2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的修訂與問(wèn)題探討

王 智，賀云飛，王子儀( .重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045；. 重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶400044)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（以下有些地方稱(chēng)“原標(biāo)準(zhǔn)”）于 2005 年頒布實(shí)施，對(duì)我國(guó)粉煤灰的開(kāi)發(fā)利用、保障建設(shè)工程質(zhì)量起到了重要作用。隨著燃煤電廠燃料種類(lèi)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)保要求時(shí)逐步實(shí)施，現(xiàn)代建設(shè)工程對(duì)粉煤灰的要求發(fā)生了變化，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。因此，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)原標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂完善就十分有必要。GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（以下有些地方稱(chēng)“新標(biāo)準(zhǔn)”）于 2017 年 7 月 12 日頒布，將于 2018 年 6 月 1 日正式實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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。

1 主要修訂內(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。

1.1 粉煤灰定義

原標(biāo)準(zhǔn)中將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，即含有以下 3 種情況所收集到的灰不屬于粉煤灰：① 和煤一起煅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Hg、Pb、Cd 等有毒重金屬，還富集大量的二噁英類(lèi)物質(zhì),是同時(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，硬石膏和石灰是其主要礦物組成，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與普通粉煤灰不同[2]。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，增加了燃料的限制，明確指出從煤粉鍋爐燃燒煤收集的灰才屬于粉煤灰，嚴(yán)格定義了粉煤灰的概念與范圍。

1.2 對(duì)比水泥

原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用的對(duì)比水泥符合 GSB 14－1510《強(qiáng)度檢驗(yàn)用水泥標(biāo)準(zhǔn)樣品》規(guī)定，新標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了對(duì)比水泥的范圍，對(duì)比水泥為符合 GSB 14－1510 規(guī)定，或符合 GB 175─ 2007 《通用硅酸鹽水泥》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)試驗(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)試得到的試驗(yàn)結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果有矛盾或需要仲裁檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)比水泥宜根據(jù) GSB 14－1510 的規(guī)定。

1.3 拌制混凝土和砂漿用粉煤灰理化性能要求

1.3.1 細(xì)度

原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 Ⅱ 級(jí)粉煤灰過(guò) 45 μm 方孔篩篩余量 ≤25%，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 Ⅱ級(jí)粉煤灰過(guò) 45 μm 方孔篩篩余量 ≤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)不合格而成為 Ⅲ 級(jí)粉煤灰，而在新標(biāo)準(zhǔn)中則能夠直接作為 Ⅱ 級(jí)粉煤灰。降低粉煤灰的技術(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 3 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，在一定程度上降低了 Ⅱ 級(jí)粉煤灰的資源化利用的技術(shù)水平，可能增加了Ⅱ 級(jí)粉煤灰在混凝土中利用的技術(shù)難度，并降低了經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.2 燒失量

原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 Ⅲ 級(jí)粉煤灰燒失量 ≤ 15%，新標(biāo)準(zhǔn) Ⅲ級(jí)粉煤灰燒失量 ≤ 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，這是科學(xué)合理的。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。

1.3.3 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(lèi)粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3總質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥ 70%，C 類(lèi)粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3總質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ 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物質(zhì)，導(dǎo)致粉煤灰的質(zhì)量降低。

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/T 18046－2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》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。

1.3.4 相對(duì)密度

新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)拌制混凝土和砂漿用粉煤灰新增了相對(duì)密度的要求，規(guī)定粉煤灰的相對(duì)密度 ≤ 2.6 g/cm3。部分地區(qū)的高鐵粉煤灰或經(jīng)過(guò)磁選后的高鐵粉煤灰相對(duì)密度可能會(huì)＞ 2.6 g/cm3[3]。這種高鐵粉煤灰是否屬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。

1.3.5 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) ≥ 70%，充分體現(xiàn)了粉煤灰作為活性摻合料用于砂漿和混凝土?xí)r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)定了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)。因此，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)的依據(jù)更充分。

1.4 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)和相對(duì)密度的技術(shù)要求，規(guī)定 F 類(lèi)粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3總質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥ 70%，C 類(lèi)粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3總質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥ 50%。與拌制混凝土和砂漿用粉煤灰的一樣，可參照 GB/T 18046－2008 中對(duì)礦渣玻璃體含量的要求。規(guī)定粉煤灰相對(duì)密度 ≤ 2.6g/cm3。一方面對(duì)作為水泥活性材料的粉煤灰品質(zhì)提出了更高要求，有利于提高水泥質(zhì)量；另一方面則限制了部分高鐵粉煤灰的使用。

