2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的修訂與問題
發(fā)布時間: 2018-01-18 15:15 查看: 3531次
2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的修訂與問題探討
王智1*，賀云飛1，王子儀2
（1. 重慶大學 材料科學與工程學院，重慶 400045;2. 重慶大學 化學化工學院，重慶 400044）
摘 要：本文對新標準修訂內容進行探究討論，旨在掌握新舊標準的變化，科學合理的資源化應用粉煤灰。新標準中增加了粉煤灰的定義項、作為摻合料時的強度活性指數(shù)、增加粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)要求、半水亞硫酸鈣限值及試驗方法；擴大對比水泥范圍；提高Ⅲ級粉煤灰燒失量要求；修改粉煤灰放射性指標、需水量比實驗方法，以上修訂內容均利于把控、保障粉煤灰質量，促進粉煤灰的應用。但也存在以下值得商榷的內容：新標準增加粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)要求，若對其玻璃體含量要求更利于保障粉煤灰質量；新標準增加粉煤灰密度要求，會限制部分高鐵粉煤灰的應用；增加放射性試驗樣品配比（粉煤灰與水泥1:1混合）降低了對粉煤灰放射性要求；降低Ⅱ級粉煤灰細度指標，影響其資源化利用的技術水平；新標準并未增加粉煤灰中氨氮物質含量限制和測試方法，不利于脫硝后粉煤灰的應用。
關鍵詞：粉煤灰；標準修訂；資源化應用
中圖分類號： 文獻標志碼： 文章編號：
Discussion on Revision and Problems of "Fly Ash Used for Cement and Concrete" in 2017 Edition
Wang Zhi1*,He Yunfei1, Wang Ziyi2
(1.College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing400045, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, ChongqingUniversity, Chongqing 400044, China)
Abstract: In order to masterthe changes between the old and new standards and better utilization of flyash, this article discusses the content of the revision of the 2017 edition offly ash for cement and concrete. The new standard contains the definition offly ash and the strength activity index of fly ash when added as admixture. Thedemand of total mass fraction of SiO2、Al2O3and Fe2O3 and the limit value of the calcium sulfite andits testing method are also included. Increasing the type of comparison cement,elevated ignition loss requirements of fly ash (Ⅲ) and modifyingthe test method of radioactive index and water requirement ratio of fly ash arepresented as well. The above revised content is beneficial to control the qualityof fly ash and promote its application. However the new standard adds thedensity requirement of fly ash, which will limit the application of high ironcontent fly ash. Increasing the proportion of samples of radioactive test (flyash : cement = 1:1) reduced the radioactive requirement for fly ash. Reducedfineness index of Ⅱ level fly ash,affecting its utilization. The new standard does not increase the limitation contentand test method of ammonia nitrogen in fly ash, which is not conducive to theapplication of fly ash after denitration.
