2017版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的修订与问题探讨

王 智，贺云飞，王子仪( .重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400045；. 重庆大学 化学化工学院，重庆400044)

国家标准 GB/T 1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（以下有些地方称“原标准”）于 2005 年颁布实施，对我国粉煤灰的开发利用、保障建设工程质量起到了重要作用。随着燃煤电厂燃料种类与燃烧方式的变化、脱硫脱硝技术的变化、电厂超洁净发电与超低排放等环保要求时逐步实施，现代建设工程对粉煤灰的要求发生了变化，原标准已明显不适应粉煤灰自身性质评价及其资源化应用的需要。因此，结合技术发展、应用需求和行业变化，有针对性地对原标准进行修订完善就十分有必要。GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（以下有些地方称“新标准”）于 2017 年 7 月 12 日颁布，将于 2018 年 6 月 1 日正式实施。新标准对粉煤灰的定义、技术性质要求、测试方法等方面进行了修订完善。

1 主要修订内容

基于新旧标准的内容变化，本文主要从以下几方面介绍、探究、讨论新标准的修订内容。

1.1 粉煤灰定义

原标准中将粉煤灰定义为电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末，新标准中对粉煤灰的定义增加规定，即含有以下 3 种情况所收集到的灰不属于粉煤灰：① 和煤一起煅烧城市垃圾或其他固体废弃物时；② 在焚烧炉中煅烧工业或城市垃圾时；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比表面积高, 不但富集大量Hg、Pb、Cd 等有毒重金属，还富集大量的二噁英类物质,是同时具有重金属危害特性和环境持久有机毒性危害特性的双料危险废物，对人体健康和生态环境具有极大的危害性[1]。循环流化床锅炉燃烧收集的粉末颗粒酥松多孔且形貌不规则(几乎没有球形颗粒)、f-CaO 和 SO3含量高，硬石膏和石灰是其主要矿物组成，与普通粉煤灰的性质存在较大的差异，且对水泥混凝土的性能影响与普通粉煤灰不同[2]。在新标准中，粉煤灰的定义在原来只规定燃烧锅炉的基础上，增加了燃料的限制，明确指出从煤粉锅炉燃烧煤收集的灰才属于粉煤灰，严格定义了粉煤灰的概念与范围。

1.2 对比水泥

原标准中规定使用的对比水泥符合 GSB 14－1510《强度检验用水泥标准样品》规定，新标准扩大了对比水泥的范围，对比水泥为符合 GSB 14－1510 规定，或符合 GB 175─ 2007 《通用硅酸盐水泥》规定，且同时满足本标准中相关要求的 42.5 强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。新标准试验中采用水泥的范围、适用性变广，特别是粉煤灰在工程应用的质控可行性增大。但是采用不同水泥进行测试得到的试验结果可能出现偏差，当试验结果有矛盾或需要仲裁检验时，对比水泥宜根据 GSB 14－1510 的规定。

1.3 拌制混凝土和砂浆用粉煤灰理化性能要求

1.3.1 细度

原标准规定 Ⅱ 级粉煤灰过 45 μm 方孔筛筛余量 ≤25%，新标准规定 Ⅱ级粉煤灰过 45 μm 方孔筛筛余量 ≤30%。新标准降低 Ⅱ 级粉煤灰细度技术要求，扩宽了 Ⅱ 级粉煤灰的范围。原标准中许多粉煤灰因细度 1 个指标不合格而成为 Ⅲ 级粉煤灰，而在新标准中则能够直接作为 Ⅱ 级粉煤灰。降低粉煤灰的技术要求，可能会降低 Ⅱ 级粉煤灰在水泥混凝土中应用的 3 大效应、增加粉煤灰在水泥混凝土中应用的技术难度。此项技术要求的降低会使上述情况的 Ⅲ 级粉煤灰失去通过一定技术措施加工成 Ⅱ 级粉煤灰的动力，在一定程度上降低了 Ⅱ 级粉煤灰的资源化利用的技术水平，可能增加了Ⅱ 级粉煤灰在混凝土中利用的技术难度，并降低了经济效益。

1.3.2 烧失量

原标准中规定 Ⅲ 级粉煤灰烧失量 ≤ 15%，新标准 Ⅲ级粉煤灰烧失量 ≤ 10%。依据电厂燃烧技术的提升应时提高技术要求，这是科学合理的。更加注重低等级粉煤灰的烧失量，从关键技术指标来提高其使用性能。

1.3.3 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数

新标准中新增了对粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数的要求，规定 F 类粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数 ≥ 70%，C 类粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数≥ 50%。更加注重粉煤灰作为掺合料时的化学组成，一方面希望通过控制 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数保证粉煤灰主要活性物质的含量，确保粉煤灰的火山灰效应，增强粉煤灰质量的控制提高粉煤灰的技术效益；而另一方面新标准只规定粉煤灰中 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数，当SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数不足时，很有可能添加含有非活性的 SiO2、Al2O3、Fe2O3物质，导致粉煤灰的质量降低。

