高峰

（铁四院武汉检测技术有限公司，武汉 430063）

摘要：针对工程建设领域存在的粉煤灰以次充好用于混凝土工程的现象，选取来源于施工现场的粉煤灰对其主要成分进行检测，并通过调整混凝土配合比中真假粉煤灰的掺量进行对比试验，就真假粉煤灰对混凝土拌和物性能、力学性能及耐久性能的影响进行了比较系统的研究。工程建设项目应采取措施加强粉煤灰质量的鉴别。

关键词：工程材料；粉煤灰；玻璃微珠；混凝土；拌和物性能；力学性能；耐久性能

0 引言

某些不法销售商将火电厂燃煤的炉渣、煤矸石或石灰石等磨细后掺入粉煤灰或直接冒充粉煤灰。目前市场上主要是以石粉、砂粉为主要成分的假粉煤灰，从外观和颜色来看与真粉煤灰没有明显差别。假粉煤灰常规物理和化学指标通常能满足粉煤灰技术标准要求，即使是容易超标的颗粒密度、需水量比也能通过掺加少量真粉煤灰、萘系或者聚羧酸粉剂等方法来达到降低颗粒密度、降低需水量比的目的。

假粉煤灰是惰性材料，没有玻璃微珠，颗粒大多带棱带角，因此对混凝土拌和物的和易性、混凝土抗压强度和耐久性都有极大的不良影响。即使通过外加剂复配技术改善了假粉煤灰对混凝土拌和物性能的不良影响，对于混凝土抗压强度及耐久性的不良影响仍是无法消除的。

由于假粉煤灰价廉、容易获取，在某些地区被以次充好用于工程建设，留下潜在危害。为了深入了解假粉煤灰对混凝土各项性能的不良影响，本文通过调整混凝土配合比中真假粉煤灰的掺量进行对比试验，系统地研究真假粉煤灰对混凝土的拌和物性能、力学性能及耐久性能的影响。

1 试验

1.1 试验原材料

试验用假粉煤灰为铁路建设项目施工单位、监理单位委托我公司检验时发现的假粉煤灰，真粉煤灰为国电长源汉川第一发电有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰。主要成分见表1，真假粉煤灰的主要技术指标见表2，显微镜下的微观形态见图1。水泥产自华新金龙水泥（郧县）有限公司，型号为P·O42.5；集料为十堰市昌欣生态修复有限公司生产的河沙（中砂）和碎石（5~20mm）；减水剂为武汉泰泽龙科技有限公司提供的聚羧酸高效减水剂（复配引气剂为竹本油脂）。

从表1、表2可知，三种假粉煤灰均由某种母岩或者多种母岩磨细而成，除了密度指标未做回避超标处理，其他指标均合格，但是28d活性指数与真粉煤灰相比明显低很多。从图1可知，真粉煤灰中含有大量玻璃微珠，假粉煤灰中没有玻璃微珠，颗粒大多带棱带角。

1.2 试验方案

拌和物性能试验采用同一种配合比，用一种真粉煤灰、三种假粉煤灰分别进行试配，观察对混凝土拌和物和易性的影响，并测试坍落度、含气量及其1h经时保留值。

根据混凝土拌和物性能试验结果，选取一种假粉煤灰与真粉煤灰进行混凝土力学性能和耐久性能的对比试验。对比试验方案为：设计C35、C40、C45三种混凝土强度等级的配合比，见表3。每种配合比均首先采用真粉煤灰进行试配，将混凝土拌和物和易性调整到最佳后，再保持配比不变，依次使用掺加30%、70%、100%假粉煤灰分别拌制混凝土并制取力学性能和耐久性能试件进行抗压强度、电通量、氯离子扩散系数、气泡间距系数和抗冻性试验。

1.3 测试依据

依照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌和物的坍落度、含气量及其1h经时保留值。依照GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测试混凝土试样在标准养护条件下的7、28、56d抗压强度；依照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试混凝土试样的耐久性能（电通量、氯离子扩散系数、抗冻性），依照TB3275—2018《铁路混凝土》测试硬化混凝土气泡间距系数。

2 试验结果与分析

2.1 混凝土拌和物性能

首先设计一种C35混凝土配合比，用真粉煤灰进行试拌，将混凝土拌和物性能调整到最佳，然后在配合比不变的情况下用三种假粉煤灰进行混凝土拌和物性能比对试验，结果见表4、图2、图3。

由表4可知，不同的假粉煤灰由于其原材料不同以及造假过程中掺加的助磨剂、减水剂等未知成分的影响，对混凝土拌和物性能的影响存在巨大差别。图2（a）是掺加真粉煤灰的混凝土拌和物性能良好的情况，而F‐01假粉煤灰拌制的混凝土拌和物，出机时及1h后复拌拌和物性能均良好，但是静置时出现轻微抓底现象，骨料包裹欠佳［图2（b）］，装模成型时出现明显浮浆。F‐02及F‐03假粉煤灰拌制的混凝土拌和物，出机时即出现大幅度的坍落度损失，对拌和物的和易性造成严重的不良影响［图2（c）、图2（d）］。由真假粉煤灰混凝土成型硬化后切片可以清晰看到，真粉煤灰混凝土浆石分布均匀［图3（a）］，假粉煤灰混凝土浆石分布不均，有十分明显的浮浆层［图3（b）］。

