1、前言
粉煤灰是预拌混凝土主要原材料之一，它的质量直接影响混凝土的质量和性能。为了严格控制进场粉煤灰质量，更好地利用这一资源来改善混凝土性能，本文总结出粉煤灰质量快速鉴定方法。
2、项目意义
粉煤灰是从煤粉炉烟道气中收集到的粉末，属人工火山灰质材料，颗粒很小，多呈球形(通称微珠)。掺入混凝土中，它的颗粒形态效应可产生减水势能，能；从而起到减少需水量，提高耐久性和抗渗能力，微集料效应产生致密势能，火山灰质效应产生活化势减少收缩，降低内部温升，提高抗拉强度，抗硫酸盐侵蚀，减少泌水和抑制碱一骨料反应等多方面的作用。掺粉煤灰不仅可以节约混凝土生产成本，还能改善和提高混凝土的性能，因此在混凝土生产中被广泛使用。
随着水电、风电、核电等清洁能源的不断发展，火电厂的比重越来越低，产生的粉煤灰也越来越少，不能满足市场需求。粉煤灰也因供需不平衡出现价格上涨，并出现以次充好、以假乱真的现象，严重影响混凝土质量。由于GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和GB/T50146《粉煤灰混凝土应用技术规范》中只规定了细度、三氧化硫、需水量比、含水量、游离氧化钙等常规参数及检测方法，且检测时间偏长，不能快速有效鉴定粉煤灰质量好坏及真伪，不便用于进场粉煤灰质量验收，因此，研究并确定粉煤灰质量快速鉴定方法，可以有效控制进场粉煤灰质量，确保满足混凝土质量控制要求。
3、粉煤灰质量快速鉴定方法
3.1改变取样方式
粉煤灰传统取样都是打开粉料罐车顶盖，使用铁铲或样瓢取表面样品。部分供应商为谋取更大利润，先将质量较差或伪劣粉煤灰装入中下部，最后在面部装入质量较好的粉煤灰，使得收料人员每次都取到较好样品，从而蒙混过关。
为了防止供方作假，订做了不锈钢取样器，长2.5m，大管直径40mm，小管直径36mm，前端锥形，分别从锥段200mm处开1500mm长1/3直径的口，里外两根取样管可以转动，使取样口关闭或打开。通过实际取样使用发现，打开取样口后，样品会往下端掉落，存在不同层样品混合现象，不能观察各分层样品情况。经改进，分别在上、中、下设置隔板，使不同层样品不会混合，基本实现了分层取样观察的目的。
由于分层取样器容积较小，一次取样量不足1kg，倒出不方便，每车取够样品需要十多分钟，取样人员不愿意使用，取样器内外管之间容易进灰，取样器经常被沉积样品卡死，无法旋转，而且需要取样人员上车项，打开粉料罐车盖，非常麻烦，又不安全(如图1)。
通过在粉料罐进灰口处安装带阀门的取样管(如图2)，调节阀门大小改变出样量多少。采用这种方式取样方便、快捷、安全，可以在进料过程中随时取样。而分层取样器仅作为样品分层鉴定用，不作为取样使用。
3.2颜色鉴定质量
同一电厂相同质量的粉煤灰颜色基本一致，若颜色发生变化，虽然不能判定质量好坏，但至少说明粉煤灰质量可能发生变化。粉煤灰颜色变化存在几种可能：一是电厂煤质或煅烧工艺发生变化；二是粉煤灰来源非同一厂家；三是磨细粉煤灰原料或配方发生变化；四是供应商弄虚作假等。
除粉煤灰颜色变化非常明显，可以一眼发现，但粉煤灰颜色变化不明显时，很难发现颜色变化。将进场粉煤灰与上批次(或正常样色)样品进行对比，可以明显观察到颜色是否有变化。对比方法是将本次进场样品装在样盘上，用取样勺底部压成凹型，再取2～5g留样放在凹面中间，再使用样勺底部压平，通过观察分界面，可以很明显判断两批次样品是否有颜色差异。
3.3密度鉴定质量
粉煤灰的表观密度一般在2100～2400Kg/m3，而石粉、矿渣等材料的表观密度一般在2700～2900Kg/m3，如果粉煤灰密度偏高，说明粉煤灰质量可能存在问题。但粉煤灰表观密度测定较为繁琐，用时较长，不便用于及时检测进场粉煤灰质量。而粉煤灰堆积密度一般在700～900Kg/m3，如果粉煤灰堆积密度偏高也可判定其表观密度偏高。粉煤灰堆积密度测定简单、快捷，检测需要的仪器较少。检测方法可参考砂子堆积密度检测方法，将粉煤灰通过漏斗装入测砂子松散堆积密度的容量筒内，自由放满1L，用直尺从中间往两边刮平，称重去皮计算。当进场粉煤灰过磅重量与正常情况偏差较大时，也应怀疑其质量存在问题。
3.4粉煤灰中掺石粉的鉴定
