礦物摻合料應(yīng)用問(wèn)題分析：

預(yù)拌混凝土礦物摻合料品種主要是粉煤灰和礦渣粉，這兩種礦物摻合料的比例超過(guò) 90%，在部分地區(qū)高達(dá) 99%。因此，本文僅針對(duì)粉煤灰和礦渣粉在預(yù)拌混凝土應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。

2.1 粉煤灰生產(chǎn)、供應(yīng)及應(yīng)用問(wèn)題分析

粉煤灰是早期大量應(yīng)用的礦物摻合料之一。我國(guó)的粉煤灰應(yīng)用從 20 世紀(jì) 60 年代大躍進(jìn)開(kāi)始，當(dāng)時(shí)主要用于大型砌塊等墻體材料。20 世紀(jì) 80 年代初，同濟(jì)大學(xué)黃士元提出粉煤灰的利用不能僅是生產(chǎn)墻體材料一條路徑，還應(yīng)發(fā)展用于混合材、混凝土和道路工程等，如此粉煤灰利用率才能大幅提高，電廠的粉煤灰處理和環(huán)保問(wèn)題才有可能得到較好的解決。到 20 世紀(jì) 90 年代，粉煤灰在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用開(kāi)始全面推廣。隨著粉煤灰用量的不斷增加，部分地區(qū)出現(xiàn)了供應(yīng)緊張問(wèn)題，加上粉煤灰在物流環(huán)節(jié)質(zhì)量不受控，其質(zhì)量問(wèn)題開(kāi)始凸顯。

2.1.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量問(wèn)題

粉煤灰是熱電廠燃煤發(fā)電時(shí)，煤粉在 1200～1300℃高溫燃燒后的副產(chǎn)物，其高溫煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的液相體體積膨脹，形成?；⒅椤２煌拿嘿|(zhì)、爐型、燃燒溫度、燃燒程度等對(duì)粉煤灰的性能會(huì)造成不同程度的影響，粉煤灰產(chǎn)生后的收集工藝、加工工藝對(duì)粉煤灰的性能也會(huì)造成一定影響。

據(jù)調(diào)研，電廠粉煤灰的收塵部分主要設(shè)置在脫硝工藝后端、脫硫工藝前端。粉煤灰經(jīng)脫硝工藝處理后進(jìn)入收塵裝置，收塵后的煙氣進(jìn)一步進(jìn)行脫硫工藝處理，因此，粉煤灰質(zhì)量會(huì)受到脫硝工藝影響，而脫硫工藝基本不會(huì)對(duì)粉煤灰質(zhì)量造成影響。

1）脫硝工藝對(duì)粉煤灰性能的影響

電廠脫硝工藝大多選用選擇性催化還原技術(shù)，還原劑主要為尿素和氨水。由于氨水儲(chǔ)存過(guò)程存在一定安全隱患，多數(shù)電廠采用尿素作為還原劑。利用煤粉燃燒過(guò)程產(chǎn)生的氮基中間產(chǎn)物或往煙道中噴射氨氣，在合適的溫度、氣氛或催化劑條件下將NO_x還原，這是燃煤鍋爐控制NO_x排放的主要機(jī)理。脫硝過(guò)程中，部分銨離子會(huì)吸附或產(chǎn)生一定化學(xué)反應(yīng)而殘留于粉煤灰中，導(dǎo)致粉煤灰后期應(yīng)用過(guò)程中在一定堿性和溫濕度條件下產(chǎn)生揮發(fā)性氨氣及異味。

2）存儲(chǔ)工藝對(duì)粉煤灰性能的影響

粉煤灰是電廠煤粉爐煙道氣體中收集的粉末。通過(guò)調(diào)研京津冀地區(qū)電廠，其均采用電收塵和布袋收塵相結(jié)合的方式。由于收塵方式不同，收集的粉煤灰性狀也有差異。電收塵效率高，但收集的粉煤灰顆粒較粗，通常稱為“原狀灰”；布袋收塵效率低，但收塵，收集的粉煤灰顆粒較細(xì)，通常稱為“細(xì)灰”。京津冀地區(qū)電廠收塵工藝普遍前端采用電收塵，后端采用布袋收塵，通過(guò)兩種收塵方式的結(jié)合，提高收塵效率。

