□王顯旭（新疆水利水電科學(xué)研究院）

?

水利工程項(xiàng)目粉煤灰的應(yīng)用及前景預(yù)測(cè)

□王顯旭（新疆水利水電科學(xué)研究院）

中國(guó)的水利水電行業(yè)在上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始便在大壩的混凝土施工中摻入粉煤灰，是國(guó)內(nèi)最早利用粉煤灰進(jìn)行施工的行業(yè)之一，其為粉煤灰的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。近年來(lái)，業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者加大了對(duì)粉煤灰的研究力度，也取得一定的成果，在混凝土拌制中，加入適量的粉煤灰能夠有效改善混凝土的工作性能?；诖它c(diǎn)，文章結(jié)合依托新疆卡拉貝利水利樞紐工程，對(duì)粉煤灰在該工程混凝土施工中的應(yīng)用進(jìn)行論述，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

水利工程；粉煤灰；混凝土

1　粉煤灰的主要效應(yīng)

粉煤灰是指在鍋爐中待煤粉燃燒后由煙氣帶出的粉狀殘留物，屬于火電工業(yè)的廢料，其成分為硅質(zhì)或硅鋁質(zhì)氧化物材料。通過(guò)大量試驗(yàn)研究表明，在建設(shè)工程中將粉煤灰按照一定比例摻入混凝土中能夠起到以下效應(yīng)：

1.1形態(tài)效應(yīng)

在新拌混凝土中，受粉煤灰形態(tài)、粗細(xì)、級(jí)配、內(nèi)外結(jié)構(gòu)、密度、色度等特征的影響，會(huì)引起混凝土和易性和需水量的變化。對(duì)于優(yōu)質(zhì)粉煤灰而言，由于其玻璃微珠的顆粒含量大，在混凝土中能夠促使水泥顆粒凝絮，減少混凝土的需水量，增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，所以可起到潤(rùn)滑作用。

1.2活性效應(yīng)

在混凝土中，粉煤灰的硅質(zhì)或硅鋁質(zhì)氧化物顆粒與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，可生成致密的凝膠，成分以水化硅鋁酸鈣為主。二次反應(yīng)產(chǎn)物可提高混凝土的耐久性，增加混凝土的強(qiáng)度，發(fā)揮粉煤灰的活性效應(yīng)。

1.3微集料效應(yīng)

在混凝土漿體中，未參與水化反應(yīng)的粉煤灰微細(xì)顆粒呈均勻分布狀況，相當(dāng)于微細(xì)集料，其中10 μm粒徑以下的實(shí)心微珠具備較高的抗壓強(qiáng)度，最高超過(guò)700 MPa，可對(duì)水泥漿體起到增大抗壓強(qiáng)度的效用。

除以上三大效應(yīng)之外，粉煤灰在混凝土中還能夠起到免疫效應(yīng)，對(duì)混凝土中堿與骨料的反應(yīng)起到抑制作用；泵送效應(yīng)，增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，方便其泵送；減熱效應(yīng)，有效緩解大體積混凝土出現(xiàn)的水泥水化熱現(xiàn)象。粉煤灰受自身質(zhì)量的影響，對(duì)混凝土產(chǎn)生的效應(yīng)也有所不同，只有符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰才能產(chǎn)生正效應(yīng)。

2　水利工程施工建設(shè)中粉煤灰的應(yīng)用

2.1工程概況

卡拉貝利水利樞紐是一座大（2）型水庫(kù)，位于克孜河山區(qū)，具有防洪、灌溉、發(fā)電等功能。水庫(kù)總庫(kù)容量約為2.62億m3，正常蓄水位1770 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.69億m3，死水位1740.00 m，水電站的裝機(jī)容量為70 MW。水庫(kù)大壩的最大壩高為92.50 m，壩頂高程1775.50 m，壩頂寬12 m，壩長(zhǎng)835 m；副壩最大壩高20 m，壩頂寬10 m，壩長(zhǎng)528 m；防浪墻高程為1776.70 m。大壩為混凝土面板砂礫石壩，為提高大壩的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，決定采用高性能混凝土進(jìn)行施工建設(shè)。在高性能混凝土配置的過(guò)程中，需要加入適量的粉煤灰，下面重點(diǎn)對(duì)粉煤灰在高性能混凝土配置中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.2粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

