三峽二期工程中粉煤灰的優(yōu)選與質(zhì)量控制
粉煤灰是從煤粉爐煙道氣中收集到的粉末，屬人工火山灰質(zhì)材料，顆粒很小，多呈球形(通稱微珠)。摻人混凝土中，它的顆粒形態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生減水勢(shì)能，微集料效應(yīng)產(chǎn)生致密勢(shì)能，火山灰質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生活化勢(shì)能；從而起到減少需水量，提高耐久性和抗?jié)B能力，減少收縮，降低內(nèi)部溫升，提高抗拉強(qiáng)度，抗硫酸鹽侵蝕，減少泌水和抑制堿一骨料反應(yīng)等多方面的作用。因此，在混凝土中摻粉煤灰，不僅僅是為了節(jié)省水泥，更主要的是為了改善和提高混凝土的性能，粉煤灰是大壩混凝土的重要組份。
三峽二期工程用的花崗巖人工骨料，四級(jí)配混凝土用水量高達(dá)110kg/m3，如此高的用水量必然給混凝土帶來(lái)一系列不良后果。必須采取綜合措施降低用水量，而摻I級(jí)粉煤灰則是降低用水量的重要措施之一。三峽二期工程使用I級(jí)粉煤灰數(shù)量大，預(yù)計(jì)用灰量就超過(guò)100萬(wàn)t，而且集中在1999年～2001年使用，如1999年用灰28萬(wàn)～30萬(wàn)t，高峰月預(yù)計(jì)用灰3.2萬(wàn)t。因此，必須做好灰源選擇，正確處理質(zhì)量與數(shù)量的關(guān)系，確保合格的粉煤灰大批量、連續(xù)、穩(wěn)定地供應(yīng)到三峽工地。
1 灰源的選擇
粉煤灰到處都有，但要獲得I級(jí)灰卻不容易。校國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl596—91《用于水泥和混凝土的粉煤灰》規(guī)定，用作混凝土摻合料的I級(jí)粉煤灰成品應(yīng)符合下列指標(biāo)：含水量不大于1％；燒失量不大于4％；細(xì)度(0.045mm方孔篩篩余量)不大于12％；需水量比不大于95％；三氧化硫含量不大于3％。為防止混凝土發(fā)生堿一骨料反應(yīng)，中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程標(biāo)準(zhǔn)CIGPC一1998《混凝土用粉煤灰技術(shù)要求及檢驗(yàn)》還規(guī)定粉煤灰中堿含量(Na2O當(dāng)量計(jì))應(yīng)不大于1.5％。三峽工程所用的粉煤灰，無(wú)疑應(yīng)按上述指標(biāo)嚴(yán)格控制質(zhì)量。
粉煤灰的質(zhì)量，受煤種、煤粉磨的型號(hào)、鍋爐形式(包括容積和高度)、燃燒條件、司爐工的操作(或電腦程控)水平、電廠負(fù)荷的波動(dòng)以及收塵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等等因素的影響。其中三氧化琉和含堿量直接與煤的品種有關(guān)，在分析調(diào)查過(guò)的粉煤灰中，三氧化硫很少大于1％；堿含量則有個(gè)別廠家高達(dá)4％，但向三峽供灰的廠家，一般都在1.5％以下，能滿足三峽的要求；含水量的控制，關(guān)鍵在于運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)防潮。三峽工程用以運(yùn)輸粉煤灰的集裝箱或散裝罐，密封性能較好，運(yùn)到工地后進(jìn)行檢測(cè)，含水量多在0.5％以下。所以，在選擇灰源時(shí)，關(guān)鍵是看燒失量、細(xì)度和需水量比，而需水量比是核心。因?yàn)槿龒{混凝土使用人工骨料，需要摻粉煤灰來(lái)幫助改善混凝土的和易性，所以特別看重需水量比這項(xiàng)指標(biāo)。
燒失量和需水量比是“先天”條件：燒失量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰，是“先天不足”，三峽工程選擇灰源時(shí)，不予考慮；細(xì)度粗的粉煤灰，可以通過(guò)分選來(lái)改善，但燒失量和細(xì)度都達(dá)到I級(jí)灰指標(biāo)的粉煤灰，需水量比不一定能達(dá)到要求，不少?gòu)S家因此而落選；看來(lái)影響需水量比的因素除了燒失量和細(xì)度外，還有含珠率、微珠的粒形狀等等因素，是“先天”條件所決定，難以“后天”彌補(bǔ)。