部分供应商通过掺入石粉来降低成本，获取更大的利润。由于掺入石粉会降低粉煤灰活性，影响混凝土施工性能。为了防止供应商在粉煤灰中掺石粉，可采用草酸、盐酸等酸溶液来检测石粉含量，原理是石粉中的碳酸钙遇到酸，会分解出二氧化碳，产生气泡。测试方法是将盐酸或草酸稀释到10～20％，将约1g粉煤灰样品放入装有约200ml稀释酸的烧杯中，观察是否有气泡或产生气泡声音，根据气泡多少判定石粉含量。
以上方法只适用于掺入含有碳酸盐的石粉，而花岗岩、沉积岩、玄武岩中基本不含碳酸钙，使用酸检测不会产生气泡。因此，若供应商掺入非碳酸盐石粉，是无法用酸检测出来。花岗岩、沉积岩、玄武岩中主要成分为二氧化硅，如果掺入上述石粉，会使粉煤灰中二氧化硅大幅增加。因此通过检测粉煤灰中二氧化硅成分，可以判定掺入硅质石粉。粉煤灰二氧化硅成分检测方法参照GBT176《水泥化学分析方法》中二氧化硅检测方法。粉煤灰中二氧化硅成分化学分析方法较复杂，用时较长。由于石粉密度和堆积密度比粉煤灰重得多，可以采用表观密度或堆积密度方法初步判定。
3.5显微镜鉴定质量
由于风选粉煤灰多呈玻璃体球形(通称微珠)，在显微镜下能明显观察到透明的球形玻璃体，如图4；磨细粉煤灰可以在显微镜下观察到很多半球形玻璃体，也有少量圆球形玻璃体，如图5；图6为某厂家煤渣粉，呈不规则形状，无圆球形或半球形玻璃体。
因为粉煤灰细度较细，肉眼无法观察到粉煤灰形状，可以使用高倍电子显微镜观察，如图7。未筛分的粉煤灰粒径大小不一，显微镜在相同倍数和焦距下很难观察清楚。通过试验，用45um方孔筛筛余在显微镜下观察，效果最佳。
3.6需水量比鉴定
需水量比是粉煤灰质量的一项重要指标，其严重影响混凝土用水量和施工性能。但标准方法需要胶砂搅拌机、跳桌等设备，操作复杂，要求操作技能较高，很容易操作失败，需重新检测。通过试验，总结出一种简单快捷的测试方法。直接将100g粉煤灰装入400ml烧杯中，加入50ml水，用玻璃杯或刮刀搅拌均匀，通过观察粉煤灰稠度判定粉煤灰需水量比，如图8。也可以达到一定稠度所需的用水量来判定需水量比。
根据对比试验结果看，简易方法能准确反映粉煤灰需水量比，用于进场初判完全可行。
3.7三氧化硫测定
电厂为了减少SO3的排放，往往需要采取脱硫措施，产生的粉煤灰即CFB脱硫粉煤灰。它含有大量的硫化物或硫酸盐，容易造成混凝土开裂。在水介质中，用氢型阳离子交换树脂对粉煤灰中的硫酸钙进行两次静态交换，生成等物质的氢离子，以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定，可以快速检测出粉煤灰中三氧化硫含量。具体操作步骤为：称取约0.2g试样，精确至0.0001g，置于己放有5g树脂，10mL热水及一根磁力搅拌子的150mL烧杯中，摇动烧杯使试样分散。然后加人40mL沸水，立即置于磁力搅拌器上，加热搅拌10min取下，以快速滤纸过滤，用热水洗涤烧杯和滤纸上的树脂4～5次，滤液及洗液收集于己放有2g树脂及一根磁力搅拌子的150mL烧杯中(此时溶液体积在l00mL左右)。将烧杯再置于磁力搅拌器上，搅拌3min。取下，以快速滤纸将溶液过滤于300mL烧杯中，用热水洗涤烧杯和滤纸上的树脂5～6次。向溶液中加人5～6滴酚酞指示剂溶液，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色。三氧化硫的质量百分数等于氢氧化钠标准滴定溶液对三氧化硫的滴定度乘以滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，再除以0.1倍试样质量。如果需要检测粉煤灰中准确三氧化硫含量，可以按照GBTl76《水泥化学分析方法》中硫酸钡重量法测定三氧化硫含量。
3.8氨气鉴定
电厂为了减少燃煤过程中NOx的排放，需要在燃煤过程中进行“脱硝”处理，脱硝工艺不当可能会造成粉煤灰中残留一部分的NH4 ，当粉煤灰与水泥搅拌时，遇到碱性环境就会释放出NH3(氨气)，在混凝土塑性阶段产生大量气体，影响混凝土质量。由于氨气属于刺激性气体，可以将约300g粉煤灰、700g水泥、500ml水在合适的容器中搅拌，用手轻轻将容器内的空气扇入鼻子处，如果闻到刺激性的氨气味道，则判断有粉煤灰中有NH4 。若想准确测定粉煤灰中NH4 含量，可参考河南省建筑科学研究院有限公司研发的粉煤灰中氨释放量检测方法。
4、结论
通过以上快速鉴定方法，可以有效控制进场粉煤灰质量，确保粉煤灰能够满足混凝土质量要求。
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