三峽二期工程中粉煤灰的優選與質量控制
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，它的顆粒形態效應產生減水勢能，微集料效應產生致密勢能，火山灰質效應產生活化勢能；從而起到減少需水量，提高耐久性和抗滲能力，減少收縮，降低內部溫升，提高抗拉強度，抗硫酸鹽侵蝕，減少泌水和抑制堿一骨料反應等多方面的作用。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，四級配混凝土用水量高達110kg/m3，如此高的用水量必然給混凝土帶來一系列不良后果。必須采取綜合措施降低用水量，而摻I級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級粉煤灰數量大，預計用灰量就超過100萬t，而且集中在1999年～2001年使用，如1999年用灰28萬～30萬t，高峰月預計用灰3.2萬t。因此，必須做好灰源選擇，正確處理質量與數量的關系，確保合格的粉煤灰大批量、連續、穩定地供應到三峽工地。
1 灰源的選擇
粉煤灰到處都有，但要獲得I級灰卻不容易。校國家標準GBl596—91《用于水泥和混凝土的粉煤灰》規定，用作混凝土摻合料的I級粉煤灰成品應符合下列指標：含水量不大于1％；燒失量不大于4％；細度(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％。為防止混凝土發生堿一骨料反應，中國長江三峽工程標準CIGPC一1998《混凝土用粉煤灰技術要求及檢驗》還規定粉煤灰中堿含量(Na2O當量計)應不大于1.5％。三峽工程所用的粉煤灰，無疑應按上述指標嚴格控制質量。
粉煤灰的質量，受煤種、煤粉磨的型號、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、電廠負荷的波動以及收塵系統運行狀態等等因素的影響。其中三氧化琉和含堿量直接與煤的品種有關，在分析調查過的粉煤灰中，三氧化硫很少大于1％；堿含量則有個別廠家高達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，關鍵在于運輸和儲存時防潮。三峽工程用以運輸粉煤灰的集裝箱或散裝罐，密封性能較好，運到工地后進行檢測，含水量多在0.5％以下。所以，在選擇灰源時，關鍵是看燒失量、細度和需水量比，而需水量比是核心。因為三峽混凝土使用人工骨料，需要摻粉煤灰來幫助改善混凝土的和易性，所以特別看重需水量比這項指標。
燒失量和需水量比是“先天”條件：燒失量超過標準的粉煤灰，是“先天不足”，三峽工程選擇灰源時，不予考慮；細度粗的粉煤灰，可以通過分選來改善，但燒失量和細度都達到I級灰指標的粉煤灰，需水量比不一定能達到要求，不少廠家因此而落選；看來影響需水量比的因素除了燒失量和細度外，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。
我們從實踐中體會到，在判斷一座電廠是否具備生產I級灰的條件時，要看它煤的品質如何?煤源是否穩定?燃煤與機組是否匹配?機組大小、鍋爐的高度與容積、爐溫，電收塵的級數及運行是否正常等。在選定的主供廠中，平圩電廠是比較典型的一個實例，該廠地處淮南，屬坑口電廠，煤源穩定；大功率發電機組(單機600MW)，鍋爐高，燃燒充分；五級電收塵，在第二或第三電場收集的粉煤灰即可達到I級灰的標準，而且質量一直比較穩定。
2 粉煤灰的質量管理
現在選定向三峽供應I級粉煤灰的有5個主供單位，分布在安徽、山西、江蘇、河南、湖北和重慶等省市，運輸方式為水運、鐵路和公路，故要求供灰廠家與運輸商組成聯營體，共同承擔供灰任務。在這樣龐雜的供灰系統中、怎樣才能把好質量關，杜絕不合格的粉煤灰進入施工現場?需要采取一系列的措施：
(1)以合同為基礎，堅持“質量一票否決”的原則。利用市場競爭機制，引入公開招標方式，優選粉煤灰供應廠商。在合同的起草、簽約，乃至執行過程中，在國家標準的基礎上，結合三峽工程標準，明確并細化粉煤灰的質量標準、交貨地點(在三峽壩區)、違約責任。質量指標不合格的產品，嚴格按合同規定做退貨清場處理，并要求供應廠商停供整頓，待質量穩定可靠后方可恢復購銷關系并作重點抽查檢測。
(2)弘揚質量文化，樹立并加強質量戰略意識，質量競爭意識，質量參與意識。對三峽工程來說，粉煤灰是和水泥同等重要的筑壩材料。水泥廠是生產水泥的專業廠，把水泥質量視作生命，對于水泥廠來說是順理成章的。粉煤灰則不同，它產于煤電廠，電廠的任務是發電。粉煤灰最初被看成是廢品，由于環保等原因，粉煤灰被列入“廢物利用”之列，而“廢物利用”所得的經濟效益，往往不被大型電廠的領導所重視。所以，必須反復說明粉煤灰對水工混凝土的重要作用，電廠的廠長要樹立資源意識和產品意識，把粉煤灰真正看作是一種資源，是本廠的正式產品，從戰略上要象水泥廠的廠長關心水泥質量一樣關心粉煤灰的質量。