我們從實(shí)踐中體會(huì)到，在判斷一座電廠是否具備生產(chǎn)I級(jí)灰的條件時(shí)，要看它煤的品質(zhì)如何?煤源是否穩(wěn)定?燃煤與機(jī)組是否匹配?機(jī)組大小、鍋爐的高度與容積、爐溫，電收塵的級(jí)數(shù)及運(yùn)行是否正常等。在選定的主供廠中，平圩電廠是比較典型的一個(gè)實(shí)例，該廠地處淮南，屬坑口電廠，煤源穩(wěn)定；大功率發(fā)電機(jī)組(單機(jī)600MW)，鍋爐高，燃燒充分；五級(jí)電收塵，在第二或第三電場(chǎng)收集的粉煤灰即可達(dá)到I級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)，而且質(zhì)量一直比較穩(wěn)定。
2 粉煤灰的質(zhì)量管理
現(xiàn)在選定向三峽供應(yīng)I級(jí)粉煤灰的有5個(gè)主供單位，分布在安徽、山西、江蘇、河南、湖北和重慶等省市，運(yùn)輸方式為水運(yùn)、鐵路和公路，故要求供灰廠家與運(yùn)輸商組成聯(lián)營(yíng)體，共同承擔(dān)供灰任務(wù)。在這樣龐雜的供灰系統(tǒng)中、怎樣才能把好質(zhì)量關(guān)，杜絕不合格的粉煤灰進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)?需要采取一系列的措施：
(1)以合同為基礎(chǔ)，堅(jiān)持“質(zhì)量一票否決”的原則。利用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，引入公開(kāi)招標(biāo)方式，優(yōu)選粉煤灰供應(yīng)廠商。在合同的起草、簽約，乃至執(zhí)行過(guò)程中，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三峽工程標(biāo)準(zhǔn)，明確并細(xì)化粉煤灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、交貨地點(diǎn)(在三峽壩區(qū))、違約責(zé)任。質(zhì)量指標(biāo)不合格的產(chǎn)品，嚴(yán)格按合同規(guī)定做退貨清場(chǎng)處理，并要求供應(yīng)廠商停供整頓，待質(zhì)量穩(wěn)定可靠后方可恢復(fù)購(gòu)銷關(guān)系并作重點(diǎn)抽查檢測(cè)。
(2)弘揚(yáng)質(zhì)量文化，樹(shù)立并加強(qiáng)質(zhì)量戰(zhàn)略意識(shí)，質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，質(zhì)量參與意識(shí)。對(duì)三峽工程來(lái)說(shuō)，粉煤灰是和水泥同等重要的筑壩材料。水泥廠是生產(chǎn)水泥的專業(yè)廠，把水泥質(zhì)量視作生命，對(duì)于水泥廠來(lái)說(shuō)是順理成章的。粉煤灰則不同，它產(chǎn)于煤電廠，電廠的任務(wù)是發(fā)電。粉煤灰最初被看成是廢品，由于環(huán)保等原因，粉煤灰被列入“廢物利用”之列，而“廢物利用”所得的經(jīng)濟(jì)效益，往往不被大型電廠的領(lǐng)導(dǎo)所重視。所以，必須反復(fù)說(shuō)明粉煤灰對(duì)水工混凝土的重要作用，電廠的廠長(zhǎng)要樹(shù)立資源意識(shí)和產(chǎn)品意識(shí)，把粉煤灰真正看作是一種資源，是本廠的正式產(chǎn)品，從戰(zhàn)略上要象水泥廠的廠長(zhǎng)關(guān)心水泥質(zhì)量一樣關(guān)心粉煤灰的質(zhì)量。
(3)供灰電廠必須建立和完善粉煤灰的質(zhì)量保證系統(tǒng)，建立能夠切實(shí)完成粉煤灰質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)的試驗(yàn)室。粉煤灰必須通過(guò)本廠試驗(yàn)室質(zhì)檢，確認(rèn)合格方可出廠。為確保運(yùn)到三峽工地的粉煤灰合格，建議各廠應(yīng)注意掌握“內(nèi)控指標(biāo)”，“內(nèi)控指標(biāo)”和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)比較，有一定的富余度，例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定粉煤灰的細(xì)度(0.045mm篩余量)不大于12％，出廠的粉煤灰細(xì)度最好控制在8％以下，才能確保合格。
(4)粉煤灰應(yīng)有出廠合格證，合格證的內(nèi)容應(yīng)包括：合格證編號(hào)、廠名及批號(hào)、粉煤灰生產(chǎn)及出廠日期、數(shù)量及質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果。散裝罐上應(yīng)有銘牌，銘牌上標(biāo)注廠名、批號(hào)、出廠日期及粉煤灰的等級(jí)。在粉煤灰出廠的同時(shí)，要求各廠家將該批粉煤灰的合格證傳真給三峽工程粉煤灰質(zhì)檢站。