The key words: Flyash; Standard revising; Application asresource
1、引言
我國于2005年頒布實施了國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596—2005（原標準），近12年來，該標準對我國粉煤灰的開發(fā)利用、保證工程質量起到了重要作用。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)保要求的逐步實施、現(xiàn)代建設工程對粉煤灰要求的變化，原標準已明顯不適應粉煤灰自身性質評價及其資源化應用的需要。結合技術發(fā)展、應用需求和行業(yè)變化，有針對性地對標準進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（新標準）于2017年7月12日頒布，將在2018年6月1日正式實施，新標準在粉煤灰的定義、技術性質要求、測試方法等方面進行了修訂完善，作者根據自己對粉煤灰的認知，結合粉煤灰產生和應用實際，探討新標準中修訂內容的先進性與局限問題，供從事粉煤灰資源化研究和應用工作的同行參考。
基于新舊標準的內容變化，本文主要從以下幾方面介紹、探究討論新標準的修訂內容。
原標準中粉煤灰定義為電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末，新標準中對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
2）在焚燒爐中煅燒工業(yè)或城市垃圾時
3）循環(huán)流化床鍋爐燃燒收集的粉末
城市垃圾焚燒產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, 是一種同時具有重金屬危害特性和環(huán)境持久有機毒性危害特性的雙料危險廢物，對人體健康和生態(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存在較大的差異，且對水泥混凝土的性能影響不同于普通粉煤灰 [2]。而在新標準中，粉煤灰的定義在原來只規(guī)定燃燒鍋爐的基礎上，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，嚴格定義粉煤灰定義與范圍。
原標準中規(guī)定使用的對比水泥符合GSB14-1510規(guī)定，新標準擴大了對比水泥的范圍，對比水泥符合GSB 14-1510規(guī)定，或符合GB 175規(guī)定且同時滿足本標準中相關要求的42.5強度等級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。新標準實驗中采用水泥的范圍、適用性變廣，特別是粉煤灰在工程應用的質控可行性增大。但是采用不同水泥進行測試得到的實驗結果可能出現(xiàn)偏差，當實驗結果有矛盾或需要仲裁檢驗時，對比水泥宜采用GSB14-1510強度檢驗用水泥標準樣品。
（1）細度
原標準規(guī)定Ⅱ級粉煤灰過45μm方孔篩篩余量不大于25%，新標準規(guī)定Ⅱ級粉煤灰過45μm方孔篩篩余量不大于30%。新標準降低Ⅱ級粉煤灰細度技術要求，擴寬了Ⅱ級粉煤灰的范圍，原標準中許多粉煤灰因細度1個指標不合格而為Ⅲ級粉煤灰，在新標準中能夠直接作為Ⅱ級粉煤灰，降低了粉煤灰的技術要求，可能會降低Ⅱ級粉煤灰在水泥混凝土中應用的三大效應、增加粉煤灰在水泥混凝土中應用的技術難度。此項技術要求的降低會使上述情況的Ⅲ級粉煤灰失去通過一定技術措施加工成Ⅱ級粉煤灰的動力，在一定程度上降低Ⅱ級粉煤灰的資源化利用的技術水平，Ⅱ級粉煤灰在混凝土中利用時可能增加技術難度和降低技術經濟效益。
（2）燒失量
原標準規(guī)定Ⅲ級粉煤灰燒失量不大于15%，新標準Ⅲ級粉煤灰燒失量不大于10%，依據電廠燃燒技術的提升應時提高技術要求，是科學合理的，同時更加注重低等級粉煤灰的燒失量，從關鍵技術指標來提高其使用性能。
（3）SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)
新標準中新增了對粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)的要求，規(guī)定F類粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)不小于70%，C類粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)不小于50%。更加注重粉煤灰作為摻合料時的化學組成，一方面希望通過控制SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)，保證粉煤灰主要活性物質的含量，確保粉煤灰的火山灰效應，增強粉煤灰質量的控制提高粉煤灰的技術效益；而另一方面新標準只規(guī)定粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)，當“SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)”不足時，很有可能添加含有非活性的SiO2、Al2O3、Fe2O3物質，導致粉煤灰的質量的降低。
