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          三峡二期工程中粉煤灰的优选与质量控制  
三峡二期工程中粉煤灰的优选与质量控制
2010-05-29

三峡二期工程中粉煤灰的优选与质量控制

       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)。掺人混凝土中,它的颗粒形态效应产生减水势能,微集料效应产生致密势能,火山灰质效应产生活化势能;从而起到减少需水量,提高耐久性和抗渗能力,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。因此,在混凝土中掺粉煤灰,不仅仅是为了节省水泥,更主要的是为了改善和提高混凝土的性能,粉煤灰是大坝混凝土的重要组份。  

  三峡二期工程用的花岗岩人工骨料,四级配混凝土用水量高达110kg/m3,如此高的用水量必然给混凝土带来一系列不良后果。必须采取综合措施降低用水量,而掺I级粉煤灰则是降低用水量的重要措施之一。三峡二期工程使用I级粉煤灰数量大,预计用灰量就超过100万t,而且集中在1999年~2001年使用,如1999年用灰28万~30万t,高峰月预计用灰3.2万t。因此,必须做好灰源选择,正确处理质量与数量的关系,确保合格的粉煤灰大批量、连续、稳定地供应到三峡工地。

1 灰源的选择  

  粉煤灰到处都有,但要获得I级灰却不容易。校国家标准GBl596—91《用于水泥和混凝土的粉煤灰》规定,用作混凝土掺合料的I级粉煤灰成品应符合下列指标:含水量不大于1%;烧失量不大于4%;细度(0.045mm方孔筛筛余量)不大于12%;需水量比不大于95%;三氧化硫含量不大于3%。为防止混凝土发生碱一骨料反应,中国长江三峡工程标准CIGPC一1998《混凝土用粉煤灰技术要求及检验》还规定粉煤灰中碱含量(Na2O当量计)应不大于1.5%。三峡工程所用的粉煤灰,无疑应按上述指标严格控制质量。

  粉煤灰的质量,受煤种、煤粉磨的型号、锅炉形式(包括容积和高度)、燃烧条件、司炉工的操作(或电脑程控)水平、电厂负荷的波动以及收尘系统运行状态等等因素的影响。其中三氧化琉和含碱量直接与煤的品种有关,在分析调查过的粉煤灰中,三氧化硫很少大于1%;碱含量则有个别厂家高达4%,但向三峡供灰的厂家,一般都在1.5%以下,能满足三峡的要求;含水量的控制,关键在于运输和储存时防潮。三峡工程用以运输粉煤灰的集装箱或散装罐,密封性能较好,运到工地后进行检测,含水量多在0.5%以下。所以,在选择灰源时,关键是看烧失量、细度和需水量比,而需水量比是核心。因为三峡混凝土使用人工骨料,需要掺粉煤灰来帮助改善混凝土的和易性,所以特别看重需水量比这项指标。

   烧失量和需水量比是“先天”条件:烧失量超过标准的粉煤灰,是“先天不足”,三峡工程选择灰源时,不予考虑;细度粗的粉煤灰,可以通过分选来改善,但烧失量和细度都达到I级灰指标的粉煤灰,需水量比不一定能达到要求,不少厂家因此而落选;看来影响需水量比的因素除了烧失量和细度外,还有含珠率、微珠的粒形状等等因素,是“先天”条件所决定,难以“后天”弥补。

   我们从实践中体会到,在判断一座电厂是否具备生产I级灰的条件时,要看它煤的品质如何?煤源是否稳定?燃煤与机组是否匹配?机组大小、锅炉的高度与容积、炉温,电收尘的级数及运行是否正常等。在选定的主供厂中,平圩电厂是比较典型的一个实例,该厂地处淮南,属坑口电厂,煤源稳定;大功率发电机组(单机600MW),锅炉高,燃烧充分;五级电收尘,在第二或第三电场收集的粉煤灰即可达到I级灰的标准,而且质量一直比较稳定。

