曾永軍 劉小沛 徐 蒙

（1.貴州省黔中水利樞紐工程建設管理局，貴州貴陽，550000； 2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南長沙 410083）

水泥作為注漿工程中的主要材料，應用廣泛，但這種漿液易離析和沉淀，穩(wěn)定性較差。此外，由于普通水泥的顆粒較粗，使?jié){液難以注入巖土層的細小裂縫或孔隙中，超細水泥的開發(fā)雖然克服了這些缺點，但價格較高。各種化學漿液的開發(fā)在一定程度上能滿足微細裂縫注入的要求，但化學漿液一般有毒且價格又昂貴、膠凝強度不高，隨著環(huán)保呼聲的日益高漲，許多國家已聲明禁止使用大部分化學漿液[1]。粉煤灰是具有一定活性的火山灰質(zhì)混合材料，摻入普通水泥作為注漿材料使用，既可以改善水泥的某些性能，而且還有利于環(huán)境保護，同時可以降低工程造價。

1 粉煤灰的化學組成及特點

粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的廢渣。國內(nèi)外各電廠粉煤灰的化學成分基本相近，主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃盡的炭[2]，其中活性氧化鋁和活性二氧化硅是粉煤灰活性的來源，它們的含量越高，粉煤灰活性就越高，品質(zhì)也越好；此外，CaO也有利于提高粉煤灰的活性；Fe2O3能起溶劑的作用，促使玻璃體形成，同樣有助于提高粉煤灰的活性，而未燃盡的炭則會使粉煤灰品質(zhì)下降[3]。

加入粉煤灰后的水泥漿液，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）易于泵送和灌注：粉煤灰的主要顆粒是含球形玻璃體等粒子的結合體，并具有光滑而致密的外殼，有較好的潤滑減阻特性，從而在施工中提高了漿液的可注性和可泵性[1]。

（2）可以降低泌水和沉降：粉煤灰與水泥共同使用時，具有理想的顆粒級配，能夠使?jié){液在泵送和注漿過程中減少分離和沉降作用，同時降低泌水。此外，粉煤灰的比重小于水泥比重，也可降低沉降作用。

（3）提高了抗化學侵蝕能力：在單液水泥漿中，水泥水化釋放出的Ca(OH)2對化學侵蝕十分敏感，以致影響了材料的抗化學侵蝕能力。對于粉煤灰-水泥漿而言，由于粉煤灰中的活性氧化物（SiO2和Al2O3）能與Ca(OH)2反應生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，從而提高了注漿材料的強度和抗化學侵蝕能力。

（4）早期強度偏低，但是后期強度大幅度增長：粉煤灰的球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當致密，不易水化，在水泥中摻入粉煤灰后會降低體系的水化活性，生成的水化產(chǎn)物顆粒之間的連接不夠緊密，使得粉煤灰水泥早期強度普遍偏低，但是在后期，粉煤灰顆粒表面水化逐漸加快，大量生成水化硅酸鈣凝膠體，從而形成很好的粘結強度[2]。

（5）減少了漿液硬化后的收縮量：由于粉煤灰中含有不規(guī)則的多孔玻璃體及未燃炭粒，可以吸收漿液中的部分多余水分，因此水泥-粉煤灰漿液的含水量能很快達到平衡狀態(tài)，從而減少了材料的收縮值[1]。

（6）具有流動性能好、便于施工、減少施工設備磨損和提高抗?jié)B性等優(yōu)點。

2 粉煤灰摻量的工程應用

黔中水利樞紐工程是貴州省西部大開發(fā)的標志性工程，一期水源工程左岸帷幕灌漿工程地質(zhì)條件復雜，大壩水頭高，帷幕灌漿工程量大，針對地層條件并為了節(jié)約成本，根據(jù)設計要求，在帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗前進行了漿材配比試驗，即在水泥中加入不同摻量的粉煤灰，對比其對水泥物理力學性能的影響，最終選出粉煤灰的最佳摻量，為粉煤灰在黔中水利樞紐一期工程帷幕灌漿中的大量應用提供科學依據(jù)。