(5)三峽工程粉煤灰質(zhì)檢站由三峽開(kāi)發(fā)總公司委托長(zhǎng)江科學(xué)院組建。質(zhì)檢站的任務(wù)是：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之前的粉煤灰進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)；不定期赴廠檢查供灰廠家的質(zhì)量控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況；幫助廠家培訓(xùn)質(zhì)檢人員；協(xié)助三峽總公司物資部處理粉煤灰質(zhì)量爭(zhēng)議以及組織質(zhì)檢對(duì)比試驗(yàn)等，除了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反映外，每月還要履行報(bào)告職能，將質(zhì)檢信息反饋到粉煤灰供應(yīng)廠家、業(yè)主及施工、監(jiān)理單位。
(6)三峽主體工程現(xiàn)有拌和系統(tǒng)5個(gè)，主供水泥的廠家有3個(gè)，主供粉煤灰的廠家達(dá)6個(gè)。水泥和粉煤灰雖然都必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，但符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并不一定是“完全一樣”的產(chǎn)品，例如：路璜電廠粉煤灰的Fe203含量比其它電廠的粉煤灰高(約18％)，堆積密度也高于別的粉煤灰(可達(dá)900～1000kg/m3)。這些未列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)有一定影響。此外，不同廠家的粉煤灰與不同廠家的水泥也可能存在“適應(yīng)性”的問(wèn)題。為了避免變更原材料而導(dǎo)致頻繁地調(diào)整混凝土的配合比，粉煤灰和水泥的供應(yīng)都必須有序并且力求固定。供灰集團(tuán)與拌和樓的供需關(guān)系一旦確定了，就盡可能不再改變。
3 關(guān)于質(zhì)檢測(cè)試方法的商榷
3.1 含水量的測(cè)定 GB1596—91、GBJl46—90《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程標(biāo)準(zhǔn)CTGPC一1998《混凝土用粉煤灰技術(shù)要求及檢測(cè)》以及類似的應(yīng)用粉煤灰的部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定，粉煤灰的含水量測(cè)定按GBl76進(jìn)行。GBl76是《水泥化學(xué)分析方法》，但我們查閱了G13176—87和GB13176一1996，都未查到含水量的測(cè)定方法。據(jù)我們回憶，大概從1976年以后，GBl76就沒(méi)有列入含水量的測(cè)定方法。雖然含水量的測(cè)定很簡(jiǎn)單，就是稱取一定量的粉煤灰試樣，在105℃烘至恒重，但既然GBl76沒(méi)有列入(或者說(shuō)早就刪去了)含水量的測(cè)定方法，又怎樣去按照?qǐng)?zhí)行?顯然是編制粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)時(shí)疏忽了！
3.2 需水量比測(cè)定 GBl596—91附錄B中列出粉煤灰需水量比測(cè)定方法，其原理“是依GB2419分別測(cè)定試驗(yàn)樣品和對(duì)比樣品達(dá)到同一流動(dòng)度125～135mm范圍的加水量之比”。這里所說(shuō)的試驗(yàn)樣品，是由90g粉煤灰，210g硅酸鹽水泥和750g標(biāo)準(zhǔn)砂均勻混合而成；對(duì)比樣品則是300g硅酸鹽水泥和750g標(biāo)準(zhǔn)砂。
使用硅酸鹽水泥進(jìn)行試驗(yàn)，本來(lái)是很明確的，GBl75—85規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥，所以這里所指的硅酸鹽水泥實(shí)際上是純熟料水泥。但GBl75—92將硅酸鹽水泥分為兩種類型，I型不摻混合材， Ⅱ型摻不超過(guò)水泥重量5％的石灰石或礦渣。于是就產(chǎn)生可不可以使用P．Ⅱ型硅酸鹽水泥做粉煤灰的需水量比試驗(yàn)的問(wèn)題。這是由于所引用的標(biāo)準(zhǔn)修改以后帶來(lái)的問(wèn)題。對(duì)于三峽工程粉煤灰檢測(cè)，我們建議使用中熱硅酸鹽水泥，因?yàn)檫@種水泥實(shí)際上是純熟料水泥，而且又是工程正在使用的水泥，可使試驗(yàn)室的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際更加吻合。但這只是根據(jù)三峽實(shí)情采取的措施，并未正面回答可不可以用P．Ⅱ型水泥的問(wèn)題。
