利用显微镜鉴别粉煤灰质量的试验研究

0前言

粉煤灰作为水泥的替代材料，在混凝土中可降低单方混凝土成本并改善和提高混凝土性能，已成为预拌混凝土企业广泛使用的掺合料之一。一般认为粉煤灰掺入混凝土后具有火山灰效应、填充效应、滚珠效应等优异的性能，从而达到改善混凝土性能的作用。粉煤灰中绝大多数的颗粒呈实心玻璃球状，有时也会有少量的空心球存在。当粉煤灰被用作矿物外加剂时，粉煤灰颗粒的粒径分布、形貌及表面特征会对新拌混凝土的用水量和工作性以及硬化混凝土的强度发展产生很大的影响。而GB1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中检测项目主要有需水量比、细度（45μm方孔筛筛余）、烧失量、强度活性指数等检验项目，未对粉煤灰的微观形貌作出要求。本试验利用显微镜拍摄粉煤灰微观形貌的照片，并通过混凝土各项试验分析论证利用粉煤灰微观形貌作为判断粉煤灰质量的辅助指标的相关性、可行性，为粉煤灰的进厂检验提供一定的参考。

1试验原材料与试验设计

1.1试验原材料

⑴水泥：华润牌P·O42.5R普通硅酸盐水泥，水泥性能指标见表1；

 

 

⑵骨料:细骨料使用机制砂，细度模数为2.5，表观密度为2600kg/m?；粗骨料采用5～25mm连续级配碎石，表观密度为2650kg/m?；

⑶粉煤灰：收集6种不同颗粒形貌的粉煤灰，性能见表2；

 

⑷拌合用水：满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》要求；

⑸减水剂；科之杰Point-430HS聚羧酸系高效减水剂（缓凝型）。

1.2试验设计

本试验先通过显微镜拍摄粉煤灰微观形貌的照片，再进行混凝土试验与分析，具体方案如下：

⑴显微镜设备：使用100倍带灯光显微镜；

⑵微观形貌观测方法：将粉煤灰进行筛余试验后的筛余物置于A4白纸上，用刮片轻轻将试样摊平，将显微镜置于试样上，调节焦距直至清晰显示进行观测，若需拍摄照片时用手机摄像头对准观测目镜拍摄即可；

⑶混凝土试验：依据GB/T50081《混凝土物理力学性能试验方法标准》、GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》相关要求进行；

 

⑷混凝土配合比：大量学者研究表明，粉煤灰的掺量控制在15%～25%可取得较好的性能，本试验折中采用掺量为20%，试验配合比详见表3。

 

2试验结果与分析

2.1粉煤灰微观形貌

粉煤灰微观形貌见表4，通过目测球形颗粒数量的多少判断粉煤灰质量的优劣，以感官评价的方式分为多、中、少三种。

 

 

综合表2、表4可以看出，粉煤灰微观形貌中球形颗粒的数量与粉煤灰指标中的需水量比与强度活性指数存在较大的关联性。微观形貌下目测球形颗粒数量判定为多的F1与F2需水量比分别为92%、95%，活性指数分别为85%、83%；目测球形颗粒数量判定为中的F3与F4需水量比分别为101%、100%，强度活性指数分别为76%、77%；目测球形颗粒数量判定为少的F5与F6需水量比分别为105%、106%，强度活性指数分别为71%、72%。这是由于球形颗粒数量的多少直接影响粉煤灰滚珠效应的强弱，随着球形颗粒的减少砂浆浆体的流动阻力加大，粉煤灰的需水量比增加。同时球形颗粒数量的多少也反映了粉煤灰的纯度，因为纯度越高火山灰活性越好，强度活性指数越高。

2.2混凝土性能测试

根据表3配合比进行混凝土性能测试，拌合物性能数据见图1、抗压强度数据见图2。

 

根据图1与图2可知：

⑴目测球形颗粒数量判定为多的F1与F2初始与损失后坍落度分别为210mm与200mm、200mm与185mm，判定为中的F3与F4初始与损失后坍落度分别为180mm与140mm、180mm与150mm，判定为少的F5与F6初始与损失后坍落度分别为115mm与45mm、120mm与50mm，表明在相同配合比下，混凝土拌合物性能中的初始坍落度与损失后坍落度随着微观形貌球形颗粒数量的减少而减少。

⑵目测球形颗粒数量判定为多的F1与F2的3d、7d、28d抗压强度分别为20.2MPa、32.1MPa、43.1MPa与20.1MPa、31.2MPa、42.5MPa，判定为中的F3与F4的3d、7d、28d抗压强度分别为20.1MPa、29.9MPa、40.3MPa与19.5MPa、29.7MPa、40.2MPa，判定为少的F5与F6的3d、7d、28d抗压强度分别为19.7MPa、28.4MPa、37.6MPa与20.0MPa、27.9MPa、37.1MPa，表明在相同配合比下，混凝土抗压强度随微观形貌球形颗粒的数量的降低而降低，同时抗压强度的的降低幅度随着混凝土龄期增加而增加。

综上所述，粉煤灰微观形貌球形颗粒数量的多少直接影响混凝土性能，随着球形颗粒的减少，混凝土初始坍落度与损失后坍落度随之减小，强度也随之降低，坍落度最高降幅达到150mm、强度最高降幅达到6MPa。导致这一现象的原因与本文2.1所分析的结论一致，球形颗粒数量减少粉煤灰需水量增加，导致相同配比下混凝土的初始坍落度与损失后坍落度减少，球形颗粒的数量减少粉煤灰活性降低，导致相同配比下的混凝土抗压强度降低。

3结语

⑴利用显微镜观测粉煤灰微观形貌的球形颗粒数量可大致判断粉煤灰的性能，粉煤灰微观形貌球形颗粒数量的多少与粉煤灰的需水量比、活性指数均有较高的相关性，该方法较为便捷，试验仪器投入成本较低，预拌混凝土企业试验人员日常检验时，可将该指标作为辅助检测手段，更便于原材料的把控。

⑵利用显微镜观测粉煤灰的微观形貌除了可以看出球形颗粒数量的多少，也可以看出其大概的组成物质，例如含碳、煤矸石、石粉等，今后将会对这方面进行深度研究，以期完善粉煤灰的检验方法，提升粉煤灰的检验质量。（来源：《广东建材》2023.03）