粉煤灰需水量比的影响因素

粉煤灰需水量比是指按规定的水泥标准砂浆流动性试验方法，以30%粉煤灰取代硅酸盐水泥时所需的水量与硅酸盐水泥标准砂浆需水量之比。需水量比是评价粉煤灰品质及影响其工程应用的重要物理指标，粉煤灰的需水量比越小，其工程利用价值就越高。高品质粉煤灰减水效果明显，可显著降低混凝土的拌合用水量，提高混凝土品质，而低品质粉煤灰会增加混凝土的用水量，对混凝土性能产生不利影响。

高品质粉煤灰具有一定的减水效应，其减水机制有形态效应和微集料效应两种。粉煤灰形态效应是指粉煤灰由其颗粒外观形态、表面性质、内部结构、颗粒级配等物理性状所产生的效应：粉煤灰微珠呈球状，可起到滚珠轴承的作用，降低用水量；而粗大、疏松、多孔、形状不规则的颗粒，则可吸附更多的水分，增加用水量。粉煤灰微集料效应取决于固体颗粒的堆积状态，合理的颗粒级配可减少体系中的填充水量。所以，控制粉煤灰的细度及粒径分布，可充分发挥其形态效应和微集料效应，起到良好的减水效果，提高水泥或混凝土性能。

（1）细度

粉煤灰的细度是评价其品质的重要指标之一，通常以45μm筛余量(%)作为粉煤灰细度指标。粉煤灰细度较大时，其颗粒表面疏松多孔，蓄水能力强；同时，细小玻璃微珠较少，粉煤灰的滚珠轴承润滑作用减弱，降低浆体的流动性，导致需水量比增大。武斌等人的粉煤灰细度与需水量比间关系的研究结果如图1所示，粉煤灰的需水量比并不是随着细度的逐渐增大而增大，而是在一定范围内随着细度的增大而增大。当45μm筛余量小于20%时，随着粉煤灰细度的增大，需水量比降低，与王述银等人的研究结果并不一致。原因可能是不同来源粉煤灰品质存在较大差异，这也表明虽然细度对粉煤灰需水量比影响很大，但并不能起到决定性作用，还需考虑其他因素(如烧失量)的影响。

MThomas等人在总结大量试验数据的基础上，给出了烧失量一定的情况下，需水量Y与粉煤灰细度X1(45μm筛余量)之间的关系：当烧失量为3%～4%时，Y=88.76+0.25X1(相关系数Ｒ2=0.86)；当烧失量为5%～11%时，Y=89.32+0.38X1(相关系数Ｒ2=0.85)。

上述两个关系式反映了粉煤灰需水量比与一些因素之间存在着一定的关系，且函数式的计算结果与试验结果有较好的吻合度。但由于上述公式中的细度指标不一定有普遍意义，且影响粉煤灰需水量的因素较多，因此公式的实用意义不大。一般而言，磨细粉煤灰的需水量比小于原状粉煤灰，若按上述公式，则会得出相反的结果。磨细粉煤灰时，粉磨打碎了粉煤灰中的多孔状无定型熔渣，减少了毛细管吸水作用，同时也打碎了粉煤灰中的组合粒子，减少了开口空心颗粒，从而使得水泥浆体或新拌混凝土的需水量比降低。

（2）烧失量

烧失量是表征未燃烧完全有机物(包括炭粒)数量的指标，烧失量越大，表明粉煤灰中可燃物越多。

从粉煤灰用于水泥和混凝土掺合料的角度，粉煤灰烧失量对需水量比有一定的影响，烧失量大的粉煤灰中残留炭多，而炭粒本身粗大多孔且无胶凝性，容易吸水，从而导致粉煤灰的需水量比增大。武斌等人研究认为，粉煤灰的需水量比随烧失量的增大呈线性增大，相关系数Ｒ2高达0.90(如图2所示)。该研究结果表明，烧失量对粉煤灰的需水量有负面作用。此外，粉煤灰中过量的未燃炭降低了混凝土中掺加的引气剂的引气效果，对混凝土的耐久性产生负面影响。因此，水泥和混凝土用粉煤灰对烧失量有严格的要求，烧失量过大的粉煤灰将增加拌制混凝土时的用水量，从而降低混凝土强度和耐久性。

从燃煤电厂的角度考虑，粉煤灰中未燃炭含量过高，不仅造成了能源的浪费，而且由于炭颗粒导电性强，降低了静电除尘的效果。

表1为不同锅炉燃烧负荷对粉煤灰品质影响的研究结果。从表1可以看出，燃烧负荷小的锅炉，粉煤灰烧失量相对较大，对粉煤灰的应用存在很大的影响；而负荷大的锅炉，粉煤灰烧失量则较小，这主要是因为大负荷燃烧时，锅炉相对较大且燃烧温度较高，煤粉燃烧比较充分，烧失量较小。

表2列举了世界上主要燃煤国家或地区要求的粉煤灰烧失量。目前世界各国对应用于混凝土中粉煤灰的烧失量均有限制，除了中国和俄罗斯的粉煤灰最大烧失量值较高以外，其他各国的粉煤灰烧失量标准值基本相似。

（3）颗粒形态

粉煤灰需水量比与粉煤灰的颗粒形貌有很大关系。高品质粉煤灰以球形颗粒为主，表面光滑，多孔组分很少。粉煤灰中表面光滑的球形颗粒越多，相应需水量比越少，而多孔颗粒越多，则需水量比也必然增加。图3为贵州华电桐梓电厂的粉煤灰原灰扫描电镜图。

煤粉炉炉膛内煤粉燃烧温度为1200～1500℃，煤粉燃烧时，黏土物质熔融成微液滴，在炉内湍流的热空气作用下高速自旋，形成浑圆的硅铝球体，并随烟气被除尘器收集。因此，虽然各电厂锅炉燃烧条件不同，但煤粉炉粉煤灰颗粒的表面形态基本相似，均为形状规则、表面致密且光滑的球状颗粒。综上所述，诸多因素影响了粉煤灰的品质。有资料指出，不能完全以细度、烧失量和颗粒形态等指标来反映粉煤灰的需水性，不同来源的粉煤灰品质差异较大，不同因素对其需水量比的影响也不尽相同，需水量比受多因素影响，需综合考虑。但整体而言，粉煤灰细度和烧失量可视为影响粉煤灰需水性的最主要因素，可在这两方面采取相应的措施。