為限制粉煤灰在加工過程中摻入其他物質的方法增加SiO2、Al2O3、Fe2O3含量，對混凝土和砂漿性能產生不利影響，建議應參照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中對礦渣玻璃體含量要求，對于粉煤灰的玻璃體含量進行要求，更有利于粉煤灰質量的控制。
（4）密度
新標準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、或經過磁選后的高鐵粉煤灰密度可能會大于2.6g/cm3[3]，這種高鐵粉煤灰是否歸于不合格而不能使用，該項標準是否縮小了粉煤灰的使用范圍，值得商榷。
（5）強度活性指數(shù)
新標準中拌制混凝土和砂漿用粉煤灰新增強度活性指數(shù)的要求，規(guī)定粉煤灰的強度活性指數(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質。原標準只規(guī)定水泥活性混合材料用粉煤灰強度活性指數(shù)，實際應用中混凝土企業(yè)均增加和實施了粉煤灰強度活性指數(shù)的檢測，該條文的增加使用于砂漿和混凝土的粉煤灰進行強度活性指數(shù)檢測依據更充分。
新標準中水泥活性混合材料用粉煤灰新增SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)和密度的技術要求，規(guī)定F類粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)不小于70%，C類粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(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粒化高爐礦渣粉》中對礦渣玻璃體含量進行要求。規(guī)定粉煤灰的密度不大于2.6g/cm3，一方面對作為水泥活性材料用的粉煤灰的品質提出更高的要求，有利于提高水泥的質量，另一方面限制部分高鐵粉煤灰的使用。
原標準中規(guī)定粉煤灰的放射性試驗方法按GB 6566進行檢測，并且粉煤灰的放射性指標需滿足合格標準，新標準明確提出粉煤灰的放射性指標需符合GB 6566中建筑主體材料規(guī)定要求，還增加放射性試驗樣品配比（粉煤灰與水泥1:1混合）。新標準對粉煤灰的放射性進行具體的規(guī)定是符合GB 6566中建筑主體材料規(guī)定要求，更有利于標準的實施。雖然大部分粉煤灰的放射性元素含量符合國家標準, 但由于煤種及燃燒過程的不同, 一部分粉煤灰中的放射性元素會超標，且粉煤灰顆粒越小, 其表面積越大，放射性物質的吸附性越高[4-5]，級別越高的粉煤灰放射性元素含量越高，在建設工程中運用此類粉煤灰可能會嚴重危害人體健康。而通過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到國標中的要求[6]，明顯降低了對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，所以為安全使用粉煤灰、充分保障人體健康，作者建議檢測粉煤灰（100%）的放射性，對于放射性較高的粉煤灰, 若不能直接利用，依據國標GB 6566關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
新標準中增加對半水亞硫酸鈣含量的要求，干法或半干法脫硫工藝時產生的粉煤灰需檢測半水亞硫酸鈣含量，規(guī)定指標為含量不大于3%，新標準的規(guī)定更利于把控粉煤灰的質量。
當采用石灰/石灰石直接噴射法（干法）或爐內噴鈣/尾部增濕活化法（半干法）對燃煤熱電廠的煙氣進行脫硫處理時，所得粉煤灰中的硫將以SO42-和SO32-兩種形式存在。SO42-主要指CaSO4和CaSO4·2H2O；SO32-主要指CaSO3·1/2H2O和CaSO3[7]。亞硫酸鈣一方面會分解，直接影響水泥混凝土的含氣量與密實度；另一方面亞硫酸鈣還會影響水泥的水化，導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，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），可能導致水泥早期強度下降、后期強度增幅小甚至倒縮[8]。同時在二水硫酸鈣與水泥中的C3A反應生成鈣礬石的過程中，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，造成水泥水化緩慢，表現(xiàn)出水泥一定時間內不再凝固，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時間大幅延長，而且直接影響水泥的強度，尤其是后期強度，會對水泥產品的質量產生不利影響。新標準中規(guī)定半水亞硫酸鈣含量有利于提高粉煤灰的質量。
