粉煤灰密度 粉煤灰的比重是多少

介绍

2005年，我国颁布实施了国家标准《水泥和混凝土用粉煤灰》GB/T1596—2005(原标准)。12年来，该标准对我国粉煤灰的开发利用和保证工程质量发挥了重要作用。随着燃煤电厂燃料类型和燃烧方式的改变、脱硫脱硝技术的变化、电厂超清洁发电和超低排放等环保要求的逐步实施以及现代建设项目对粉煤灰要求的变化，原有标准已明显不能满足粉煤灰自身性能评价及其资源化应用的需要。结合技术发展、应用需求和行业变化，有必要对标准进行修订和完善。《水泥混凝土用粉煤灰》新标准GB/T1596—2017于2017年7月12日颁布，将于2018年6月1日正式实施。新标准在粉煤灰的定义、技术特性和试验方法方面进行了修订和完善。

修订内容

基于新旧标准的内容变化，本文主要从以下几个方面对新标准的修订内容进行介绍、探索和论述。

1飞灰定义

在原标准中，飞灰被定义为电厂煤粉锅炉烟气中收集的粉末。新标准中增加了飞灰的定义——以下三种情况下收集的灰不属灰:

1)当城市垃圾或其他固体废物与煤一起燃烧时。

2)当在焚烧炉中煅烧工业或城市废物时，

3)循环流化床锅炉燃烧收集的粉末。

城市垃圾焚烧产生的飞灰具有较高的比表面积，不仅富集了大量有毒重金属汞、铅、镉等，还富集了大量二恶英类物质。它是一种双危险废物，具有重金属危害和持久性有机毒性的特点，对人类健康和生态环境危害极大[1]。循环流化床锅炉燃烧收集的粉末颗粒脆而多孔，形状不规则(几乎没有球形颗粒)，f-CaO和SO3含量高。硬石膏和石灰作为其主要矿物成分，与普通粉煤灰有很大不同，对水泥混凝土性能的影响也不同于普通粉煤灰[2]。新标准中对飞灰的定义是在原燃烧锅炉规定的基础上，增加了燃料限制。明确指出煤粉锅炉燃煤收集的灰属于粉煤灰，并严格规定了粉煤灰的定义和范围。

2对比水泥

原标准中规定的对比水泥符合G14-1510的规定，新标准扩大了对比水泥的范围，即符合G 14-1510的规定，或符合GB 175规定的强度等级为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，并满足本标准中的相关要求。新标准试验中使用的水泥范围和适用性变得更广，特别是工程中粉煤灰质量控制的可行性增加。然而，用不同的水泥进行测试所得到的实验结果可能是有偏差的。当实验结果有矛盾或需要仲裁检验时，建议使用强度检验用水泥标准样品G14-1510作为对比水泥。

3拌制混凝土和砂浆用粉煤灰的理化性能要求

(1)细度

原标准规定ⅱ级粉煤灰通过45μm方孔筛的筛余不大于25%，新标准规定ⅱ级粉煤灰通过45μm方孔筛的筛余不大于30%。新标准降低了二级粉煤灰细度的技术要求，拓宽了二级粉煤灰的范围。原标准中很多粉煤灰因为细度的一项指标不合格而被列为ⅲ级粉煤灰，但新标准中可以直接列为ⅱ级粉煤灰，降低了对粉煤灰的技术要求，可能会降低ⅱ级粉煤灰在水泥混凝土中的三大作用，增加其在水泥混凝土中应用的技术难度。这一技术要求的降低，将使上述情况的ⅲ级粉煤灰失去通过一定的技术措施加工成ⅱ级粉煤灰的动力，在一定程度上降低ⅱ级粉煤灰资源化利用的技术水平。二级粉煤灰用于混凝土时，可能会增加技术难度，降低技术经济效益。

(2)烧失量

原标准规定三级粉煤灰烧失量不大于15%，新标准不超过10%。根据电厂燃烧技术的改进来提高技术要求是科学合理的。同时更加关注低品位粉煤灰的烧失量，从关键技术指标上改善其性能。

(3)3)SiO 2、Al2O3和Fe2O3的总质量分数。

新标准增加了对粉煤灰中SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3总质量分数的要求。规定F级粉煤灰SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的总质量分数不低于70%，C级粉煤灰SiO _ 2、Al _ 2O _ 3的总质量分数不低于50%。重视粉煤灰作为掺合料的化学成分。一方面，希望通过控制SiO2、al2o 3和fe2o 3的总质量分数来保证粉煤灰中主要活性物质的含量，保证粉煤灰的火山灰效应，加强粉煤灰的质量控制，提高粉煤灰的技术效益。另一方面，新标准只规定了粉煤灰中SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的总质量分数。当“SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的总质量分数”不足时，很可能会加入含有SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的非活性总物质，导致飞灰质量下降。

