1 标准简介
我国20世纪70年代末首次制定了GB/T1596-1979《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，1991年和2005年对该标准分别进行了两次修订，GB/T1596-2005为现行版本，该标准为规范我国粉煤灰在水泥和混凝土中应用起到了重要作用。
近几年，随着我国电力行业的发展和国家环保要求的日益严格，燃煤电厂脱硫和脱硝工艺普遍实施，产生了一定量的脱硫粉煤灰和脱硝粉煤灰，还有循环流化床锅炉燃烧产生的固硫灰（渣）等，造成粉煤灰的品质、排放量和排放种类发生了变化，其中不乏劣质和假冒伪劣粉煤灰，对水泥和混凝土的质量造成不利影响。此外，随着我国水泥生产工艺水平的提高，水泥品质如流动度等也发生变化，粉煤灰需水量比试验已不能满足当前要求，因此，标准主要起草单位于2012年提出了GB/T1596-2005标准修订建议书。
国标委综合[2012]92号文下达“GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准修订”计划，项目编号为20121823-T-609。本标准主要起草单位为中国建筑材料科学研究总院、长江水利委员会长江科学院。历经3年的调研和试验研究，2016年4月通过全国水泥标准化技术委员会的审查，2017年7月12日，国家标准化管理委员会批准发布了GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》新标准，实施日期为2018年6月1日。
2GB/T1596-2017新标准主要内容介绍
GB/T1596-2017是在GB/T1596-2005标准基础上，广泛调研并征求意见，进行大量试验，并参考国外先进国家粉煤灰标准情况而完成，新标准既考虑国内粉煤灰生产利用现状，又进一步吸纳了国外粉煤灰标准相关要求。
本文结合新旧标准对比，对GB/T1596-2017新标准主要内容介绍如下。
2.1 增加了规范性引用文件
由于新标准技术要求中增加粉煤灰密度，氧化硅、氧化铝和氧化铁总量，半水亚硫酸钙等指标，因此第2章规范性引用文件中增加了GB/T208《水泥密度测定方法》、GB/T5484《石膏化学分析方法》等引用文件；同时由于粉煤灰和水泥相比，两者颗粒形貌和密度相差较大，45μm标准筛的校准宜采用粉煤灰国家级标准样品，因此增加了GSB08-2506粉煤灰细度标准样品。
2.2 规范了粉煤灰定义
为明确粉煤灰定义，在原有定义基础上增加备注，即：粉煤灰不包括以下情形：1）和煤一起煅烧城市垃圾或其他废物时；2）在焚烧炉中煅烧工业或城市垃圾时；3）循环流化床锅炉燃烧收集的粉末。
2.3 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰中Ⅱ级粉煤灰的细度指标放宽，同时增加强度活性指数指标
随着我国燃煤电厂工艺水平提高，粉煤灰品质发生变化，很多细度超出2005版标准规定，但是其他理化性能符合Ⅱ级粉煤灰标准要求的粉煤灰，被排除在外。为了提高粉煤灰的利用率，新标准在调研和试验的基础上，组织研究了细度对需水量比、烧失量、强度活性指数及其他性能的影响。结果表明，细度从23%增加至35%，粉煤灰的需水量比、烧失量、强度活性指数、三氧化硫含量、游离氧化钙含量、安定性等基本性能并没有明显改变；当细度超过35%之后，需水量比、烧失量、三氧化硫含量、游离氧化钙含量、安定性等性能均满足标准要求，但强度活性指数低于70%（平均强度活性指数68%）。
综合以上研究，新标准将第6章6.1条拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求中，Ⅱ级粉煤灰的细度指标由原来的45μm方孔筛筛余不大于25%改为不大于30%，同时增加强度活性指数不小于70%。以上变化，不仅提高了粉煤灰整体品质，而且在满足技术要求的前提下，提高了粉煤灰的利用率，符合我国当前节能减排和综合利用政策。
2.4 修改Ⅲ级粉煤灰烧失量指标
粉煤灰中的烧失量主要指未燃尽碳，质轻而多孔，吸水性强。对水泥、混凝土而言它是有害成分。烧失量的高低对强度影响不大，主要影响混凝土耐久性。
随着我国燃煤电厂工艺水平提高，粉煤灰品质发生变化，特别是烧失量大大降低。调研和试验研究结果表明，粉煤灰烧失量绝大多数都在10%以下，平均值为3.41%，烧失量普遍低，表明我国当前锅炉燃烧水平明显提高，只有一些小规模电厂，燃烧工艺不稳定，煤粉燃烧效果差而造成烧失量高。因此新标准将拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求中Ⅲ级粉煤灰烧失量由不大于15.0%改为不大于10.0%。
2.5 增加粉煤灰密度指标