（1）SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)
新標準中新增對粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)的要求，同時規(guī)定SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)采用GB/T176《水泥化學分析方法》試驗方法進行測試，其中三氧化二鋁的測定采用硫酸銅返滴定法或X射線熒光分析方法，有爭議時以硫酸銅返滴定法為準。
（2）半水亞硫酸鈣含量
新標準中新增對粉煤灰中半水亞硫酸鈣的要求，同時規(guī)定半水亞硫酸鈣含量采用GB/T5484《石膏化學分析方法》進行測試。
（3）密度
新標準中新增對粉煤灰密度的要求，同時規(guī)定粉煤灰密度采用GB/T208《水泥密度測定方法》進行測試。
（4）需水量比
原標準中需水量比試驗，對比膠砂流動度為130mm~140mm范圍內，按照試驗膠砂流動度達到130mm~140mm調整加水量。新標準中將對比膠砂流動度調整為145mm~155mm內，按照試驗膠砂流動度達到對比膠砂流動度的±2mm調整加水量。更新后試驗膠砂流動度與對比膠砂流動度相差更小，試驗精度更高，更加準確反映粉煤灰的需水量。
原標準中粉煤灰出廠前以連續(xù)供應的200t相同等級、相同種類的粉煤灰為一編號，不足200t按一個編號論，新標準中粉煤灰出廠前按同種類、同等級編號和取樣。散裝粉煤灰和袋裝粉煤灰應分別進行編號和取樣，不超過500t為一編號，每一編號為一取樣單位。當散裝粉煤灰運輸工具的容量超過該廠規(guī)定出廠編號噸數(shù)時，允許該編號的數(shù)量超過取樣規(guī)定噸數(shù)；新標準中增加國家質量監(jiān)督檢驗機構提出型式檢驗的要求時應進行型式質檢；新標準中增加檢驗報告內容應包括出廠編號、出廠檢驗項目、分類、等級。當用戶需要時，生產者應在粉煤灰發(fā)出日起7d內寄發(fā)除強度活性指數(shù)之外的各項檢驗結果，32d內補報強度活性指數(shù)檢驗結果；原標準中粉煤灰每袋凈重量不得少于標志質量的98%，新標準中每袋凈重量不得少于標志質量的99%。
近年來隨著環(huán)保的要求，燃煤電廠相繼對機組進行了脫銷工藝改造，減少了對環(huán)境的污染，同時使得粉煤灰中出現(xiàn)氨氮物質的殘留，使用脫硝粉煤灰對水泥混凝土造成了不少的負面影響；當脫硝粉煤灰的氨氮物質達到某含量時，摻加該粉煤灰的水泥混凝土出現(xiàn)了攪拌或澆筑過程有異常氨味、水泥凝結時間延長、混凝土體積膨脹、混凝土強度下降等混凝土質量問題，甚至還會出現(xiàn)粉煤灰自身揮發(fā)出氨味、pH異常下降、結團粘倉和不同樣品處理方法的細度測試結果存在巨大差異等現(xiàn)象[10]。如今粉煤灰的氨氮物質的含量限值與測試方法還未確定，而本次修訂未增加粉煤灰中氨氮物質的含量限值和檢測方法，回避現(xiàn)實技術難題，不利于粉煤灰質控與應用。
2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》相對于與2005版本的標準有較大修訂變動，通過探究討論新舊標準變化，有利于掌握新標準的相關要求，合理的資源化應用粉煤灰。新標準中增加粉煤灰的定義項，作為摻合料時的強度活性指數(shù)，半水亞硫酸鈣限值及試驗方法；擴大對比水泥范圍；提高Ⅲ級粉煤灰燒失量要求；修改粉煤灰放射性指標、需水量比實驗方法，以上修訂內容使標準更符合粉煤灰自生性質變化和實際應用的需要，促進粉煤灰的資源化應用。
新標準也還需完善，標準可以對粉煤灰的玻璃體含量進行要求，能夠限制在粉煤灰加工過程中摻入其他物質使得粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總質量分數(shù)達到規(guī)定標準；而對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級粉煤灰細度指標，一定程度上降低其資源化利用的技術水平；放射性試驗樣品配比以粉煤灰與水泥1:1混合進行，降低了對粉煤灰放射性的技術要求，增加應用風險；現(xiàn)代建設工程中利用的粉煤灰基本為脫硝粉煤灰，而本次修訂未對脫硝粉煤灰中氨氮物質的含量限值與測試方法進行規(guī)定。
參考文獻：
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(注：來自粉網特聘專家王智教授，授權粉網公號社區(qū)發(fā)布?。?/strong>
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