为了限制粉煤灰在加工过程中SiO2、al2o 3和fe2o 3含量的增加，从而对混凝土和砂浆的性能产生不利影响，建议参考GB/T18046-2008《水泥和混凝土用粒化高炉矿渣粉》中对矿渣中玻璃含量的要求，这样更有利于粉煤灰的质量控制。

(4)密度

根据新标准中对用于搅拌混凝土和砂浆的粉煤灰的新密度的要求，粉煤灰的密度不大于2.6g/cm3。但高铁飞灰在某些区域或磁选后的密度可能大于2.6g/cm3[3]。这种高铁粉煤灰是否不合格，不能使用，这个标准是否缩小了粉煤灰的应用范围，值得商榷。

(5)总活动强度

新标准中对掺混凝土和砂浆的粉煤灰添加强度总活性的要求，规定粉煤灰的强度总活性不低于70%，充分体现了粉煤灰作为活性掺合料用于砂浆和混凝土中，这是其火山灰活性资源化利用的实质。原标准只规定用于水泥活性混合材料的粉煤灰的强度为总活性。在实际应用中，混凝土企业增加并实施了粉煤灰强度总活性检测，用于砂浆和混凝土的粉煤灰总活性检测依据更加充分。

4粉煤灰对水泥活性混合材料的理化性能要求

新标准增加了对水泥活性混合料粉煤灰中SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3总质量分数和密度的技术要求。规定F级粉煤灰中SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的总质量分数不低于70%，C级粉煤灰中不低于50%。与用于混合混凝土和砂浆的粉煤灰一样，矿渣的玻璃含量可根据GB/T18046-2008《水泥和混凝土用粒化高炉矿渣粉》进行要求。飞灰密度不大于2.6g/cm3。一方面对用作水泥活性材料的粉煤灰质量提出了更高的要求，有利于提高水泥质量，另一方面限制了部分高铁粉煤灰的使用。

5放射性

原标准规定粉煤灰放射性测试方法按GB6566进行测试，粉煤灰放射性指标应符合合格标准。新标准明确提出粉煤灰的放射性指标应满足GB6566规定的建筑主材要求，并增加了放射性测试样品的比例(粉煤灰与水泥1:1混合)。新标准详细规定了粉煤灰的放射性，符合GB6566中对建筑主材的要求，更有利于标准的实施。虽然大部分粉煤灰中放射性元素含量符合国家标准，但由于煤种和燃烧过程不同，部分粉煤灰会超标，而且粉煤灰颗粒越小，其表面积越大，对放射性物质的吸附量越高[4-5]，粉煤灰级别越高，放射性元素含量越高，在建设工程中可能严重危害人体健康。通过控制粉煤灰在原料中的比例(粉煤灰与水泥1:1混合)，降低粉煤灰(含放射性元素)的质量，提高比活度的基数，使建筑材料的放射性水平达到国标要求[6]，对粉煤灰的放射性要求明显降低。如果粉煤灰的含量大于50%(粉煤灰与水泥的比例大于1: 1)，材料的放射性可能达不到安全指标。因此，为了安全使用粉煤灰，充分保护人体健康，作者建议对粉煤灰(100%)进行放射性检测。对于高放射性的粉煤灰，如果不能直接利用，根据国家标准GB6566对建筑主材放射性核素的要求，应选择合适的粉煤灰掺量，使粉煤灰的放射性控制更加有效。

6亚硫酸钙半水合物的含量

新标准中对半水亚硫酸钙的含量有要求，干法或半干法脱硫工艺产生的飞灰中半水亚硫酸钙的含量需要检测，规定的指标是含量不大于3%。新标准的规定更有利于控制粉煤灰的质量。

当采用直接喷石灰/石灰石法(干法)或炉内喷钙/尾部增湿活化法(半干法)对燃煤火电厂烟气进行脱硫时，所得飞灰中的硫会以SO42-和SO32-两种形式存在。SO42-主要指CaSO4和CaSO4 2H2O；SO32-主要指CaSO3 1/2H2O和CaSO3[7]。一方面，亚硫酸钙会分解，直接影响水泥混凝土的含气量和密实度；另一方面，亚硫酸钙也会影响水泥的水化，导致混凝土的性能变异。半水亚硫酸钙与水泥中的铝酸盐矿物反应，主要生成片状的水合硫铝酸钙(AFm)，而不是像石膏那样生成水合硫铝酸钙(AFt)，可能导致水泥早期强度降低，后期强度增加不大甚至收缩[8]。同时，在水泥中二水硫酸钙与C3A反应生成钙矾石的过程中，亚硫酸钙可以覆盖水泥颗粒，阻碍水和离子的运动，导致水泥水化缓慢，说明水泥在一定时间内不会凝固，亚硫酸钙含量越多，这种影响越显著[9]。半水亚硫酸钙不仅大大延长了水泥的凝结时间，而且直接影响水泥的强度，尤其是后期强度，对水泥产品质量产生不利影响。新标准规定的半水亚硫酸钙含量有利于提高粉煤灰质量。

