粉煤灰在嚴寒地區水利工程中的應用淺析

郭淑婷（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊830000）

1 前言

新疆北部一流域是我國唯一流入北冰洋的河流，源出我國阿爾泰山西南坡，河流全長4256Km，流域面積162 萬Km2；號稱新疆第二大河流。

該流域上游水量充沛，落差集中，蘊藏著豐富的水能資源，計劃在鄂木斯克以上修建12 個梯級電站，總裝機440 萬Kw，年發電量152 億Kw·h。現在已修建3 座電站。另外還實施了500Km 的長距離供水水利工程。

筆者多年從事嚴寒地區水利工程材料質量管理工作，根據工作實際就粉煤灰在嚴寒地區水利工程中的應用研究，提出一些看法，以供參考。

2 粉煤灰在嚴寒地區水利工程中應用試驗研究

2.1 粉煤灰

它是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末。按排放方式分為干排灰及濕排灰；按收集方法分為靜電收塵灰及機械收塵灰。干排灰含水量小，活性降低較少，質量較好；靜電收塵灰顆粒細，質量好（1）。我工程均采用靜電收塵式干排灰。

2.2 原材料

原材料的質量對混凝土質量及混凝土板質量都有很大的影響。

①膠凝材料：水泥強度的波動將直接影響混凝土的強度。試驗選用屯河牌32.5R 普通硅酸鹽水泥，它是新疆名牌產品，質量信得過，性能穩定，其堿含量不超過0.6%。

②粗骨料：各級石子超遜徑顆粒含量的變化將改變混凝土級配的改變，并影響混凝土拌合物的和易性。試驗選用某料場小石：粒徑5～20mm；超 徑2.3%，遜 徑4.1%，針 片 狀 含 量8.4%，含泥量0.8%。

③細骨料：試驗選用某料場砂細度模數3.0～3.1，含泥量2.1%。砂、石料的選用符合“水工混凝土施工規范”技術標準。

④摻合料：粉煤灰在混凝土中具有火山灰活性作用，它吸收氫氧化鈣后生成碳酸鈣凝膠，成為膠凝材料的一部分；微珠球狀顆粒具有增大砂漿及混凝土流動性、減少泌水、改善混凝土和易性的作用；粉煤灰的水化反應很慢，它在混凝土中長期以固體顆粒形態存在，具有填充骨料空隙的作用，可提高混凝土密實性。試驗選用獨山子熱電廠Ⅰ級粉煤灰，含水率不大于0.3%（標準值不大于1.0%）。

⑤拌合水：砂石骨料含水量的變化對混凝土的水灰比影響極大，粗細骨料含水量超標是混凝土產生毛細孔及細微裂縫的主要原因并會使混凝土強度、耐久性變差。

⑥外加劑：試驗選用高星牌RH-2 高效早強減水劑，飛云牌AE 引氣減水劑。外加劑摻量按1m3混凝土膠凝材料中的水泥+粉煤灰用量之和計算。RH-2 的摻量0.4%。AE 的摻量0.35/萬（室內試驗摻量）

工地實際摻用量為：RH-2 摻量不變；摻20%粉煤灰的混凝土AE 摻量0.49/萬，摻25%粉煤灰的混凝土AE 摻量0.75/萬。

2.3 試驗結果

①混凝土抗壓強度試驗情況

工地現場從拌和機取樣做了不同齡期抗壓強度試驗，見表1。

表1 混凝土抗壓強度試驗結果

同時對混凝土預制板做了回彈強度檢驗，測得摻25%粉煤灰混凝土板3 天回彈強度為15.5Mpa。試驗結果表明，摻20～25%粉煤灰后完全可以滿足設計標號要求。

②混凝土抗凍、抗滲試驗情況

對摻用25%粉煤灰混凝土做了抗凍、抗滲試驗，結果見表2。

摻用25%粉煤灰混凝土抗滲標號不僅滿足W6 的設計標號而且超過設計標號，混凝土預制板的抗滲、抗凍性能均有提高。

表2 混凝土抗凍、抗滲試驗結果

3 粉煤灰在嚴寒地區水利工程中的應用

工程所在地土壤含堿較高，堿是混凝土及混凝土制品的最大殺手。為抑制堿—硅酸鹽活性骨料反應，提高混凝土及混凝土板的耐久性和使用壽命，考慮添加粉煤灰。粉煤灰是火力發電廠的工業廢渣，是一種常用的摻合料，在混凝土中添加粉煤灰摻合料可以節約水泥，改善混凝土性能，使其成為高性能混凝土、綠色混凝土[1]。在十幾年的水利工程建設中，我們對粉煤灰是逐步地了解認識、引入使用直到推廣應用。本文以摻用粉煤灰生產混凝土板試驗來闡述粉煤灰的作用。