2.2.1抗壓強(qiáng)度

對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試塊進(jìn)行了試驗(yàn)，得出如下結(jié)果：沒(méi)有添加粉煤灰的試塊，3d抗壓強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)要求，28d時(shí)混凝土的強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的120%左右。加入粉煤灰的混凝土試塊，3d時(shí)的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，28 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的110%左右，90 d后，其強(qiáng)度與不加粉煤灰的混凝土強(qiáng)度基本相同。通過(guò)比較可知，未加粉煤灰的混凝土，早期強(qiáng)度提高的速度較快，但到后期時(shí)，強(qiáng)度的提升速度有所減緩；加入粉煤灰的混凝土，雖然早期強(qiáng)度的提升速度比較緩慢，但后期強(qiáng)度則提高較快，通常在15 d左右，其抗壓強(qiáng)度便可獲得快速提升。此外，粉煤灰摻量的多少，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有著不同的影響，加入的量越大，混凝土的強(qiáng)度反而越低，具體數(shù)值如表1所示。

表1　不同摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響表

2.2.2對(duì)抗凍及抗?jié)B性的影響

通過(guò)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰后的混凝土，抗凍性和抗?jié)B強(qiáng)度均高于設(shè)計(jì)要求。由于粉煤灰本身為細(xì)小的球狀玻璃體，它比水泥顆粒更細(xì)小，可對(duì)混凝土中較小的空隙進(jìn)行填充，有助于混凝土密實(shí)性的提升，故此，在混凝土拌制過(guò)程中，加入適量的粉煤灰能夠進(jìn)一步增強(qiáng)其抗?jié)B性能。同時(shí)，在加入適量粉煤灰的同時(shí)，再加入一定量的引氣劑，能夠增強(qiáng)混凝土的抗凍性。此外，粉煤灰的含水性能較好，它的加入能夠使混凝土拌合物的和易性及握裹力有所增強(qiáng)，不但有助于減少混凝土離析和泌水現(xiàn)象的發(fā)生，而且還能提高混凝土的流動(dòng)性，這對(duì)于泵送施工非常有利。

2.2.3對(duì)內(nèi)部溫度的影響

在該水利樞紐工程中，大壩、水電站的基礎(chǔ)等部位均采用大體積混凝土，為了在確保施工質(zhì)量的同時(shí)，獲取粉煤灰對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的影響數(shù)據(jù)，每澆筑100 m3以上的混凝土，對(duì)其內(nèi)部溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此來(lái)達(dá)到控制大體積混凝土內(nèi)外部溫度差的目的。為對(duì)混凝土內(nèi)部的溫度進(jìn)行有效測(cè)量，在澆筑時(shí)，將一根內(nèi)徑為25 mm的鋼管垂直埋于混凝土的中心部位，并使鋼管的上端漏出混凝土表面。對(duì)混凝土溫度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，用線繩將溫度計(jì)懸掉至鋼管內(nèi)，隨后對(duì)鋼管進(jìn)行封口處理，每隔2-3 h取出溫度計(jì)查看溫度值，1個(gè)工作日檢測(cè)3～4次。由于與混凝土四周所接觸的媒介溫度相對(duì)較低，致使這些部位的混凝土在凝結(jié)時(shí)熱量散失過(guò)快，溫度比較低，但中間部位的混凝土因熱量散失速度較為緩慢，所以其溫度相對(duì)較高。故此，將觀測(cè)位置選定為中心，可獲得混凝土內(nèi)部的最高溫度。通過(guò)監(jiān)測(cè)得到混凝土的內(nèi)部溫度值，其與未加粉煤灰的混凝土內(nèi)部值對(duì)比情況如表2所示。