7关于测试方法

(1)1)SiO 2、Al2O3和Fe2O3的总质量分数

新标准增加了对粉煤灰中SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3总质量分数的要求。同时规定SiO _ 2、Al _ 2O _ 3和Fe _ 2O _ 3的总质量分数按GB/T176《水泥化学分析方法》进行检验，其中Al _ 2O _ 3的测定采用硫酸铜返滴定法或X射线荧光分析法，如有争议，以硫酸铜返滴定法为准。

(2)半水亚硫酸钙的含量

新标准中增加了粉煤灰中半水亚硫酸钙的要求，半水亚硫酸钙的含量按GB/T5484《石膏化学分析方法》测定。

(3)密度

新标准中增加了对粉煤灰密度的要求，同时规定采用GB/T208《水泥密度测定方法》测试粉煤灰的密度。

(4)需水量比

根据原标准中需水量比试验，对比130mm~140mm范围内的砂浆流动性，按试验砂浆流动性达到130 mm ~ 140 mm调整加水量，新标准中，对比砂浆流动性调整为145mm~155mm范围内，按试验砂浆流动性达到对比砂浆流动性2 mm调整加水量。更新后，试验砂浆与对照砂浆的流动度差异更小，测试精度更高，更准确地反映了粉煤灰的需水量。

8关于检验规则和包装

原标准中，200吨同等级同类型粉煤灰出厂前连续供应，不足200吨进行编号。新标准中，粉煤灰出厂前按同类型、同等级进行编号和取样。散装粉煤灰和袋装粉煤灰应分别编号取样，不超过500吨为一个编号，每个编号为一个取样单位。散装粉煤灰运输工具的容量超过工厂规定的出厂编号吨位时，该编号允许超过抽样规定的吨位；新标准中增加国家质量监督检验机构提出的型式检验要求时，应进行型式检验；新标准中增加的检验报告内容应包括出厂编号、出厂检验项目、分类和等级。用户需要时，生产者应自粉煤灰发出之日起7天内将除强度总活性外的试验结果送来，32天内补齐强度总活性试验结果；原标准中每袋粉煤灰净重不得低于标示质量的98%，新标准中每袋净重不得低于标示质量的99%。

其他的

近年来，随着环保的要求，燃煤电厂相继对机组的出库工艺进行了改造，减少了对环境的污染和造成飞灰中氨氮的残留。脱氮粉煤灰的使用对水泥混凝土产生了许多负面影响。当脱氮粉煤灰中的氨氮物质达到一定含量时，掺入粉煤灰的水泥混凝土出现一些混凝土质量问题，如搅拌或浇筑时出现异常氨味，水泥凝结时间延长，混凝土体积膨胀，混凝土强度下降，甚至粉煤灰本身挥发氨味，pH值异常下降，不同样品处理方法的细度测试结果差异较大[10]。目前粉煤灰中氨氮类物质的含量限值和检测方法尚未确定，但此次修订未增加粉煤灰中氨氮类物质的含量限值和检测方法，回避了实际技术问题，不利于粉煤灰的质量控制和应用。

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2017版《水泥混凝土用粉煤灰》与2005版相比，变化较大。通过探索和讨论新旧标准的变化，有助于掌握新标准的相关要求，合理利用粉煤灰资源。新标准中增加了粉煤灰的定义为强度总活性、半水亚硫酸钙的限值和外加剂的试验方法；扩大对比水泥的范围；提高ⅲ级粉煤灰烧失量的要求；对粉煤灰放射性指标和需水量比实验方法进行了修正。上述修订使标准更加符合粉煤灰自生特性的变化和实际应用的需要，促进了粉煤灰的资源化应用。

新标准Al2O3需要改进。该标准可以要求粉煤灰的玻璃含量，并可以限制粉煤灰加工中其他物质的掺入，使粉煤灰中SiO2 _ 2、al2o 3和fe2o 3的总质量分数达到规定的标准。密度要求是否限制了高铁粉煤灰的利用是有争议的；降低二级粉煤灰的细度指标，会在一定程度上降低其资源化利用的技术水平；放射性测试样品为粉煤灰和水泥1:1的混合物，降低了对粉煤灰放射性的技术要求，增加了应用风险。现代建筑工程中使用的粉煤灰基本都是脱氮粉煤灰，但此次修订并未规定脱氮粉煤灰中氨氮的含量限值和检测方法。