(3)供灰電廠必須建立和完善粉煤灰的質量保證系統，建立能夠切實完成粉煤灰質量檢測任務的試驗室。粉煤灰必須通過本廠試驗室質檢，確認合格方可出廠。為確保運到三峽工地的粉煤灰合格，建議各廠應注意掌握“內控指標”，“內控指標”和國家標準比較，有一定的富余度，例如國家標準規定粉煤灰的細度(0.045mm篩余量)不大于12％，出廠的粉煤灰細度最好控制在8％以下，才能確保合格。
(4)粉煤灰應有出廠合格證，合格證的內容應包括：合格證編號、廠名及批號、粉煤灰生產及出廠日期、數量及質量檢驗結果。散裝罐上應有銘牌，銘牌上標注廠名、批號、出廠日期及粉煤灰的等級。在粉煤灰出廠的同時，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檢站。
(5)三峽工程粉煤灰質檢站由三峽開發總公司委托長江科學院組建。質檢站的任務是：按照國家標準的規定對進入施工現場之前的粉煤灰進行質量檢測；不定期赴廠檢查供灰廠家的質量控制系統的運行情況；幫助廠家培訓質檢人員；協助三峽總公司物資部處理粉煤灰質量爭議以及組織質檢對比試驗等，除了發現問題及時反映外，每月還要履行報告職能，將質檢信息反饋到粉煤灰供應廠家、業主及施工、監理單位。
(6)三峽主體工程現有拌和系統5個，主供水泥的廠家有3個，主供粉煤灰的廠家達6個。水泥和粉煤灰雖然都必須符合國家標準，才能進入現場，但符合國家標準的產品，并不一定是“完全一樣”的產品，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900～1000kg/m3)。這些未列入國家標準的指標，對混凝土配合比設計有一定影響。此外，不同廠家的粉煤灰與不同廠家的水泥也可能存在“適應性”的問題。為了避免變更原材料而導致頻繁地調整混凝土的配合比，粉煤灰和水泥的供應都必須有序并且力求固定。供灰集團與拌和樓的供需關系一旦確定了，就盡可能不再改變。
3 關于質檢測試方法的商榷
3.1 含水量的測定 GB1596—91、GBJl46—90《粉煤灰混凝土應用技術規范》、中國長江三峽工程標準CTGPC一1998《混凝土用粉煤灰技術要求及檢測》以及類似的應用粉煤灰的部門標準和行業標準都規定，粉煤灰的含水量測定按GBl76進行。GBl76是《水泥化學分析方法》，但我們查閱了G13176—87和GB13176一1996，都未查到含水量的測定方法。據我們回憶，大概從1976年以后，GBl76就沒有列入含水量的測定方法。雖然含水量的測定很簡單，就是稱取一定量的粉煤灰試樣，在105℃烘至恒重，但既然GBl76沒有列入(或者說早就刪去了)含水量的測定方法，又怎樣去按照執行?顯然是編制粉煤灰標準時疏忽了！
3.2 需水量比測定 GBl596—91附錄B中列出粉煤灰需水量比測定方法，其原理“是依GB2419分別測定試驗樣品和對比樣品達到同一流動度125～135mm范圍的加水量之比”。這里所說的試驗樣品，是由90g粉煤灰，210g硅酸鹽水泥和750g標準砂均勻混合而成；對比樣品則是300g硅酸鹽水泥和750g標準砂。
使用硅酸鹽水泥進行試驗，本來是很明確的，GBl75—85規定：凡由硅酸鹽水泥熟料，適量石膏磨細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型摻不超過水泥重量5％的石灰石或礦渣。于是就產生可不可以使用P．Ⅱ型硅酸鹽水泥做粉煤灰的需水量比試驗的問題。這是由于所引用的標準修改以后帶來的問題。對于三峽工程粉煤灰檢測，我們建議使用中熱硅酸鹽水泥，因為這種水泥實際上是純熟料水泥，而且又是工程正在使用的水泥，可使試驗室的結果與現場實際更加吻合。但這只是根據三峽實情采取的措施，并未正面回答可不可以用P．Ⅱ型水泥的問題。
需水量比的試驗步驟是：“按GB2419進行”，分別測定試驗樣品的流動度達到125～135mm時的需水量W1和對比樣品達到同一流動度時的需水量W2,W1/W2×100就是需水量比。我們發現，上述的試驗步驟，雖然只有100字左右，卻起碼可以有三種不同的理解(略)，我們認為比較合理的，也是我們現在采用的辦法是：G13/T2419－94《水泥膠砂流動度測定方法》規定，“試驗條件與GBl77有關規定一致”，“膠砂制備按GBl77有關規定進行”。因此，我們認為對比樣品應按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度試驗時的用水量一致，使GBl596和GB2419、GBl77之間直接聯系起來，而且從對水泥基本性質的要求來考慮。按0.44水灰比加水，硅酸鹽水泥(我們用中熱硅酸鹽水泥)膠砂的流動度應該能夠達到，而且肯定能夠達到125～135mm。用0.44水灰比測得對比樣品的流動度以后，即以此為準，調整試驗樣品的用水量，使之達到與對比樣品相同的流動度，例如，0.44水灰比時對比樣品的流動度為128mm，則試驗樣品應調整用水量，使流動度也在128mm，兩者用水量之比就是需水量比。這里。對比樣品的加水量是固定的。