1.5 放射性

原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定粉煤灰的放射性按 GB 6566 ─ 2010 《建筑材料放射性核素限量》的試驗(yàn)方法進(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 GB 6566─2010 中建筑主體材料規(guī)定要求，還增加了放射性試驗(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，符合GB 6566─2010 對(duì)建筑主體材料的規(guī)定要求，更有利于新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。雖然大部分粉煤灰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(lèi)粉煤灰可能會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。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)家標(biāo)準(zhǔn)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 ＞50%（與水泥比值 ＞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，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)家標(biāo)準(zhǔn) GB 6566 ─ 2010的要求, 選擇合適的粉煤灰摻入量，使粉煤灰放射性的控制更為直接和明確。

1.6 半水亞硫酸鈣含量

新標(biāo)準(zhǔn)中增加對(duì)半水亞硫酸鈣（CaSO3·1/2H2O）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)CaSO3·1/2H2O 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粤蛩岣x子（）和亞硫酸根離子（）兩種形式存在。主要指亞硫酸鈣（CaSO4）和二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），主要指CaSO3·1/2H2O 和 CaSO3[7]。CaSO4一方面會(huì)分解，直接影響水泥混凝土的含氣量與密實(shí)度；另一方面亞還會(huì)影響水泥的水化，導(dǎo)致混凝土的性能變異。CaSO3·1/2H2O 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)度增幅減小甚至倒縮[8]。同時(shí)在 CaSO4·2H2O 與水泥中的鋁酸三鈣（C3A） 反應(yīng)生成鈣礬石的過(guò)程中，夾雜其間的 CaSO4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 CaSO4含量越多，這種影響越顯著[9]。CaSO3·1/2H2O 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)定的CaSO3·1/2H2O 含量有利于提高粉煤灰的質(zhì)量。

1.7 關(guān)于試驗(yàn)方法

1.7.1 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/T 176─2010 《水泥化學(xué)分析方法》試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，其中 Al2O3的測(cè)定采用硫酸銅（CuSO4）返滴定法或 X射線熒光分析方法，有爭(zhēng)議時(shí)以CuSO4返滴定法為準(zhǔn)。

1.7.2 半水亞硫酸鈣含量

新標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)粉煤灰中CaSO3·1/2H2O的要求，同時(shí)規(guī)定其含量采用 GB/T 5484─2014 《石膏化學(xué)分析方法》進(jìn)行測(cè)試。

1.7.3 相對(duì)密度

新標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)粉煤灰相對(duì)密度的要求，同時(shí)規(guī)定粉煤灰相對(duì)密度采用 GB/T 208─2014《水泥相對(duì)密度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試。

1.7.4 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)度在 130～140 mm 范圍內(nèi)，按照試驗(yàn)?zāi)z砂流動(dòng)度達(dá)到 130 ～140 mm 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 145～155 mm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 ±2 mm 時(shí)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，更能準(zhǔn)確地反映粉煤灰的需水量。

1.8 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 200 t 相同等級(jí)、相同種類(lèi)的粉煤灰為 1 個(gè)編號(hào)，不足 200 t 按 1 個(gè)編號(hào)論。新標(biāo)準(zhǔn)中粉煤灰出廠前按同種類(lèi)、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) 500 t為 1 個(gè)編號(hào)，每 1 個(gè)編號(hào)為 1 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(lèi)、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 7 d 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，32 d 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)中粉煤灰每袋凈重不小于標(biāo)志質(zhì)量的98%，新標(biāo)準(zhǔn)中每袋凈重不小于 標(biāo)志質(zhì)量的 99%。

2 其他

近年來(lái)，隨著環(huán)保的要求不斷提升，燃煤電廠相繼對(duì)機(jī)組進(jìn)行了脫銷(xiāo)工藝改造，減少了環(huán)境的污染，但同時(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 值異常下降、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)方法則回避了現(xiàn)實(shí)技術(shù)難題，不利于粉煤灰的質(zhì)量控制與應(yīng)用。

3 結(jié) 語(yǔ)

2017 版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》相比 2005 版原標(biāo)準(zhǔn)有較大修訂變動(dòng)。通過(guò)探究和討論標(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)中增加了粉煤灰的定義項(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，提高了Ⅲ 級(jí)粉煤灰燒失量要求，修改了粉煤灰放射性指標(biāo)、需水量比試驗(yàn)方法。這些修訂內(nèi)容使標(biāo)準(zhǔn)更符合粉煤灰自身性質(zhì)變化和實(shí)際應(yīng)用的需要，更能促進(jìn)粉煤灰的資源化應(yīng)用。

新標(biāo)準(zhǔn)還需完善：可以對(duì)粉煤灰的玻璃體含量設(shè)置要求，以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)；對(duì)于相對(duì)密度的要求是否限制了高鐵粉煤灰的利用則值得商榷；降低Ⅱ級(jí)粉煤灰細(xì)度指標(biāo)，一定程度上降低了資源化利用的技術(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，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。