为限制粉煤灰在加工过程中掺入其他物质的方法增加SiO2、Al2O3、Fe2O3含量，对混凝土和砂浆性能产生不利影响，建议应参照GB/T 18046－2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中对矿渣玻璃体含量要求，对于粉煤灰的玻璃体含量进行要求，更有利于粉煤灰质量的控制。

1.3.4 相对密度

新标准中对拌制混凝土和砂浆用粉煤灰新增了相对密度的要求，规定粉煤灰的相对密度 ≤ 2.6 g/cm3。部分地区的高铁粉煤灰或经过磁选后的高铁粉煤灰相对密度可能会＞ 2.6 g/cm3[3]。这种高铁粉煤灰是否属于不合格而不能使用，该项标准是否缩小了粉煤灰的使用范围，值得商榷。

1.3.5 强度活性指数

新标准中拌制混凝土和砂浆用粉煤灰新增强度活性指数的要求，规定粉煤灰的强度活性指数 ≥ 70%，充分体现了粉煤灰作为活性掺合料用于砂浆和混凝土时是资源化利用其火山灰活性的实质。原标准只规定了水泥活性混合材料用粉煤灰强度活性指数，实际应用中混凝土企业均增加和实施了粉煤灰强度活性指数的检测。因此，该条文的增加使用于砂浆和混凝土的粉煤灰进行强度活性指数检测的依据更充分。

1.4 水泥活性混合材料用粉煤灰理化性能要求

新标准中水泥活性混合材料用粉煤灰新增 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数和相对密度的技术要求，规定 F 类粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数 ≥ 70%，C 类粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数 ≥ 50%。与拌制混凝土和砂浆用粉煤灰的一样，可参照 GB/T 18046－2008 中对矿渣玻璃体含量的要求。规定粉煤灰相对密度 ≤ 2.6g/cm3。一方面对作为水泥活性材料的粉煤灰品质提出了更高要求，有利于提高水泥质量；另一方面则限制了部分高铁粉煤灰的使用。

1.5 放射性

原标准中规定粉煤灰的放射性按 GB 6566 ─ 2010 《建筑材料放射性核素限量》的试验方法进行检测，并且粉煤灰的放射性指标需满足合格标准。新标准明确提出粉煤灰的放射性指标需符合 GB 6566─2010 中建筑主体材料规定要求，还增加了放射性试验样品配比（粉煤灰与水泥1∶1混合）。新标准对粉煤灰的放射性进行具体的规定，符合GB 6566─2010 对建筑主体材料的规定要求，更有利于新标准的实施。虽然大部分粉煤灰放射性元素含量符合国家标准, 但由于煤种及燃烧过程的不同, 一部分粉煤灰中的放射性元素会超标，且粉煤灰颗粒越小, 其表面积越大，放射性物质的吸附性越高[4-5]，级别越高的粉煤灰放射性元素含量越高，在建设工程中运用此类粉煤灰可能会严重危害人体健康。通过控制粉煤灰在原料中的配比（粉煤灰与水泥 1∶1混合），减少粉煤灰（含有放射性元素）的质量，增加了放射性比活度的基数，从而使建筑材料的放射性水平达到国家标准要求[6]，明显降低了对粉煤灰的放射性要求。如果粉煤灰掺量 ＞50%（与水泥比值 ＞1∶1），材料的放射性可能不满足安全指标，所以为安全使用粉煤灰、充分保障人体健康，建议检测粉煤灰（100%）的放射性。对于放射性较高的粉煤灰, 若不能直接利用，依据国家标准 GB 6566 ─ 2010的要求, 选择合适的粉煤灰掺入量，使粉煤灰放射性的控制更为直接和明确。

1.6 半水亚硫酸钙含量

新标准中增加对半水亚硫酸钙（CaSO3·1/2H2O）含量的要求，干法或半干法脱硫工艺时产生的粉煤灰需检测CaSO3·1/2H2O 含量，规定指标为含量不大于 3%，新标准的规定更利于把控粉煤灰的质量。

当采用石灰/石灰石直接喷射法（干法）或炉内喷钙/尾部增湿活化法（半干法）对燃煤热电厂的烟气进行脱硫处理时，所得粉煤灰中的硫将以硫酸根离子（）和亚硫酸根离子（）两种形式存在。主要指亚硫酸钙（CaSO4）和二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），主要指CaSO3·1/2H2O 和 CaSO3[7]。CaSO4一方面会分解，直接影响水泥混凝土的含气量与密实度；另一方面亚还会影响水泥的水化，导致混凝土的性能变异。CaSO3·1/2H2O 和水泥中的铝酸盐矿物反应，主要生成片状的单硫型水化硫铝酸钙（AFm），而不是像石膏那样，主要生成三硫型水化硫铝酸钙（AFt），可能导致水泥早期强度下降、后期强度增幅减小甚至倒缩[8]。同时在 CaSO4·2H2O 与水泥中的铝酸三钙（C3A） 反应生成钙矾石的过程中，夹杂其间的 CaSO4能够覆盖在水泥颗粒上，阻碍水分、离子等移动，造成水泥水化缓慢，表现出水泥一定时间内不再凝固，且 CaSO4含量越多，这种影响越显著[9]。CaSO3·1/2H2O 不但使水泥的凝结时间大幅延长，而且直接影响水泥的强度，尤其是后期强度，会对水泥产品的质量产生不利影响。新标准中规定的CaSO3·1/2H2O 含量有利于提高粉煤灰的质量。