需水量比的試驗(yàn)步驟是：“按GB2419進(jìn)行”，分別測(cè)定試驗(yàn)樣品的流動(dòng)度達(dá)到125～135mm時(shí)的需水量W1和對(duì)比樣品達(dá)到同一流動(dòng)度時(shí)的需水量W2,W1/W2×100就是需水量比。我們發(fā)現(xiàn)，上述的試驗(yàn)步驟，雖然只有100字左右，卻起碼可以有三種不同的理解(略)，我們認(rèn)為比較合理的，也是我們現(xiàn)在采用的辦法是：G13/T2419－94《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》規(guī)定，“試驗(yàn)條件與GBl77有關(guān)規(guī)定一致”，“膠砂制備按GBl77有關(guān)規(guī)定進(jìn)行”。因此，我們認(rèn)為對(duì)比樣品應(yīng)按0.44水灰比加水(300g水泥的用水量為132m1)。這樣不僅可以和膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)的用水量一致，使GBl596和GB2419、GBl77之間直接聯(lián)系起來(lái)，而且從對(duì)水泥基本性質(zhì)的要求來(lái)考慮。按0.44水灰比加水，硅酸鹽水泥(我們用中熱硅酸鹽水泥)膠砂的流動(dòng)度應(yīng)該能夠達(dá)到，而且肯定能夠達(dá)到125～135mm。用0.44水灰比測(cè)得對(duì)比樣品的流動(dòng)度以后，即以此為準(zhǔn)，調(diào)整試驗(yàn)樣品的用水量，使之達(dá)到與對(duì)比樣品相同的流動(dòng)度，例如，0.44水灰比時(shí)對(duì)比樣品的流動(dòng)度為128mm，則試驗(yàn)樣品應(yīng)調(diào)整用水量，使流動(dòng)度也在128mm，兩者用水量之比就是需水量比。這里。對(duì)比樣品的加水量是固定的。
3.3 細(xì)度測(cè)定 歸納起來(lái)，GB1596—91附錄A規(guī)定測(cè)定粉煤灰細(xì)度的方法是：稱取50g試樣，精確至0.1g，倒入0.045mm方孔篩上，放在氣流篩析儀上篩3min，負(fù)壓大于2000Pa即為工作正常，稱量篩余物，準(zhǔn)確至0.1g。我們的理解，這個(gè)試驗(yàn)方法的原理是將小于0.045mm的粉煤灰“全部”篩去，稱量大于0.045mm的粉煤灰。這項(xiàng)試驗(yàn)受一些外界條件的影響，例如：
①試驗(yàn)方法中沒(méi)有規(guī)定篩子直徑。而現(xiàn)在市售的篩析儀有不同型號(hào)，篩子的直徑和邊框的高度也有所不同。事實(shí)證明，樣品數(shù)量、負(fù)壓和控制時(shí)間相同，在直徑為200mm篩子過(guò)篩和在150mm篩子上過(guò)篩的效果是不一樣的，也就是篩余量測(cè)定的結(jié)果不一樣。
②在測(cè)定細(xì)度時(shí)，粉煤灰試樣必須十分干燥，但有些地區(qū)濕度大，即使將粉煤灰烘得很干，在稱樣和篩析過(guò)程中，粉煤灰也會(huì)吸濕在篩面上滾成小球，未能穿過(guò)篩孔細(xì)灰因此成了“篩余物”。這樣，試驗(yàn)的結(jié)果不能反映粉煤灰的真實(shí)細(xì)度，也就是在大于2000Pa的負(fù)壓下篩3min試驗(yàn)不一定可以終結(jié)。我們認(rèn)為，應(yīng)該針對(duì)上述情況作一些補(bǔ)充規(guī)定，特別是關(guān)于試驗(yàn)是否可以認(rèn)定已經(jīng)終結(jié)，即是否可認(rèn)為小于45μ的顆粒已“完全”通過(guò)篩子的規(guī)定。
3.4 燒失量的測(cè)定 G13/T176—1996燒失量的測(cè)定方法提要：“試樣在950一1000℃的馬弗爐中灼燒，去除水分和二氧化碳，……”。看來(lái)，測(cè)定水泥的燒失量是把水分包括在內(nèi)的。我們認(rèn)為，粉煤灰的燒失量不應(yīng)該把水分包括在內(nèi)，因此，測(cè)定粉煤灰的燒失量也不應(yīng)該完全按GB/T176－1996，而應(yīng)補(bǔ)充有關(guān)扣除水分的規(guī)定。
4 關(guān)于允許誤差