 2 粉煤灰的质量管理   

   现在选定向三峡供应I级粉煤灰的有5个主供单位,分布在安徽、山西、江苏、河南、湖北和重庆等省市,运输方式为水运、铁路和公路,故要求供灰厂家与运输商组成联营体,共同承担供灰任务。在这样庞杂的供灰系统中、怎样才能把好质量关,杜绝不合格的粉煤灰进入施工现场?需要采取一系列的措施:

  (1)以合同为基础,坚持“质量一票否决”的原则。利用市场竞争机制,引入公开招标方式,优选粉煤灰供应厂商。在合同的起草、签约,乃至执行过程中,在国家标准的基础上,结合三峡工程标准,明确并细化粉煤灰的质量标准、交货地点(在三峡坝区)、违约责任。质量指标不合格的产品,严格按合同规定做退货清场处理,并要求供应厂商停供整顿,待质量稳定可靠后方可恢复购销关系并作重点抽查检测。   

    (2)弘扬质量文化,树立并加强质量战略意识,质量竞争意识,质量参与意识。对三峡工程来说,粉煤灰是和水泥同等重要的筑坝材料。水泥厂是生产水泥的专业厂,把水泥质量视作生命,对于水泥厂来说是顺理成章的。粉煤灰则不同,它产于煤电厂,电厂的任务是发电。粉煤灰最初被看成是废品,由于环保等原因,粉煤灰被列入“废物利用”之列,而“废物利用”所得的经济效益,往往不被大型电厂的领导所重视。所以,必须反复说明粉煤灰对水工混凝土的重要作用,电厂的厂长要树立资源意识和产品意识,把粉煤灰真正看作是一种资源,是本厂的正式产品,从战略上要象水泥厂的厂长关心水泥质量一样关心粉煤灰的质量。

  (3)供灰电厂必须建立和完善粉煤灰的质量保证系统,建立能够切实完成粉煤灰质量检测任务的试验室。粉煤灰必须通过本厂试验室质检,确认合格方可出厂。为确保运到三峡工地的粉煤灰合格,建议各厂应注意掌握“内控指标”,“内控指标”和国家标准比较,有一定的富余度,例如国家标准规定粉煤灰的细度(0.045mm筛余量)不大于12%,出厂的粉煤灰细度最好控制在8%以下,才能确保合格。  

  (4)粉煤灰应有出厂合格证,合格证的内容应包括:合格证编号、厂名及批号、粉煤灰生产及出厂日期、数量及质量检验结果。散装罐上应有铭牌,铭牌上标注厂名、批号、出厂日期及粉煤灰的等级。在粉煤灰出厂的同时,要求各厂家将该批粉煤灰的合格证传真给三峡工程粉煤灰质检站。  

  (5)三峡工程粉煤灰质检站由三峡开发总公司委托长江科学院组建。质检站的任务是:按照国家标准的规定对进入施工现场之前的粉煤灰进行质量检测;不定期赴厂检查供灰厂家的质量控制系统的运行情况;帮助厂家培训质检人员;协助三峡总公司物资部处理粉煤灰质量争议以及组织质检对比试验等,除了发现问题及时反映外,每月还要履行报告职能,将质检信息反馈到粉煤灰供应厂家、业主及施工、监理单位。   

  (6)三峡主体工程现有拌和系统5个,主供水泥的厂家有3个,主供粉煤灰的厂家达6个。水泥和粉煤灰虽然都必须符合国家标准,才能进入现场,但符合国家标准的产品,并不一定是“完全一样”的产品,例如:路璜电厂粉煤灰的Fe203含量比其它电厂的粉煤灰高(约18%),堆积密度也高于别的粉煤灰(可达900~1000kg/m3)。这些未列入国家标准的指标,对混凝土配合比设计有一定影响。此外,不同厂家的粉煤灰与不同厂家的水泥也可能存在“适应性”的问题。为了避免变更原材料而导致频繁地调整混凝土的配合比,粉煤灰和水泥的供应都必须有序并且力求固定。供灰集团与拌和楼的供需关系一旦确定了,就尽可能不再改变。