密度与粉煤灰的碳分、多孔玻璃体及密实玻璃珠的相对含量有关。经燃烧后的煤粉可形成理化性能不一的多种颗粒成分，这些成分由于氧化铁含量及孔隙率的差别，其密度波动范围较大。
粉煤灰的形成过程决定了粉煤灰的密度值，假冒粉煤灰与普通煤粉炉产生的粉煤灰密度不同。新标准在研究试验过程中，对全国的粉煤灰密度进行调研，共得到181个样品结果，调研的样品密度最大值2.73g/cm3，最小值2.11g/cm3，平均值2.37g/cm3，普通煤粉炉粉煤灰的密度都在2.60g/cm3以下，循环流化床锅炉产生的固硫灰密度较普通粉煤灰密度大，基本在2.60g/cm3以上。日本标准JISA6201中要求粉煤灰密度不低于1.95g/cm3，美国标准ASTMC618-2012a和欧洲标准BSEN450-1-2005中未对粉煤灰密度进行限定，只对密度均匀性有要求。
综合调研结果和国外标准情况，新标准增加了密度指标不大于2.60g/cm3。
2.6 增加氧化硅、氧化铝和氧化铁总量指标
粉煤灰的形成过程决定了其主要化学组成为SiO2和Al2O3，含有少量CaO，具有火山灰性。粉煤灰是燃煤电厂的副产品，属铝硅玻璃质物质。从化学组成上看，粉煤灰活性主要来源于SiO2和Al2O3，活性组分越多，粉煤灰的活性也越高。
在全国范围内对粉煤灰化学分析进行调研汇总，最后收集到165个粉煤灰样品分析结果。从分析结果来看，粉煤灰主要化学组成为SiO2和Al2O3，F类粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量在70%以上（只有1个样品为69.39%，该样品烧失量15.68%，已不在本标准范围内）；C类粉煤灰（高钙灰）或者循环流化床固硫灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量低于70%，其中C类粉煤灰（高钙灰）的SiO2 Al2O3 Fe2O3总量在50%以上，循环流化床固硫灰由于掺入大量固硫剂，CaO含量在20%以上，SiO2 Al2O3 Fe2O3总量小于50%，与上述F类和C类粉煤灰明显不同。美国标准ASTMC618-2012a中要求N类和F类粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量不小于70%，C类粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量不小于50%。欧洲标准BSEN450-1-2005中要求粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量不小于70%。
综合调研结果和国外标准情况，新标准增加了F类粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量不低于70%，C类粉煤灰SiO2 Al2O3 Fe2O3总量不低于50%。
2.7 增加粉煤灰半水亚硫酸钙指标
2014年7月1日开始，火电厂实施更加严格的环保标准GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，其中火电厂燃煤锅炉二氧化硫排放浓度限值为100mg/Nm3，重点地区为50mg/Nm3，氮氧化物（以NO2计）排放浓度限值为100mg/Nm3，为此火电厂将采取严格的脱硫脱硝措施降低二氧化硫和氮氧化物等排放。脱硫和脱硝工艺大面积实施可能会对粉煤灰造成影响，为保证脱硫脱硝后粉煤灰的品质和质量，新标准在研究过程中对脱硫粉煤灰和脱硝粉煤灰进行了调研和试验研究。
1）脱硫粉煤灰。脱硫粉煤灰与脱硫工艺有关，不同工艺对粉煤灰的影响也不同，目前我国脱硫工艺90%为湿法的石灰石/石灰-石膏脱硫，产生脱硫石膏，但对粉煤灰品质没有影响。另外尚有少数电厂采用半干法和干法工艺，产生的脱硫粉煤灰中含有半水亚硫酸钙，质量波动大，且半水亚硫酸钙易造成水泥凝结时间异常，从而影响工程质量。试验表明，半水亚硫酸钙不大于3.0%时对水泥混凝土影响较小，因此，新标准中增加了半水亚硫酸钙指标，即：当采用干法或半干法脱硫工艺时产生的粉煤灰需检测半水亚硫酸钙含量，且其含量不大于3.0%。
2）脱硝粉煤灰。国内外研究表明，受脱硝工艺的直接影响，脱硝粉煤灰的性能有可能发生改变：①低氮燃烧中由于燃烧温度较低、燃烧氧气不足，原煤若燃烧不充分，未燃尽碳组分较多，从而含碳量较高，即烧失量较大；②脱硝工艺过程中脱硝剂（尿素、氨等）、脱硝产物若逸出不尽，残留粉煤灰中，会导致粉煤灰中铵盐等化学成分偏高。