根據(jù)國家標準《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）規(guī)定，水泥中粉煤灰的摻加量按重量百分比不得少于20%或超過40%。故本試驗主要針對粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%時的水泥性能進行研究。測試的漿液性能參數(shù)包括比重、粘度、穩(wěn)定性、凝結時間、析水率、沉淀速度、彈性模量、結石強度、孔隙率、容重和抗?jié)B性能等，每組漿液中均加入占膠凝材料重量0.8%的高效減水劑，水膠比采用3個比級1：1、0.7：1、0.5：1 。

2.1 試驗所用原材料

（1）粉煤灰。采用安順電廠粉煤灰，粉煤灰性能檢測結果見表1。

（2）水泥和減水劑。試驗采用普通硅酸鹽水泥P·O42.5（批號：50254），水泥的技術指標見表2，從表2看，水泥指標符合水泥國家標準《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）及《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》（DL/T5148-2001）要求。減水劑采用UNF-2A型高效減水劑。

（3）水。室內(nèi)配制漿液采用工地現(xiàn)場生活用水。

2.2 試驗方法及結果

將粉煤灰按不同的摻加量加入到相同強度等級的水泥熟料中，混磨后根據(jù)《水泥標準稠度用水量凝結時間安全性檢測方法》（GB1346-2001）進行水泥標準稠度需水量、 凝結時間、 安定性測定，根據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB／T50081-2002）測試各試件的相應力學參數(shù)。

試驗結果如表3和表4所示。

表1 粉煤灰性能檢測

表2 水泥技術指標

表3 漿液物理性能指標檢測

表4 漿液力學性能指標檢測

3 結 論

通過對試驗成果的分析，得出以下結論。

（1）比重與凝結時間：摻粉煤灰后漿液比重降低，凝結時間受水灰比影響不是很大，主要是受粉煤灰摻量的影響，且隨著粉煤灰摻量增加，漿液凝結時間延長。

（2）析水率：粉煤灰摻量越大，析水率下降量越大，說明在粉煤灰-水泥漿液中粉煤灰能降低漿液的析水率。

（3）塑性粘度：在水膠比為1：1及0.7：1時，摻粉煤灰與不摻粉煤灰的塑性粘度變化不大，在水膠比為0.5：1時，摻粉煤灰后塑性粘度明顯降低，粉煤灰摻量越低，下降量越大，其中摻粉煤灰20%時下降量達到30.2%。

（4）粘結力、劈裂抗拉強度及彈性模量：在膠凝材料相同的條件下，隨著水膠比的降低，粘結力、劈裂抗拉強度及彈性模量增大；摻粉煤灰后漿液粘結力、劈裂抗拉強度及彈性模量均有所降低。

（5）滲透系數(shù)：隨著水膠比的降低，滲透系數(shù)變小，此外，粉煤灰在漿液中更多的表現(xiàn)為填充料的性質(zhì)，它也可以明顯提高漿液的抗?jié)B性能。

（6）綜合以上分析，為節(jié)約水泥，且既要保證硬化后漿液具有一定的粘結力和劈裂抗拉強度，又要提高其防滲性能，最終選取3個比級的水膠比1：1、0.7：1和0.5：1，粉煤灰最佳摻量為30%。

[1] 羅永忠.水泥-粉煤灰漿液試驗及工程應用[J].公路交通技術, 2005(2)：26-30

[2] 沈威.水泥工藝學[M].武漢：武漢理工大學出版社,2005

[3] 江學榮,林介東,莫乾凱,江潮全.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].電力環(huán)境監(jiān)督,2002(3)：55-57

[4] 曹紅葵.不同摻量粉煤灰對水泥性能的影響[J].試驗研究,2005(3)：3-5

[5] 鄧汝鋒.粉煤灰在混凝土中摻量的研究[J].山西建筑,2009(17)：147-148

[6] 陳愛玖,亢景富,霍洪媛,等.大摻量粉煤灰混凝土性能的試驗研究[J].水利水電工程,2002(8)：3-4