0 引言
某工地，浇注后的混凝土冒出大量气泡并伴有刺激性气味。混凝土硬化后表面出现空鼓，体积膨胀甚至局部开裂，实测混凝土含气量高达10%，强度较正常情况低30%。通过各原材料的排查，最后锁定造成混凝土“冒泡”进而引发体积膨胀的原因是粉煤灰中含有硫酸铵和硫代硫酸铵，并有单质铝存在的可能。这些杂质均能在碱性环境下发生剧烈的释放气体的反应而对混凝土质量构成严重威胁。近期，杭州某预拌混凝土企业在生产过程中发现，有黑色灰质物漂浮于掺粉煤灰的混凝土表面，引起高度重视。为了预防混凝土质量问题，本文选取不同来源的9 种粉煤灰，通过对比其基本性质、理化特性和掺入混凝土后的相关表征情况，评判其性能优劣，同时研究三者之间的关联性及对混凝土性能的影响。
1 试验
1.1 原材料选取9 种不同来源的粉煤灰，依次标记为A、B、C、D、E、F、G、H、I。1.2 试验内容与方法试验内容包括粉煤灰的基本性质、理化特性（包括反映化学组成的XRF分析、反映物相成分的XRD分析和反映颗粒形貌的SEM分析）和掺粉煤灰混凝土的基本性能。试验方法如下：1）按GB/T 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》对各粉煤灰样品进行基本性质检测。
2）各样品以盲样形式进行XRF、XRD和SEM分析测试。3）以同配合比的C35 混凝土（配合比见表1）作为试验对象，比较掺不同来源粉煤灰的混凝土拌合物的工作性（坍落扩展度、离析及泌浆程度），入模（采用Φ100×200mm塑料圆筒试模）振动后（振动时间均为15s）观察混凝土表面浮灰及冒泡情况。每组混凝土分别制作3 组立方体试件，考察不同来源粉煤灰对混凝土7d、28d、60d标养强度的影响。
2 结果与讨论
2.1 不同来源粉煤灰的基本性质表２是不同来源粉煤灰的常规性能。
由表2 的数据可知，各样品粉煤灰的含水率、细度、烧失量和需水量比均符合II级粉煤灰的内控要求。就28d活性指数而言，A、C、D、I这四个样品不符合内控要求，而其余样品均符合要求。用开水浸泡后，C、D、G、F这四个样品均能闻到氨味。表3 是不同来源粉煤灰的化学组成。综合表3 所列各粉煤灰样品有效成分（即SiO2 Al2O3 Fe2O3 总质量分数）与表2 的活性指数，可以发现，两者的相关性并不强，其结果如图1 所示。因此，不宜根据SiO2 Al2O3 Fe2O3 总含量推断粉煤灰的活性。
2.2 不同来源粉煤灰的物相组成各粉煤灰样品的XRD图谱如图2 所示。粉煤灰的主要组分是莫来石和石英。莫来石主要来自煤中的高岭土、伊利石及其他黏土矿物的高温分解物。由图2 可见，在2θ为15o~35o区域内均出现隆起峰，同时衍射图背底较高，这表明粉煤灰中存在着玻璃体、未燃尽的碳粒及未结晶的其他氧化物。其中，A、B、E、H的衍射峰隆起不明显、相对平缓，说明玻璃体偏少，C、D、F、G、I中尖锐的高峰较多，说明大粒径颗粒较多且结晶情况较好。各粉煤灰样品的矿物组成及形貌描述见表4。
2.3 不同来源粉煤灰的颗粒形貌对9 种粉煤灰样品统一选取放大5000 倍的SEM图像进行对比，如图3 所示。可以发现，D、E、I的球形玻璃体含量相对较少，B粉煤灰的颗粒最细，C和D的颗粒粗大。由于静电作用，各粉煤灰的颗粒均有不同程度的团聚现象。从形态上来区分，粉煤灰主要由圆球型颗粒和无定型颗粒组成，两类颗粒均有不同的粒度等级，彼此独立存在，但也有相互吸附或成团状的。从XRD图谱已知C、D、F、G、I中大粒径颗粒较多，SEM图像与这一结论吻合。根据文献报道，粉煤灰中的玻璃体含量通常在50%以上，可分为I型玻璃体和II型玻璃体，其中II型玻璃体主要出现在高密度、较细粉煤灰颗粒中，呈实心球体。结合这一观点，发现在XRD图谱中得到的A、B、E、H的玻璃体偏少这一结论，与图3 中对应的SEM图像基本吻合。