粉煤灰既已成為重要的建筑材料。有明確的質(zhì)量指標(biāo)，供方在交貨前必須進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，以確認(rèn)其品質(zhì)。為確保工程質(zhì)量，需方也有權(quán)抽樣檢測(cè)。三峽工程除了建立專門(mén)的質(zhì)檢站外，還有施工、監(jiān)理以及三峽工程試驗(yàn)中心等單位也隨機(jī)抽樣檢測(cè)。為了使各單位的檢測(cè)結(jié)果有可比性，不但試驗(yàn)方法應(yīng)該規(guī)定得盡可能?chē)?yán)密，還應(yīng)該規(guī)定允許誤差范圍。在用作混凝土摻合料的五項(xiàng)指標(biāo)中，含水量實(shí)際上沒(méi)有試驗(yàn)方法(己如前述)，當(dāng)然也沒(méi)有“允許誤差”可循。燒失量和三氧化硫含量控GBl76進(jìn)行，雖然感到允許誤差太大。不過(guò)總算有據(jù)可依。
細(xì)度和需水量比則不同，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定允許誤差范圍，我們建議，需水量比允許誤差為1％比較合適，因?yàn)樾杷勘炔蝗⌒?shù)點(diǎn)后的數(shù)值，所以允許誤差也不能取小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值；如果允許絕對(duì)誤差為2％，則太寬，看來(lái)也只能定為1％。細(xì)度的允許誤差、我們建議為0.2％，因?yàn)?0g試樣篩余×2就是細(xì)度百分?jǐn)?shù)，而試驗(yàn)方法規(guī)定篩余物稱量準(zhǔn)確至0.1g，例如，某灰樣篩余物為3.1g，細(xì)度則為6.2％(3.1×2)。所以我們建議允許絕對(duì)誤差定為0.2％，是否合適，需通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。
三峽工程還要求控制粉煤灰的含堿量，含堿量的測(cè)定，可按GB/T176一1996進(jìn)行，分別測(cè)定K2O、Na2O，Na2O的百分含量，然后按0.658K2O十Na2O換算成堿百分含量。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同試驗(yàn)室測(cè)定K2O和Na2O允許絕對(duì)誤差都是0.15％，如果兩者都是正誤差或者都是負(fù)誤差，則含堿量的允許絕對(duì)誤差可達(dá)0.15％×0.658十0.15％＝0.25％，我們認(rèn)為對(duì)于測(cè)定水泥(或熟料)含堿量來(lái)說(shuō)，允許誤差這樣大，是難以接受的，因?yàn)槿龒{工程要求粉煤灰的含堿量不大于1.5％，而且一般認(rèn)為，粉煤灰中的“有效堿”只占測(cè)定出的含堿量的1/4。以上關(guān)于試驗(yàn)方法和允許誤差的敘述，是我們個(gè)人的意見(jiàn)、不全面、也不一定正確，但絕對(duì)不是小題大做。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(強(qiáng)制性和推薦性的)應(yīng)具備嚴(yán)格、嚴(yán)肅、嚴(yán)密和可操作性，而上述問(wèn)題有些屬于編制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)疏漏了，有些則是被引用的標(biāo)準(zhǔn)作了修改，而標(biāo)準(zhǔn)本身沒(méi)有及時(shí)同步修改，以致銜接不起來(lái)。
三峽工程用灰量大，涉及面廣，供灰和用灰的單位多，粉煤灰質(zhì)量要求高，必須有統(tǒng)一而嚴(yán)密的規(guī)范，才能保證粉煤灰的質(zhì)量，進(jìn)而為確保工程質(zhì)量提供有利條件。事實(shí)上、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該在執(zhí)行一段時(shí)間(一般為五年)以后，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，作必要的修改。我們這些意見(jiàn)，是在三峽工程建設(shè)中執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在提出來(lái)。希望受到重視，經(jīng)過(guò)討論。達(dá)到共識(shí)，使國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定得更完善。同時(shí)，還可以視為從一個(gè)小的側(cè)面反映出三峽工程的建設(shè)帶動(dòng)著科技進(jìn)步。 |