2.2 混凝土力学性能

根据混凝土拌和物性能试验结果，选定对拌和物性能无明显影响的F‐01假粉煤灰进行后续对比试验。三种配合比在假粉煤灰不同掺量下的混凝土拌和物性能试验结果见表5。可以看出混凝土拌和物性能基本相近，与前文混凝土拌和物性能测试结果吻合，只有KYA1‐3与KYA1‐4出现含气量异常增大的现象，整体上看进行强度及耐久性能的对比试验具备可比性。

三种配合比在不同假粉煤灰掺量混凝土力学性能的试验结果见表6。可以看出，同一配合比同一龄期下随着假粉煤灰掺量增大，混凝土强度呈明显下降趋势；同一配合比不同龄期下随着假粉煤灰掺量增大，混凝土强度增长幅度明显降低，尤其是假粉煤灰掺量大时56d标养强度增长幅度比真粉煤灰大幅降低。三个配合比对比试验中，100%假粉煤灰与100%真粉煤灰的56d标养强度值的差值依次分别高达21.4、10.2、14.9MPa，说明假粉煤灰作为一种惰性掺和料，对混凝土后期强度增长的贡献十分有限。此外，三个配合比中百分之百假粉煤灰的56d标养强度值分别为29.6、44.6、45.0MPa，按照设计强度等级评定，KYA1‐4（C35）已经不合格，KYA2‐4（C40）只高出4.6MPa，KYA3‐4（C45）则刚好卡在合格线上。由此不难推断，实际工程施工中如果用真粉煤灰试配的理论配合比，在不做针对性调整的情况下，全部替换为假粉煤灰，很容易出现实体强度不合格的质量问题。

2.3 混凝土耐久性能

2.3.1 抗氯离子渗透性

分别采用电通量法和快速氯离子迁移系数法（RCM法）对混凝土的抗氯离子渗透性能进行了试验，结果见图4。可知，随着假粉煤灰掺量增加，混凝土试件的电通量和氯离子迁移系数均呈增大趋势。这表明混凝土抗氯离子渗透能力随着假粉煤灰掺量增大而降低。结合真粉煤灰在混凝土中的反应机理分析，真粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3与水泥水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙，上述反应继续消耗混凝土中的自由水，并充填了水泥浆体中的孔隙，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改善了孔结构，提高了混凝土的密实度；而假粉煤灰是惰性材料，无法发生二次水化反应消耗混凝土中的自由水并充填水泥浆体孔隙，因此掺加假粉煤灰的混凝土微观结构密实性相比真粉煤灰降低，有利于氯离子在混凝土中迁移、渗透，从而降低混凝土的耐久性能。

2.3.2 气泡间距系数与抗冻性

采用直线导线法对混凝土进行气泡间距系数测试，并对混凝土进行200次冻融循环试验，结果见图5。可知：随着假粉煤灰掺量增加，混凝土试件的气泡间距系数呈明显增大趋势，其中KYA1出现随假粉煤灰掺量增大气泡间距系数反而减小的异常现象，是因为混凝土含气量异常大幅增加所致。KYA1虽然随着假粉煤灰掺量增大而气泡间距系数反而减小，但是由于含气量过高且气泡质量不好，其抗冻性最差。三个配合比混凝土抗冻性均随着假粉煤灰在粉煤灰中掺量增大而明显降低。

KYA1配合比不同假粉煤灰掺量混凝土200次冻融循环试验后的冻融破坏照片（图6）可以很清晰地看到，由于假粉煤灰掺量70%、100%的拌和物含气量出现异常大幅增加，气泡质量不好，其冻融破坏的严重程度显著大幅增加。

典型的真假粉煤灰混凝土试样内部气泡形态见图7。可知：真粉煤灰混凝土试件中小气泡多且多呈封闭圆形，在浆体中分布均匀；假粉煤灰混凝土试件中明显大气泡及孔洞多，气泡形态不规则且易集中、相互连通，造成混凝土内部结构相对疏松、密实性不佳，进而影响混凝土的力学性能和耐久性能。这与前文强度试验结果相互印证。

3 结论

1）假粉煤灰因其掺量不同而对混凝土拌和物性能的影响存在巨大差异。有的对混凝土拌和物性能产生严重的不良影响，使用过程中容易被发现；有的对混凝土拌和物性能几乎没有不良影响，使用过程中不容易被发现，但是此类假粉煤灰对混凝土工程的质量隐患更大，由于其无法改变的惰性材料特性，掺量超过一定程度将不可避免地引起混凝土强度大幅降低甚至不合格。

2）假粉煤灰由于其颗粒带棱角，没有玻璃微珠的滚动效应，加之没有二次水化反应对水泥浆体孔隙的充填效应，假粉煤灰拌制的混凝土的密实性、气泡质量都无法与真粉煤灰相比。此外由于在造假过程中添加的助磨剂、减水剂等添加剂的不同以及可能存在的分散不均，有时在混凝土拌制过程中会造成含气量大幅波动。因此当假粉煤灰掺量超过一定程度时会对混凝土的耐久性（抗氯离子渗透性能、抗冻性等）产生严重不良影响。

3）工程建设项目应采取措施加强真假粉煤灰的鉴别工作，防止不良商家以次充好谋取不当利益，确保混凝土工程的质量。目前针对某些混凝土惰性掺和料出台了相关标准，假粉煤灰作为一种惰性掺和料应根据其成分种类依据相关标准使用。真粉煤灰中玻璃微珠的滚动效应和活性成分二次水化反应对混凝土的益处是惰性掺和料无法取代的。