3.1 工程所需粉煤灰的質量要求

根據《水工混凝土中摻用粉煤灰技術規范》DL/T5055-2007，工程所需粉煤灰等級及其品質指標見表3。

表3 粉煤灰的等級及其品質指標

根據本地區工程的特點：氣候嚴寒，最低溫度達-48℃，最高溫度達40℃，晝夜溫差大，同時氣候干燥且風大。如此嚴酷的氣候條件要求本地區的水工混凝土的強度、抗凍、抗滲等指標較高。要求選用C20 以上的混凝土強度等級，相應的均選用Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰。

3.2 工程采用混凝土配合比

某工程用混凝土預制板設計標號為：抗壓強度R28 為20MPa、抗滲標號W6、抗凍標號F200。摻20%粉煤灰使用1#混凝土配合比，摻25%粉煤灰使用2#混凝土配合比，其配合比各種材料用量見表4。

3.3 對混凝土拌和物的影響

經過試驗觀察，當摻20～25%粉煤灰后其混凝土拌和物的均勻性、粘聚性、和易性、泌水情況均有改善，優于不摻粉煤灰混凝土拌和物。見表5。

表4 混凝土配合比

表5 混凝土拌和物影響結果

3.4 對混凝土板收光摸面的影響

不摻粉煤灰普通混凝土預制板抹面收光通常要經三次：一次抹平，稍后二次收光，三次收光。摻用粉煤灰的混凝土由于增加了粘聚性，在抹平收光過程中較易收光，省時省力，改善了混凝土抹平收光的質量。

3.5 對混凝土板拆模和碼放時間的影響

摻粉煤灰混凝土拆模時間隨粉煤灰摻量增加略有減緩。在某料場10 月上旬氣候條件下(白天氣溫10～20℃)尚能拆模兩次。若在夏季炎熱氣候條件下施工摻用粉煤灰混凝土，因混凝土和易性和保水性能的提高，對其混凝土的質量震搗成型也將好于普通型。

拆模時間，摻20%粉煤灰預制混凝土板約需2.5～4 小時；摻25%粉煤灰預制混凝土板約需4～5 小時(當時氣溫為中午18～21 ℃，早晚13～17℃)。

碼放混凝土預制板的時間必須在混凝土終凝且達到一定強度后才能進行，不摻粉煤灰混凝土大概需要36～40 小時，而摻用25%粉煤灰后需延遲約7～8 小時，因而增加占用場地時間，需要有足夠的制板生產場地。

3.6 粉煤灰防止堿骨料反應

針對我工程所在地骨料中含有活性骨料并超過一定數量，必須采取相應的措施來防止堿骨料反應。除控制水泥含堿量，選用低堿水泥外，還應采用：

在水泥中摻入粉煤灰來抑制堿骨料反應的發生或減小其膨脹率。

采取防止外界水分滲入混凝土內部的措施，如混凝土表面防護等。

采用混凝土中摻入粉煤灰時與減水劑、引氣劑等外加劑同時摻用的雙摻技術。減水劑的摻入可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺點，引氣劑的摻用可以解決粉煤灰混凝土抗凍性較低的問題，在低溫條件下施工時宜摻入早強劑或防凍劑。

4 結語

根據試驗研究和在嚴寒地區水利工程的應用實踐表明：

①摻用20～25%粉煤灰混凝土拌和物在和易性、粘聚性、收漿抹面等情況都有明顯的改善。同時，采用摻25%粉煤灰混凝土可降低生產成本，按招標文件計算比不摻粉煤灰普通混凝土預制板每m3可節省13.63 元，按混凝土預制板總量30萬m3計算就可節省投資400 萬元以上。

②加強對粉煤灰混凝土的早期現場養護，保持濕潤，避免混凝土板早期干燥、收縮裂縫，保證灑水覆蓋養護不少于21 天。

③摻用粉煤灰后由于凝結時間和碼放板時間的延緩，需要考慮有較大的制板場地。

④建議粉煤灰的供應商按實際拌和用量來包裝，以便直接投料，避免造成環境污染。或與水泥廠家聯系，粉煤灰在水泥廠摻入更能保證其混凝土的拌和質量。

⑤合理利用粉煤灰有利于保護環境，降低建筑業能耗，獲得良好的社會效益和經濟效益。

[1]《水工混凝土中摻用粉煤灰技術規范》DL/T5055-2007