3）火山灰活性

粉煤灰火山灰活性，其反應(yīng)的過(guò)程主要是：受擴(kuò)散控制的溶解反應(yīng)早期粉煤灰微珠表面溶解，反應(yīng)生成物沉淀在顆粒的表面上，后期鈣離子繼續(xù)通過(guò)表層和沉淀的水化產(chǎn)物層向芯部擴(kuò)散?；炷林衅毡閾郊痈咝p水劑，能大大減少混凝土中因釋放多余水分而留下的毛細(xì)孔通道，使水泥中硅酸鈣水化所產(chǎn)生的Ca(OH)2通過(guò)液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面而發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，并生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。大部分水化產(chǎn)物開(kāi)始以凝膠狀出現(xiàn)，填充了混凝土內(nèi)部孔隙，改善了混凝土中水泥石的孔結(jié)構(gòu)，使水泥石中總的孔隙率降低，使孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，分布更為合理，并隨齡期的增長(zhǎng)，數(shù)量不斷增加，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使混凝土更加致密，從而切斷混凝土滲水的通道。不斷進(jìn)行的火山灰反應(yīng)使粉煤灰混凝土的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，使得混凝土的后期強(qiáng)度和耐久性得到進(jìn)一步提高。

3 、粉煤灰使用中出現(xiàn)的新問(wèn)題

對(duì)于當(dāng)前的預(yù)拌混凝土而言，粉煤灰的品質(zhì)至關(guān)重要。同樣叫作粉煤灰，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰與劣質(zhì)粉煤灰生產(chǎn)的混凝土性能差別很大。劣質(zhì)的粉煤灰不僅不能改善混凝土的性能，而且會(huì)造成很多問(wèn)題?，F(xiàn)如今，通過(guò)預(yù)拌混凝土公司現(xiàn)有的常規(guī)檢測(cè)手段很難判別粉煤灰品質(zhì)的好壞，例如，某預(yù)拌混凝土公司使用的粉煤灰（Ⅱ級(jí)粉煤灰）在原料進(jìn)場(chǎng)按照規(guī)定檢驗(yàn)時(shí)所做的檢驗(yàn)結(jié)果是：細(xì)度17.8%，需水量比96%，燒失量2.9%。檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)來(lái)說(shuō)應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題，但使用時(shí)卻偏偏出現(xiàn)了問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）混凝土和易性差

和易性是評(píng)價(jià)新拌混凝土性能的重要指標(biāo)，也是施工單位最為關(guān)注的、直接影響混凝土使用情況的一項(xiàng)內(nèi)容。該預(yù)拌混凝土公司生產(chǎn)的混凝土出機(jī)與正?；炷敛](méi)有明顯區(qū)別，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就會(huì)有大量的水析出，從而造成混凝土的離析分層，澆筑后造成嚴(yán)重的工程質(zhì)量事故。

（2）混凝土產(chǎn)生氨氣的味道

摻加這種粉煤灰生產(chǎn)的混凝土?xí)r常出現(xiàn)一股強(qiáng)烈的氨氣味，并且隨著繼續(xù)攪拌，氣味逐漸濃烈。對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的混凝土所用原材料進(jìn)行逐一排查后發(fā)現(xiàn)，所有的材料在單獨(dú)檢查時(shí)并沒(méi)有任何異味，唯獨(dú)粉煤灰與水泥混合加水?dāng)嚢韬髸?huì)出現(xiàn)濃烈的氨氣味。

（3）混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)

結(jié)合工地拆模時(shí)間及預(yù)拌混凝土公司自留試塊凝結(jié)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，混凝土凝結(jié)時(shí)間明顯延長(zhǎng)。正常情況下，混凝土終凝時(shí)間大概為8~10小時(shí)，使用此種粉煤灰后混凝土的終凝時(shí)間達(dá)到了18~20小時(shí)。

終凝時(shí)間的延長(zhǎng)不僅耽誤了施工進(jìn)度，而且這種變化往往不能夠事先預(yù)測(cè)到，通過(guò)正常的檢測(cè)手段也不能夠發(fā)現(xiàn)。這樣，在預(yù)拌混凝土正常生產(chǎn)的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)按照正常的時(shí)間拆模，等到拆模后，因混凝土的硬化和強(qiáng)度增長(zhǎng)程度尚未達(dá)到拆模條件，甚至局部尚未終凝，于是粘模、缺陷自然不可避免，甚至造成更加嚴(yán)重的后果。

（4）混凝土強(qiáng)度降低

經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用這種粉煤灰配制的混凝土，在新拌混凝土和易性較好的情況下，其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度低于正常值。以C35試塊強(qiáng)度為例，表1（a）是有氨味的混凝土試塊強(qiáng)度，（b）是正?；炷猎噳K強(qiáng)度。經(jīng)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，有氨味的混凝土試塊強(qiáng)度明顯低于正常試塊強(qiáng)度，而且差值很大。

（5）混凝土結(jié)構(gòu)缺陷

由于混凝土和易性差、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度降低等原因，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)拆模時(shí)間，但因?yàn)樗胁牧蠙z測(cè)結(jié)果正常，生產(chǎn)情況正常，事先沒(méi)有預(yù)料到會(huì)發(fā)生問(wèn)題，自然也沒(méi)有采取相應(yīng)的防范措施；于是按正常時(shí)間拆模，拆模后發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度未達(dá)到拆模條件，局部甚至尚未完全硬化，造成大面積粘模，甚至脫落。

4、 原因分析

混凝土由于其原材料豐富、抗壓強(qiáng)度高、耐久性好等一系列的優(yōu)良性能，成為現(xiàn)代土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。粉煤灰作為現(xiàn)代商品混凝土中廣泛使用的一種材料，需求量也日益增加。粉煤灰市場(chǎng)的供不應(yīng)求，導(dǎo)致許多材料供應(yīng)商開(kāi)始作假，以次充好。

如有的材料供應(yīng)商將爐底灰和爐渣磨細(xì)后摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰中，而混凝土企業(yè)按照現(xiàn)行粉煤灰相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的常規(guī)手段檢測(cè)往往是不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的，只有在生產(chǎn)過(guò)程中，甚至澆筑完成后才能發(fā)現(xiàn)，而這種滯后通常會(huì)伴隨巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至致命性的事故。問(wèn)題粉煤灰往往是磷含量超標(biāo)。粉煤灰中所含的磷酸鹽與混凝土中的堿發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，緩慢釋放氨氣氣味，并且磷酸根富集會(huì)造成混凝土凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、強(qiáng)度降低等問(wèn)題。

為了生產(chǎn)質(zhì)量更好的混凝土，建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，作者在此建議：

（1）找到合理有效的檢測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確地甄別粉煤灰品質(zhì)的好壞。

（2）針對(duì)現(xiàn)今粉煤灰的加工工藝，出臺(tái)新的技術(shù)規(guī)范及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）必要時(shí)采用其他品種的礦物摻和料取代粉煤灰。

（4）優(yōu)化配合比，尋找配合比新思路，在不使用粉煤灰的情況下生產(chǎn)性能優(yōu)良的混凝土。