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异常粉煤灰原因及检测方法

发布日期:2024-09-04     信息来源: 西部固废研发事业部     作者:陈贝妮     浏览数:695    分享到:

      粉煤灰主要产生于燃煤发电厂,是煤炭燃烧后产生的废弃物。为了使资源的利用率得到有效提升,粉煤灰被广泛应用于建筑工程领域,并且对提高施工质量做出一定贡献。但是在实际应用中却发现粉煤灰氨味严重、凝结时间长、强度下降、开裂等异常现象,从而使工程质量受到极大影响。为了解决这一问题,必须对粉煤灰异常原因进行分析,并且对粉煤灰质量给予有效检测。
      一、异常粉煤灰的种类
      由于粉煤灰货源分布不均匀,利用率有限,许多地区的优质粉煤灰明显供不应求,供需矛盾日渐加剧。因供需矛盾加剧及现行行业标准的不足,导致市场上出现了掺假粉煤灰、含油粉煤灰、脱硝粉煤灰和固硫粉煤灰四类异常粉煤灰。
      (一)掺假粉煤灰
将煤矸石等固体废弃物进行粉磨后充当粉煤灰。煤矸石粉作为“非常规粉煤灰”按照现行粉煤灰标准进行检测,检测结果符合指标要求,但其真实性能最多与低品质粉煤灰持平。
后果:混凝土和易性差,难泵送,后期强度难增长,导致工程质量得不到保障。
      (二)含油粉煤灰
电厂出于提高燃煤效率或辅助劣质煤燃烧等原因,在燃煤过程中添加重油等油性物质以助燃。如果添加量过大或燃烧不充分,粉煤灰内便会吸附一部分油分,因此便出现含油粉煤灰。
后果:影响混凝土中的胶骨粘结,界面作用力减弱,最终影响混凝土的强度及耐久性。
      (三)CFB固硫灰
CFB固硫灰是指含硫煤与脱硫剂按一定比例混合后在流化床锅炉850℃~900℃温度燃烧固硫后排出的飞灰。CFB固硫灰中由于固硫剂的掺入会含有脱硫产物CaSO4、CaSO3及固硫剂残留产生的f-CaO等物质。上述物质的存在使得CFB固硫灰不论是物理特性还是火山灰活性,都与传统粉煤灰有较大差别,
      后果:应用于混凝土中会出现与外加剂适应性差、需水量大、和易性及体积稳定性都比较差等问题
      解决方法:颜色一般发红的CFB固硫灰,同时对f-CaO等进行检测。
      (四)脱硝粉煤灰
      电厂在脱硝过程出现问题,粉煤灰中含有的脱硝副产物NH4HSO4和(NH4)2SO4等含量较高时,形成非正常脱硝粉煤灰,并伴随严重的氨味。
      后果:粉煤灰中混入氨类物质后,遇水或碱性物质可发生反应,释放气体,用于混凝土中,则导致新拌混凝土气泡产生。生产的混凝土就会出现和易性差、凝结时间延长、产生刺激性气体、强度下降等。
      二、异常粉煤灰检测方法分析
      (一)掺假粉煤灰检测方法
      检测是否掺假粉煤灰,应从源头上检测粉煤灰的核心物质玻璃体,测试其火山灰活性。加强基本性能检测。
      盐酸滴定法,粉煤灰不与盐酸反应,石灰石粉与盐酸反应剧烈且有大量CO2溢出。


图1 粉煤灰+盐酸澄清石灰水排水收集气体
      1.配制1 mol/L的盐酸溶液,密封储存;
      2.用分析电子天平在秤量纸上秤取粉煤灰样品1g备用;
      3.在50mL小烧杯中称取足量的盐酸溶液,将称量好的粉煤灰倒入烧杯中,待无气泡生成时,记录反应物质量损失;为加快反应速度,可放置在50~70℃水浴中进行;
      4.反应物损失质量即石灰石粉的质量,约为生成的CO2的质量。
      微观结构检测法,将粉煤灰样品置于显微镜下观测(采用100倍以上的显微镜),观测样品微观形貌是否为玻璃微珠,检验其是否掺有粉煤灰以外的物质,如大量存在非玻璃微珠状态物质,则判定粉煤灰不合格。
   
图2 正常粉煤灰    图3 问题粉煤灰
      (二)含油粉煤灰检测方法
      含油粉煤灰的检测方法一般是取一定量粉煤灰样品置于烧杯中,然后加入水搅拌,含油粉煤灰在搅拌后表面会出现一层黑色油状物,颜色分层明显。
      与此同时,烧失量检测方法也可行,但是比较费时,用于车检不太现实。
      (三)CFB固硫灰检测方法
      与正常粉煤灰相比,CFB固硫灰的颜色一般发红,从定性的角度可以通过颜色进去区分,同时也可对f-CaO等进行检测进行分辨。
      (四)脱硝粉煤灰检测方法
      检测是否为脱硝粉煤灰,可对样品进行进行氨释放量项目的测试(参照GB 18588-2001)。