1.7 关于试验方法

1.7.1 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数

新标准中新增对粉煤灰中 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数的要求，同时规定SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数采用 GB/T 176─2010 《水泥化学分析方法》试验方法进行测试，其中 Al2O3的测定采用硫酸铜（CuSO4）返滴定法或 X射线荧光分析方法，有争议时以CuSO4返滴定法为准。

1.7.2 半水亚硫酸钙含量

新标准中新增对粉煤灰中CaSO3·1/2H2O的要求，同时规定其含量采用 GB/T 5484─2014 《石膏化学分析方法》进行测试。

1.7.3 相对密度

新标准中新增对粉煤灰相对密度的要求，同时规定粉煤灰相对密度采用 GB/T 208─2014《水泥相对密度测定方法》进行测试。

1.7.4 需水量比

原标准中需水量比试验，对比胶砂流动度在 130～140 mm 范围内，按照试验胶砂流动度达到 130 ～140 mm 调整加水量。新标准中将对比胶砂流动度调整为 145～155 mm内，按照试验胶砂流动度达到对比胶砂流动度的 ±2 mm 时调整加水量。更新后试验胶砂流动度与对比胶砂流动度相差更小，试验精度更高，更能准确地反映粉煤灰的需水量。

1.8 关于检验规则及包装

原标准中粉煤灰出厂前以连续供应的 200 t 相同等级、相同种类的粉煤灰为 1 个编号，不足 200 t 按 1 个编号论。新标准中粉煤灰出厂前按同种类、同等级编号和取样。散装粉煤灰和袋装粉煤灰应分别进行编号和取样，不超过 500 t为 1 个编号，每 1 个编号为 1 取样单位。当散装粉煤灰运输工具的容量超过该厂规定出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过取样规定吨数；新标准中增加国家质量监督检验机构提出型式检验的要求时应进行型式质检；新标准中增加检验报告内容应包括出厂编号、出厂检验项目、分类、等级。当用户需要时，生产者应在粉煤灰发出日起 7 d 内寄发除强度活性指数之外的各项检验结果，32 d 内补报强度活性指数检验结果；原标准中粉煤灰每袋净重不小于标志质量的98%，新标准中每袋净重不小于 标志质量的 99%。

2 其他

近年来，随着环保的要求不断提升，燃煤电厂相继对机组进行了脱销工艺改造，减少了环境的污染，但同时使得粉煤灰中出现氨氮物质的残留，使用脱硝粉煤灰对水泥混凝土造成了不少的负面影响。当脱硝粉煤灰的氨氮物质达到某含量时，掺加该粉煤灰的水泥混凝土出现了搅拌或浇筑过程有异常氨味、水泥凝结时间延长、混凝土体积膨胀、混凝土强度下降等混凝土质量问题，甚至还会出现粉煤灰自身挥发出氨味、pH 值异常下降、结团粘仓和不同样品处理方法的细度测试结果存在巨大差异等现象[10]。如今粉煤灰的氨氮物质的含量限值与测试方法还未确定，而本次修订未增加粉煤灰中氨氮物质的含量限值和检测方法则回避了现实技术难题，不利于粉煤灰的质量控制与应用。

3 结 语

2017 版《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》相比 2005 版原标准有较大修订变动。通过探究和讨论标准变化，有利于掌握新标准的相关要求，合理的资源化应用粉煤灰。新标准中增加了粉煤灰的定义项，作为掺合料时的强度活性指数，半水亚硫酸钙限值及试验方法，扩大对比水泥范围，提高了Ⅲ 级粉煤灰烧失量要求，修改了粉煤灰放射性指标、需水量比试验方法。这些修订内容使标准更符合粉煤灰自身性质变化和实际应用的需要，更能促进粉煤灰的资源化应用。

新标准还需完善：可以对粉煤灰的玻璃体含量设置要求，以限制在粉煤灰加工过程中掺入其他物质，使得粉煤灰 SiO2、Al2O3、Fe2O3总质量分数达到规定标准；对于相对密度的要求是否限制了高铁粉煤灰的利用则值得商榷；降低Ⅱ级粉煤灰细度指标，一定程度上降低了资源化利用的技术水平；放射性试验样品配比以粉煤灰与水泥 1∶1 混合进行，降低了对粉煤灰放射性的技术要求，增加应用风险；现代建设工程中利用的粉煤灰基本为脱硝粉煤灰，本次修订未对脱硝粉煤灰中氨氮物质的含量限值与测试方法进行规定。