粉煤灰收塵完成后，進(jìn)入存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。目前，電廠粉煤灰的存儲(chǔ)方式差異較大。部分電廠設(shè)置了粉煤灰分選工藝，從電收塵得到的原狀灰中分選出優(yōu)質(zhì)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)粉煤灰同布袋收塵得到的細(xì)灰一起存儲(chǔ)，分選后剩下的粗灰渣單獨(dú)儲(chǔ)存；無(wú)分選工藝的大部分電廠直接將電收塵得到的原狀灰和布袋收塵得到的細(xì)灰一起存儲(chǔ)，少部分將電收塵得到的原狀灰磨細(xì)后進(jìn)行存儲(chǔ)。

經(jīng)實(shí)地調(diào)研及與電廠粉煤灰收集處理人員座談交流，結(jié)合攪拌站技術(shù)人員反映的日常問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)電廠銷售的粉煤灰和攪拌站實(shí)際使用的粉煤灰一部分比較相似，而另一部分卻存在較大差異，問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下方面：

1）沒(méi)有分選工藝的電廠將原狀灰和細(xì)灰混合存儲(chǔ)，影響了粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定性；

2）由于粉煤灰利用途徑很多，要求各不相同，電廠對(duì)出廠的粉煤灰質(zhì)量不進(jìn)行把關(guān)。

2.1.2 供應(yīng)環(huán)節(jié)對(duì)粉煤灰性能的影響

根據(jù)實(shí)地及其他方式調(diào)研，環(huán)京地區(qū)共有電廠 56 家，粉煤灰產(chǎn)能產(chǎn)量巨大，年產(chǎn)能約 1727 萬(wàn)噸，滿足北京市場(chǎng)供給不存在問(wèn)題。但是，電廠分選的優(yōu)質(zhì)粉煤灰不足10%，缺口很大，攪拌站生產(chǎn)旺季粉煤灰整體供應(yīng)緊張。

電廠處理粉煤灰的首要目的是保證電廠的正常運(yùn)營(yíng)，因此，粉煤灰的質(zhì)量不受電廠太多關(guān)注，基本無(wú)質(zhì)量管控，對(duì)粉煤灰生產(chǎn)管理不夠重視，缺乏專門的質(zhì)量管理體系，僅每年或每半年送樣到檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行型式檢驗(yàn)，沒(méi)有其他有效管控手段。盡管各類粉煤灰基本實(shí)現(xiàn)分類存儲(chǔ)和銷售，但質(zhì)量管控薄弱。且攪拌站與電廠無(wú)直接合同關(guān)系，即使因粉煤灰質(zhì)量造成工程事故，也無(wú)法追究電廠責(zé)任，導(dǎo)致粉煤灰生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量管理意識(shí)不強(qiáng)。

2.1.3 應(yīng)用過(guò)程的突出問(wèn)題及原因

1）質(zhì)量穩(wěn)定性差

①進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)合格率較低。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，粉煤灰三項(xiàng)進(jìn)場(chǎng)自檢指標(biāo)即細(xì)度、需水量比、燒失量的不合格率分別為 10.8%、10.1%、3.8%，質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

②進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)和實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)粉煤灰或假粉煤灰。劣質(zhì)粉煤灰或假粉煤灰影響混凝土拌合物性能，會(huì)加速坍落度損失，影響混凝土正常澆筑，施工人員為了加快澆筑速度，私自大量加水，導(dǎo)致混凝土實(shí)體強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

比如，某攪拌站生產(chǎn)中發(fā)生類似問(wèn)題后，從螺旋輸送機(jī)取樣粉煤灰檢測(cè)，細(xì)度 60.2%，需水量比 115%，確定是經(jīng)銷商采用夾層方式逃過(guò)攪拌站進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)所致，攪拌站如處理不及時(shí)或調(diào)整不當(dāng)，極易造成質(zhì)量事故。再如，2019 年某地拆樓事件與粉煤灰質(zhì)量存在必然聯(lián)系，據(jù)參與調(diào)查的專家分析，因當(dāng)?shù)叵募敬罅坎捎盟?，熱電廠開(kāi)工嚴(yán)重不足，粉煤灰成了緊俏商品，市場(chǎng)出現(xiàn)了粉煤灰造假，嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。