表2　粉煤灰對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的影響表

由表2中的數(shù)值能夠清楚地看出，加入粉煤灰后能夠使混凝土的內(nèi)部溫度有效降低，在外界溫度相同的前提下，其與不加粉煤灰的混凝土相比，內(nèi)部溫度低10℃左右，這對(duì)于大體積混凝土澆筑時(shí)，內(nèi)外溫差的控制非常有利，可以進(jìn)一步縮小混凝土的內(nèi)外溫差，有助于混凝土整體質(zhì)量的提升。由測(cè)量過(guò)程可知，加入粉煤灰的混凝土，在澆注入倉(cāng)后，3 d前的溫升速度較為緩慢，3 d后的溫升速度有所加快，5 d左右達(dá)到峰值，之后緩慢降溫，28 d后逐步接近平均溫度值。

2.3粉煤灰的效益

在混凝土中摻入一定比例粉煤灰可有效改善混凝土的性能，節(jié)省水泥用量，有效降低工程成本。尤其在水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)領(lǐng)域中，粉煤灰是大壩混凝土的重要組分，與水泥、砂、石、水等組分一同被用于碾壓、泵送、水下澆筑以及大體積混凝土中，能夠制備出高、中、低各等級(jí)的混凝土。在混凝土施工中，可采用“雙摻”技術(shù)，將粉煤灰的平均摻量控制在總灰量的1/4，如果需要制備碾壓混凝土以滿足特殊施工工藝要求，那么可將粉煤灰的摻量提高到1/2。由于同等條件下，粉煤灰的價(jià)格僅為水泥價(jià)格的1/4，所以可大幅度降低水利工程中的水泥使用成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，粉煤灰摻入混凝土中還可以取得顯著的技術(shù)效益，具體表現(xiàn)為：粉煤灰可改善混凝土的和易性，使混凝土更加便于施工，加快施工進(jìn)度；粉煤灰可降低水泥水化熱，改良混凝土的性能，降低因溫度控制產(chǎn)生的成本；摻入粉煤灰的混凝土不易產(chǎn)生溫度裂縫，有效抑制堿與骨料產(chǎn)生反應(yīng)，有助于提高混凝土抗?jié)B指標(biāo)，保證水利工程質(zhì)量，延長(zhǎng)水利工程使用壽命。

2.4粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用前景

在混凝土中，粉煤灰具備火山灰活性作用，在吸收水泥中的氫氧化鈣后可生成硅酸鈣凝膠；微珠球狀顆粒可減少混凝土的泌水現(xiàn)象，增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，改善混凝土的和易性；因粉煤灰在混凝土中長(zhǎng)期內(nèi)仍以固體顆粒形態(tài)存在，可延緩水化反應(yīng)，起到填充骨料空隙的作用，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度；將適量粉煤灰摻入到混凝土中，可抑制堿骨料反應(yīng)，提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果研究表明，粉煤灰可有效改善混凝土性能，降低工程建設(shè)成本，提高工程經(jīng)濟(jì)效益，在水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用前景。

3　結(jié)論

綜上所述，在水利工程混凝土施工過(guò)程中，加入適量的粉煤灰能夠使混凝土的工作性能獲得進(jìn)一步改善，同時(shí)，還能提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。文章以新疆卡拉貝利工程為例，分析了粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性及內(nèi)部溫度的影響。研究結(jié)果表明，在混凝土拌制中，加入一定量的粉煤灰，不僅可以使混凝土的質(zhì)量得到提升，而且還能降低工程成本，由此可見(jiàn)，粉煤灰在水利工程領(lǐng)域中，具有一定的推廣使用價(jià)值。

［1］王艷紅，王志杰，張琳.粉煤灰在水利工程中的應(yīng)用前景分析［J］.河南建材，2014（8）：20-22.

［2］秦子鵬，杜應(yīng)吉，田艷.寒旱區(qū)水利工程大摻量粉煤灰混凝土試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013（9）：102-103.

［3］趙丙芳.摻加粉煤灰和硅粉混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究［D］.長(zhǎng)春工程學(xué)院，2015.

［4］肖建波.粉煤灰聚丙烯纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2012（9）：85-86.

［5］王浩宇，田穩(wěn)苓，卿龍邦，許雷.粉煤灰摻量對(duì)PVA纖維水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能影響研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2015（10）：132-134.

（責(zé)任編輯：左英勇）

TU 53

A

1673-8853（2016）06-0121-02

2016-01-25