 3 关于质检测试方法的商榷

  3.1 含水量的测定   GB1596—91、GBJl46—90《粉煤灰混凝土应用技术规范》、中国长江三峡工程标准CTGPC一1998《混凝土用粉煤灰技术要求及检测》以及类似的应用粉煤灰的部门标准和行业标准都规定,粉煤灰的含水量测定按GBl76进行。GBl76是《水泥化学分析方法》,但我们查阅了G13176—87和GB13176一1996,都未查到含水量的测定方法。据我们回忆,大概从1976年以后,GBl76就没有列入含水量的测定方法。虽然含水量的测定很简单,就是称取一定量的粉煤灰试样,在105℃烘至恒重,但既然GBl76没有列入(或者说早就删去了)含水量的测定方法,又怎样去按照执行?显然是编制粉煤灰标准时疏忽了!

 3.2 需水量比测定   GBl596—91附录B中列出粉煤灰需水量比测定方法,其原理“是依GB2419分别测定试验样品和对比样品达到同一流动度125~135mm范围的加水量之比”。这里所说的试验样品,是由90g粉煤灰,210g硅酸盐水泥和750g标准砂均匀混合而成;对比样品则是300g硅酸盐水泥和750g标准砂。

   使用硅酸盐水泥进行试验,本来是很明确的,GBl75—85规定:凡由硅酸盐水泥熟料,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥,所以这里所指的硅酸盐水泥实际上是纯熟料水泥。但GBl75—92将硅酸盐水泥分为两种类型,I型不掺混合材, Ⅱ型掺不超过水泥重量5%的石灰石或矿渣。于是就产生可不可以使用P.Ⅱ型硅酸盐水泥做粉煤灰的需水量比试验的问题。这是由于所引用的标准修改以后带来的问题。对于三峡工程粉煤灰检测,我们建议使用中热硅酸盐水泥,因为这种水泥实际上是纯熟料水泥,而且又是工程正在使用的水泥,可使试验室的结果与现场实际更加吻合。但这只是根据三峡实情采取的措施,并未正面回答可不可以用P.Ⅱ型水泥的问题。   

   需水量比的试验步骤是:“按GB2419进行”,分别测定试验样品的流动度达到125~135mm时的需水量W1和对比样品达到同一流动度时的需水量W2,W1/W2×100就是需水量比。我们发现,上述的试验步骤,虽然只有100字左右,却起码可以有三种不同的理解(略),我们认为比较合理的,也是我们现在采用的办法是:G13/T2419-94《水泥胶砂流动度测定方法》规定,“试验条件与GBl77有关规定一致”,“胶砂制备按GBl77有关规定进行”。因此,我们认为对比样品应按0.44水灰比加水(300g水泥的用水量为132m1)。这样不仅可以和胶砂强度试验时的用水量一致,使GBl596和GB2419、GBl77之间直接联系起来,而且从对水泥基本性质的要求来考虑。按0.44水灰比加水,硅酸盐水泥(我们用中热硅酸盐水泥)胶砂的流动度应该能够达到,而且肯定能够达到125~135mm。用0.44水灰比测得对比样品的流动度以后,即以此为准,调整试验样品的用水量,使之达到与对比样品相同的流动度,例如,0.44水灰比时对比样品的流动度为128mm,则试验样品应调整用水量,使流动度也在128mm,两者用水量之比就是需水量比。这里。对比样品的加水量是固定的。

3.3 细度测定   归纳起来,GB1596—91附录A规定测定粉煤灰细度的方法是:称取50g试样,精确至0.1g,倒入0.045mm方孔筛上,放在气流筛析仪上筛3min,负压大于2000Pa即为工作正常,称量筛余物,准确至0.1g。我们的理解,这个试验方法的原理是将小于0.045mm的粉煤灰“全部”筛去,称量大于0.045mm的粉煤灰。这项试验受一些外界条件的影响,例如:

   ①试验方法中没有规定筛子直径。而现在市售的筛析仪有不同型号,筛子的直径和边框的高度也有所不同。事实证明,样品数量、负压和控制时间相同,在直径为200mm筛子过筛和在150mm筛子上过筛的效果是不一样的,也就是筛余量测定的结果不一样。