③使用以前處置的粉煤灰即“陳灰”的情況值得關(guān)注。由于陳灰在處置時(shí)會(huì)有數(shù)量不等的脫硫石膏等其他物質(zhì)混入，如開(kāi)挖直接磨細(xì)后作為粉煤灰使用，會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

此外，因劣質(zhì)粉煤灰或假粉煤灰造成混凝土拌合物嚴(yán)重離析或長(zhǎng)時(shí)間不凝結(jié)而導(dǎo)致拆除部分結(jié)構(gòu)的情況，在北京也有發(fā)生，但由于發(fā)現(xiàn)和處理過(guò)程較隱秘，不易發(fā)現(xiàn)，尚難掌握詳情。

2）“浮黑灰”造成混凝土結(jié)構(gòu)外觀缺陷

某工程使用浮黑灰粉煤灰，混凝土拌合物表層出現(xiàn)黑色油狀物，硬化后的混凝土表層產(chǎn)生不規(guī)則黑斑，構(gòu)件外觀產(chǎn)生缺陷。

對(duì)不同粉煤灰進(jìn)行浸水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，浮灰顏色深淺不一，其主要微觀形貌為多孔大粒徑微珠。對(duì)浮黑灰進(jìn)行燒失量試驗(yàn)，其顏色明顯變白。經(jīng)能譜分析發(fā)現(xiàn)，浮黑灰的微珠表面及空洞內(nèi)檢測(cè)出一定量的碳元素。因此，粉煤灰中的浮黑灰主要為燃燒不充分的碳吸附在大粒徑微珠表面，在浮力作用下上浮到拌合物表面富集而產(chǎn)生的。試驗(yàn)結(jié)果表明，浮黑灰粉煤灰對(duì)混凝土拌合物的強(qiáng)度、抗凍性能沒(méi)有明顯影響，但對(duì)凝結(jié)時(shí)間有一定的延遲作用，影響拌合的均勻性和表觀效果。

3）混凝土澆筑后的“冒泡”現(xiàn)象

混凝土澆筑后冒出大量氣泡，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，硬化后混凝土表面形成空鼓，出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，強(qiáng)度明顯降低。

脫硝工藝造成粉煤灰內(nèi)殘留銨離子，其在混凝土的強(qiáng)堿環(huán)境和高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放氨氣，釋放速度有快有慢，初期釋放速度非常緩慢，在高溫下會(huì)加速釋放，從而造成混凝土持續(xù)冒泡，造成嚴(yán)重質(zhì)量事故。

參照GB 18588-2001《混凝土外加劑中釋放氨的》中氨含量的測(cè)定方法，測(cè)定粉煤灰中氨（NH₃）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)隨著沸煮時(shí)間的延長(zhǎng)，氨氣收集量有增加的趨勢(shì)，氨含量隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸釋放，且釋放量遠(yuǎn)大于早期釋放量。后期緩釋的氨對(duì)混凝土拌合物有明顯影響，會(huì)造成混凝土拌合物冒泡多孔，而這些緩釋的氨含量已超出該試驗(yàn)方法的時(shí)間范圍。

已有文獻(xiàn)指出，因粉煤灰中有單質(zhì)鋁的存在，金屬鋁在一定條件下與強(qiáng)堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣，并放出熱量。

2.2 礦渣粉生產(chǎn)、供應(yīng)及應(yīng)用問(wèn)題分析

2.2.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量問(wèn)題

我國(guó)關(guān)于礦渣粉的生產(chǎn)與應(yīng)用起始于 1996 年，曾在湖南、廣東的一些建筑工程上得到應(yīng)用。目前，北京市礦渣粉年用量約 250 萬(wàn)噸。京津冀區(qū)域礦渣粉產(chǎn)能主要集中在唐山，達(dá)到 5000 萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量在 2700 萬(wàn)噸左右，每年約有 700 萬(wàn)噸礦渣粉供應(yīng)京津冀混凝土企業(yè)，約 1000 萬(wàn)噸礦渣粉供應(yīng)唐山本地水泥企業(yè)，還有 1000 萬(wàn)噸礦渣粉海運(yùn)至南方市場(chǎng)。