3.3 細度測定 歸納起來，GB1596—91附錄A規定測定粉煤灰細度的方法是：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，負壓大于2000Pa即為工作正常，稱量篩余物，準確至0.1g。我們的理解，這個試驗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。這項試驗受一些外界條件的影響，例如：
①試驗方法中沒有規定篩子直徑。而現在市售的篩析儀有不同型號，篩子的直徑和邊框的高度也有所不同。事實證明，樣品數量、負壓和控制時間相同，在直徑為200mm篩子過篩和在150mm篩子上過篩的效果是不一樣的，也就是篩余量測定的結果不一樣。
②在測定細度時，粉煤灰試樣必須十分干燥，但有些地區濕度大，即使將粉煤灰烘得很干，在稱樣和篩析過程中，粉煤灰也會吸濕在篩面上滾成小球，未能穿過篩孔細灰因此成了“篩余物”。這樣，試驗的結果不能反映粉煤灰的真實細度，也就是在大于2000Pa的負壓下篩3min試驗不一定可以終結。我們認為，應該針對上述情況作一些補充規定，特別是關于試驗是否可以認定已經終結，即是否可認為小于45μ的顆粒已“完全”通過篩子的規定。
3.4 燒失量的測定 G13/T176—1996燒失量的測定方法提要：“試樣在950一1000℃的馬弗爐中灼燒，去除水分和二氧化碳，……”?？磥?，測定水泥的燒失量是把水分包括在內的。我們認為，粉煤灰的燒失量不應該把水分包括在內，因此，測定粉煤灰的燒失量也不應該完全按GB/T176－1996，而應補充有關扣除水分的規定。
4 關于允許誤差
粉煤灰既已成為重要的建筑材料。有明確的質量指標，供方在交貨前必須進行質量檢驗，以確認其品質。為確保工程質量，需方也有權抽樣檢測。三峽工程除了建立專門的質檢站外，還有施工、監理以及三峽工程試驗中心等單位也隨機抽樣檢測。為了使各單位的檢測結果有可比性，不但試驗方法應該規定得盡可能嚴密，還應該規定允許誤差范圍。在用作混凝土摻合料的五項指標中，含水量實際上沒有試驗方法(己如前述)，當然也沒有“允許誤差”可循。燒失量和三氧化硫含量控GBl76進行，雖然感到允許誤差太大。不過總算有據可依。
細度和需水量比則不同，國家標準中沒有規定允許誤差范圍，我們建議，需水量比允許誤差為1％比較合適，因為需水量比不取小數點后的數值，所以允許誤差也不能取小數點后的數值；如果允許絕對誤差為2％，則太寬，看來也只能定為1％。細度的允許誤差、我們建議為0.2％，因為50g試樣篩余×2就是細度百分數，而試驗方法規定篩余物稱量準確至0.1g，例如，某灰樣篩余物為3.1g，細度則為6.2％(3.1×2)。所以我們建議允許絕對誤差定為0.2％，是否合適，需通過實踐檢驗。
三峽工程還要求控制粉煤灰的含堿量，含堿量的測定，可按GB/T176一1996進行，分別測定K2O、Na2O，Na2O的百分含量，然后按0.658K2O十Na2O換算成堿百分含量。該標準規定，不同試驗室測定K2O和Na2O允許絕對誤差都是0.15％，如果兩者都是正誤差或者都是負誤差，則含堿量的允許絕對誤差可達0.15％×0.658十0.15％＝0.25％，我們認為對于測定水泥(或熟料)含堿量來說，允許誤差這樣大，是難以接受的，因為三峽工程要求粉煤灰的含堿量不大于1.5％，而且一般認為，粉煤灰中的“有效堿”只占測定出的含堿量的1/4。以上關于試驗方法和允許誤差的敘述，是我們個人的意見、不全面、也不一定正確，但絕對不是小題大做。國家標準(強制性和推薦性的)應具備嚴格、嚴肅、嚴密和可操作性，而上述問題有些屬于編制標準時疏漏了，有些則是被引用的標準作了修改，而標準本身沒有及時同步修改，以致銜接不起來。
三峽工程用灰量大，涉及面廣，供灰和用灰的單位多，粉煤灰質量要求高，必須有統一而嚴密的規范，才能保證粉煤灰的質量，進而為確保工程質量提供有利條件。事實上、國家標準也應該在執行一段時間(一般為五年)以后，通過實踐發現問題，作必要的修改。我們這些意見，是在三峽工程建設中執行國家標準時發現的，現在提出來。希望受到重視，經過討論。達到共識，使國家標準定得更完善。同時，還可以視為從一個小的側面反映出三峽工程的建設帶動著科技進步。 |