   ②在测定细度时,粉煤灰试样必须十分干燥,但有些地区湿度大,即使将粉煤灰烘得很干,在称样和筛析过程中,粉煤灰也会吸湿在筛面上滚成小球,未能穿过筛孔细灰因此成了“筛余物”。这样,试验的结果不能反映粉煤灰的真实细度,也就是在大于2000Pa的负压下筛3min试验不一定可以终结。我们认为,应该针对上述情况作一些补充规定,特别是关于试验是否可以认定已经终结,即是否可认为小于45μ的颗粒已“完全”通过筛子的规定。

 3.4 烧失量的测定   G13/T176—1996烧失量的测定方法提要:“试样在950一1000℃的马弗炉中灼烧,去除水分和二氧化碳,……”。看来,测定水泥的烧失量是把水分包括在内的。我们认为,粉煤灰的烧失量不应该把水分包括在内,因此,测定粉煤灰的烧失量也不应该完全按GB/T176-1996,而应补充有关扣除水分的规定。

 4 关于允许误差  

   粉煤灰既已成为重要的建筑材料。有明确的质量指标,供方在交货前必须进行质量检验,以确认其品质。为确保工程质量,需方也有权抽样检测。三峡工程除了建立专门的质检站外,还有施工、监理以及三峡工程试验中心等单位也随机抽样检测。为了使各单位的检测结果有可比性,不但试验方法应该规定得尽可能严密,还应该规定允许误差范围。在用作混凝土掺合料的五项指标中,含水量实际上没有试验方法(己如前述),当然也没有“允许误差”可循。烧失量和三氧化硫含量控GBl76进行,虽然感到允许误差太大。不过总算有据可依。

   细度和需水量比则不同,国家标准中没有规定允许误差范围,我们建议,需水量比允许误差为1%比较合适,因为需水量比不取小数点后的数值,所以允许误差也不能取小数点后的数值;如果允许绝对误差为2%,则太宽,看来也只能定为1%。细度的允许误差、我们建议为0.2%,因为50g试样筛余×2就是细度百分数,而试验方法规定筛余物称量准确至0.1g,例如,某灰样筛余物为3.1g,细度则为6.2%(3.1×2)。所以我们建议允许绝对误差定为0.2%,是否合适,需通过实践检验。

  三峡工程还要求控制粉煤灰的含碱量,含碱量的测定,可按GB/T176一1996进行,分别测定K2O、Na2O,Na2O的百分含量,然后按0.658K2O十Na2O换算成碱百分含量。该标准规定,不同试验室测定K2O和Na2O允许绝对误差都是0.15%,如果两者都是正误差或者都是负误差,则含碱量的允许绝对误差可达0.15%×0.658十0.15%=0.25%,我们认为对于测定水泥(或熟料)含碱量来说,允许误差这样大,是难以接受的,因为三峡工程要求粉煤灰的含碱量不大于1.5%,而且一般认为,粉煤灰中的“有效碱”只占测定出的含碱量的1/4。以上关于试验方法和允许误差的叙述,是我们个人的意见、不全面、也不一定正确,但绝对不是小题大做。国家标准(强制性和推荐性的)应具备严格、严肃、严密和可操作性,而上述问题有些属于编制标准时疏漏了,有些则是被引用的标准作了修改,而标准本身没有及时同步修改,以致衔接不起来。

  三峡工程用灰量大,涉及面广,供灰和用灰的单位多,粉煤灰质量要求高,必须有统一而严密的规范,才能保证粉煤灰的质量,进而为确保工程质量提供有利条件。事实上、国家标准也应该在执行一段时间(一般为五年)以后,通过实践发现问题,作必要的修改。我们这些意见,是在三峡工程建设中执行国家标准时发现的,现在提出来。希望受到重视,经过讨论。达到共识,使国家标准定得更完善。同时,还可以视为从一个小的侧面反映出三峡工程的建设带动着科技进步。


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