图4 粉煤灰在碱溶液中气体释放量测试装置示意
      1.控制试验温度(20±2)℃,检查装置气密性;
      2.定量称量 5.00 g粉煤灰m,0.1 mol/L 氢氧化钠溶液500mL;
      3.将粉煤灰加入锥形瓶中,氢氧化钠溶液加入分液漏斗中,调整平衡管和测量管高度使二者液面高度处于同一水平,待读数稳定后记录初始读数V1;
      4.转动分液漏斗阀门,将氢氧化钠溶液和粉煤灰充分混合,开动电磁搅拌器缓慢搅拌;
      5.定时调整平衡管和测量管高度使二者液面高度处于同一水平,待读数稳定后记录终读数 V2。单位粉煤灰气体释放量c按c=(V2-V1)/m进行计算,结果精确至0.1 m L /g。正常粉煤灰单位气体释放量为0mL /g。通过单位气体释放量可以判定是否为脱硝粉煤灰。
      (五)体积膨胀问题检测方法
      普通粉煤灰不会在碱溶液中释放气体导致试块膨胀,但在试验过程中异常粉煤灰制备的胶砂试块体积明显膨胀。产生这种现象的原因主要是两类:其一是若在碱溶液中释放的无机气体且具有爆燃性的为氢气,由此倒推可知粉煤灰中可能含有单质铝,但是粉煤灰是在1400℃左右烧结而成,该温度下单质铝会被氧化成 Al2O3,因此粉煤灰中单质铝的来源可能为粉煤灰收集和运输过程。单质铝与强碱发生反应,生成可燃性的氢气并放出热量,由于该反应有水参与,要消耗掉混凝土中的游离水,混凝土表现出坍落度损失较快;同时扩散性极强的氢气溢出至混凝土表面后,从混凝土表面泌水、养护水或浮浆中冒出。其二是将垃圾焚烧灰渣磨细后加入碱溶液中同样产生爆燃性气体、制备的胶砂体积膨胀,异常粉煤灰中掺入的其它组分可能为垃圾焚烧灰渣。
      可采用竖向膨胀率来表征检测粉煤灰的体积膨胀性。具体步骤如下:

图5粉煤灰竖向膨胀率测试装置示意
      1.采用基准水泥,粉煤灰掺量取 30%,固定水胶比 0.5,制备粉煤灰水泥净浆;
      2.将质量为(50±2)g的玻璃板置于 100 mm×100 mm×100 mm 试模上方中间位置,
      3.浆料一次性从一侧注满试模,至另一侧溢出并高于试模边缘约 2 mm,成型过程应在搅拌结束 3 min 内完成;
      4.用湿棉布覆盖玻璃两侧的浆料;
      5.把千分表测量头垂直放在玻璃板中央,并安装牢固。在 30 s内读取初始读数 h0;自加水搅拌起分别于 1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h 读取千分表读数 hi;
      6.整个测试过程应保持棉布湿润、装置不得受震动、成型养护温度均为(20±2)℃。
      粉煤灰竖向膨胀率按下式计算:
      评定标准:正常粉煤灰粉别于 1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h竖向膨胀率均为0。
      检测粉煤灰铵根离子和金属铝含量超标的步骤如下:
      1.烧杯中加入水100 m L、氢氧化钠5 g,充分溶解。
      2.称取粉煤灰50g 倒入烧杯中,用玻璃棒搅拌至粉煤灰全部分散。
      3.观察5 min混合物的状态。
      评定标准:1.在规定的时间内,若有大量的气泡生成,则该批粉煤灰不合格。
      2.如气体伴有刺激性气味,则可能产生的是氨气,将湿润的红色石蕊试纸置于烧杯口处,观察其是否变色并作记录。
      3.如气体无刺激性气味,则可能产生的氢气,取小试管用向下排空气法收集一试管气体,用拇指堵住管口,接近火焰,松开拇指,听是否有爆鸣声并作记录。
      三、总结
      综上所述,针对异常粉煤灰原因及检测方法的探究是非常必要的。现阶段粉煤灰已经在建筑工程领域得到广泛应用,但是粉煤灰异常现象却严重影响施工质量,因此必须对异常原因及质量检测方法给予深入分析,以保障混凝土工程的质量安全。

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