從礦渣粉生產(chǎn)來(lái)看，盡管其首要目的是處理煉鐵企業(yè)的固體廢棄物，但生產(chǎn)過(guò)程并不像粉煤灰那樣簡(jiǎn)單。礦渣粉的生產(chǎn)需較大的初期投入，需較的生產(chǎn)設(shè)備、較完整的生產(chǎn)和技術(shù)質(zhì)量管理體系，有工藝過(guò)程控制和出廠檢驗(yàn)。因此，礦渣粉生產(chǎn)與粉煤灰相比要和規(guī)范，更具備產(chǎn)品屬性，質(zhì)量穩(wěn)定性較高。

礦渣粉企業(yè)是鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈的下游，鋼廠鋼渣尾渣的堆存或填埋已無(wú)法滿足環(huán)保要求，處置難度很大，鋼渣磨細(xì)成本高、活性低、安定性差，應(yīng)用和銷售困難，因此，會(huì)加入部分鋼渣與礦渣聯(lián)合粉磨制備成鋼鐵渣粉銷售。在利益驅(qū)使下，某些無(wú)水渣的礦渣粉企業(yè)，為降低產(chǎn)品成本，在生產(chǎn)過(guò)程中存在摻假。在京津冀地區(qū)，有鋼鐵企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鋼鐵渣粉（70%礦渣粉+30%鋼渣粉），但卻以礦渣粉產(chǎn)品進(jìn)行銷售。無(wú)水渣來(lái)源的獨(dú)立礦粉企業(yè)缺乏原料保障，加之水渣價(jià)格高昂，在生產(chǎn)中摻入鋼渣尾渣、脫硫灰、粗灰、爐灰、石粉等物料，同樣以礦渣粉產(chǎn)品對(duì)外銷售。上述產(chǎn)品顯然不符合GB/T 18046-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》，其以礦渣粉名義進(jìn)行銷售和使用的行為給混凝土及其制品的質(zhì)量造成了巨大風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 供應(yīng)環(huán)節(jié)質(zhì)量問(wèn)題

2003 年礦渣粉剛在北京推廣應(yīng)用時(shí)，礦渣粉生產(chǎn)廠家直接向攪拌站銷售礦渣粉，沒(méi)有中間商轉(zhuǎn)銷模式，但后來(lái)很多中間商借鑒粉煤灰銷售模式，從中賺取高額利潤(rùn)。總體來(lái)說(shuō)，礦渣粉生產(chǎn)廠家直供攪拌站的模式目前仍占主要地位。中間商模式最初以抵賬方式出現(xiàn)，中間商通過(guò)為攪拌站找貨源銷售礦渣粉，從中獲利。隨著中間商供應(yīng)礦渣粉的現(xiàn)象有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，由此帶來(lái)的質(zhì)量隱患不容忽視。

2.2.3 應(yīng)用環(huán)節(jié)的突出問(wèn)題

1）混凝土表面存在明顯色差

部分礦渣粉混凝土澆筑成型后局部發(fā)綠，色差較明顯，影響構(gòu)件表觀質(zhì)量。

2）假礦渣粉需水量大造成工程質(zhì)量事故

從全國(guó)范圍看，因礦渣粉質(zhì)量問(wèn)題造成的質(zhì)量事故并不少見(jiàn)。據(jù)了解，某市一座 24 層寫字樓于 2016 年 2 月發(fā)現(xiàn)中部層區(qū)部分鋼管混凝土柱開(kāi)裂，從裂縫處噴出濕漿體，后從個(gè)別柱子中放出數(shù)百公斤水，混凝土強(qiáng)度不足，質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重。經(jīng)檢測(cè)，所用摻合料為假礦渣粉，造成C60鋼管混凝土變得異常粘稠，施工人員為便于施工大量加水，水被封閉在鋼管柱內(nèi)，釀成事故。