2.4 不同来源粉煤灰对混凝土拌合物性能的影响分别掺9 种粉煤灰的C35 混凝土拌合物的初始坍落扩展度如图4 所示。粉煤灰在混凝土中的物理作用主要是填充和润滑，而起到这一作用的关键在于其所含玻璃体的粒度分配。本研究设置的9 个试验组，除了粉煤灰品种不同，其他原材料和用量完全一致。这意味着混凝土拌合物的坍落扩展度越大，相应品种粉煤灰的填充和润滑效果越好，该粉煤灰包含的玻璃体越多或大颗粒越多且粒度分配越趋于合理。结合前述各粉煤灰的SEM图像，由于H粉煤灰玻璃体偏少且多成团状，粒度分配不合理，故而扩展度过大（达700mm）；其他粉煤灰均有较多大颗粒且粒度分配相对合理，对应的混凝土坍落扩展度均为630mm±20mm；B粉煤灰大颗粒相对较少，故相应的混凝土坍落扩展度最小。这与图5 所示混凝土拌合物出机后的静置状态基本吻合。
A、B、F、H、I混凝土出机静置表面均轻微浮灰，其中F、I浆石分离5cm，H泌浆严重，其余正常；C、D、G混凝土出机静置表面均浮灰，其中C浆石分离3cm，其余正常；E混凝土出机静置表面严重浮灰，浆石分离2cm。由图5 可知，掺G、D、E粉煤灰的混凝土入模振动后，表面明显可见颜色较深的浮灰和较多气泡，掺F、I粉煤灰的混凝土入模振动后，表面有轻微可见的浮灰和较密集的气泡，其他试验组相对正常。混凝土表面浮有灰黑色物质的原因是粉煤灰中吸附了一定量的油分，这是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助燃造成的。如果添加量过大或燃烧不充分，粉煤灰内会吸附一部分油分。这与表2 列出的各粉煤灰样品开水浸泡现象大致吻合。2.5 不同来源粉煤灰对混凝土强度的影响从图6 可知，不同来源粉煤灰对混凝土7d、28d龄期的标养抗压强度几乎没有影响，对60d的标养强度略有影响。混凝土7d强度最高的是A，最低的是D；28d强度最高的是H，最低的是E；60d强度最高的是E，最低的是A。28d-60d混凝土强度增幅最大的是E，增幅最小的是G。
如图7 所示，综合不同来源粉煤灰7d、28d、60d的混凝土强度与表3 所列各粉煤灰样品有效成分（SiO2 Al2O3 Fe2O3总含量），发现两者的相关性不强。因此，不宜根据SiO2 Al2O3 Fe2O3总含量推断混凝土抗压强度。
3 结论
综上，在本试验研究范围内得到以下结论：1）对于粉煤灰的品质鉴别，除了标准中规定的常规方法，还须借助分析测试手段，以便深入认识其化学组成、物相分布和颗粒形貌。粉煤灰中玻璃体的含量及粒度分布是判断其品质优劣的重要依据之一。2）A、C、D粉煤灰28d活性指数不符合标准规范要求。经开水浸泡后，C、D、G、H粉煤灰能明显闻到氨味。在XRD和SEM图像中，A、B、E、H粉煤灰均表现出玻璃体偏少这一现象，其中H粉煤灰颗粒多成团状，粒度分配不合理，B粉煤灰大颗粒相对较少，其余粉煤灰样品均有较多大颗粒且粒度分配相对合理。综合各粉煤灰样品性能数据与混凝土试验数据可知，粉煤灰中是否存在较多大颗粒且粒度分配是否合理将直接影响混凝土的坍落扩展度。粉煤灰的28d活性指数高低并不会直接影响混凝土的抗压强度，且其有效成分的多少也不会影响。3）综合粉煤灰的基本性质和分析测试数据，结合掺粉煤灰混凝土性能，9 种不同来源的粉煤灰中，应优先选用A，不应选用C、D、G，不宜选用B、E、F、H、I。如果不得不用，应考虑降低粉煤灰掺量，并开展专门试验以验证其可行性。
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