脱硝工艺的运行可能改变粉煤灰基本性能，进而对脱硝粉煤灰的处置和综合利用带来不利的影响。新浇混凝土使用脱硝后的粉煤灰可能会出现异常现象：混凝土浇筑后，表面有较大气泡冒出，混凝土硬化后，表面留有黄色斑迹或泡眼痕迹。通过对电厂和混凝土用户单位的广泛调研，结果表明，我国的大型电厂采用脱硝工艺后，通过严格控制可生产出满足标准要求的粉煤灰，目前部分中小规模电厂，由于脱硝工艺不完善导致粉煤灰中附着氨离子含量较高，带有刺激性气味，同时附着氨离子随着时间推移会逐渐消减，取样代表性存在困难；混凝土用户反映，一年中遇到一两次氨味较重的粉煤灰，处理方式均为退货。此外，脱硝粉煤灰中氨的检测方法尚未完善，新标准对脱硝灰技术指标暂不规定。今后标准主要起草单位将进一步针对电厂脱硝灰，开展工艺调研和不同时段脱硝灰的性能研究，制定适宜的检测方法标准，待成熟后在下一次修订标准时增加脱硝粉煤灰技术指标和试验方法。
2.8 增加放射性试验样品配比
由于粉煤灰在水泥和混凝土中的掺量大多为20%~40%，因此，新标准在放射性试验中增加样品配比，将粉煤灰与符合GB175要求的硅酸盐水泥按质量比1∶1混合均匀，按GB6566检测放射性。同时，放射性指标由2005版标准中“合格”明确为“符合GB6566中建筑主体材料规定要求。”
2.9 细度试验方法修改
2005版标准中粉煤灰细度试验方法采用附录A中方法检测，此方法与GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》中筛析法类似，因此，本次标准将附录A去掉，直接采用GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》中45μm负压筛析法进行。与GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》区别是粉煤灰细度试验时筛析时间为3min。筛网的校正采用符合GSB08-2506规定或其他同等级标准样品。筛析100个样品后进行筛网的校正。
在此需要说明，由于粉煤灰颗粒很细，易受潮团聚，因此2005版标准中，附录A粉煤灰细度试验方法中，A.4规定，粉煤灰细度试验前，将样品置于温度为105~110℃烘干箱内烘至恒重，取出放在干燥器中冷却至室温，再进行筛分试验。新标准将附录A粉煤灰细度试验方法取消，改为按GB/T1345中45μm负压筛析法进行，但是GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》中，没有说明将样品烘干恒重的内容，因此本文特此说明，GB/T1596-2017新标准实施后，其中的粉煤灰细度试验，应将样品置于温度为105~110℃烘干箱内烘至恒重，取出放在干燥器中冷却至室温，再进行筛分试验。
2.10 需水量比试验方法修改
粉煤灰的“需水量比”指标对工程应用具有重要指导意义。但是2005版标准需水量比测定方法附录B中，规定对比水泥胶砂流动度在130~140mm范围内，已不符合当前的需要，因为近10年来，随着我国水泥生产技术水平发展及混合材掺加等变化，近几年水泥胶砂流动度较以前普遍增大。以P·O42.5水泥为例，其胶砂流动度已由十年前的135mm左右增大到150mm左右。为验证这一变化，标准起草单位组织在全国范围内选取10家代表性水泥厂P·O42.5水泥，进行胶砂流动度验证试验，结果在142~164mm之间，平均值为152mm，见表1。因此新标准将2005版附录B中对比水泥的胶砂流动度由130~140mm改为145~155mm，以适应当前粉煤灰水量比试验过程中对比胶砂流动度的实际情况。
3 结论
（1）新标准参考国际先进国家和地区如美国、欧洲和日本等粉煤灰相关标准，将Ⅱ级粉煤灰细度指标适当放宽，增加强度活性指数指标，Ⅲ级粉煤灰烧失量指标降低，在满足技术要求的前提下进一步提高粉煤灰利用率，符合我国当前节能减排与综合利用方针政策，同时与国际先进标准进一步接轨。
（2）新标准充分考虑我国当前电厂燃煤锅炉变化及粉煤灰资源紧缺等造成假冒伪劣粉煤灰充斥市场，增加粉煤灰密度指标，氧化硅、氧化铝和氧化铁总量指标，在一定程度上限制了假冒粉煤灰的应用，进一步保证了水泥和混凝土的质量。
（3）新标准充分考虑国内对环保要求日益严格条件下，电厂普遍采取脱硫脱硝工艺，对脱硫粉煤灰和脱硝粉煤灰进行了广泛调研和部分试验研究，新标准针对脱硫粉煤灰增加了半水亚硫酸钙指标；对于脱硝粉煤灰，经过调研，仅个别省出现粉煤灰附着氨离子，带有刺激性气味，且与电厂脱硝工艺控制水平相关，目前带氨味的粉煤灰属于动态变化中，取样困难。另外，鉴于脱硝粉煤灰中氨的检测方法尚未完善，新标准对脱硝灰技术指标暂不规定。今后标准主要起草单位将进一步针对电厂脱硝灰，开展工艺调研和不同时段脱硝灰的性能研究，制定适宜的检测方法标准，待成熟后在下一次修订标准时增加脱硝粉煤灰技术指标和试验方法。
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