粉煤灰混凝土在沁北三期冷卻塔、煙囪工程中的技術應用

李真 李亞林

一、問題的提出

長期以來，在發電廠煙囪、冷卻塔施工中混凝土強度成為配合比設計以及生產和應用的首要性能指標。冷卻塔工程鋼筋混凝土設計上均為具有抗凍、抗滲性的水工混凝土，而且北方地區施工的多為高抗凍融性混凝土（F300），故同強度水工混凝土水泥摻入量較之基準混凝土增大很多，尤其是在泵送混凝土時坍落度要求較大，使得混凝土用水量增大，而在設計上水灰比有限定的條件下一般只能通過使用外加劑和增加水泥用量的辦法來調節，導致混凝土中水泥摻量進一步加大、混凝土施工成本增加。眾所周知，生產水泥能源消耗大，環境污染高，生產粉煤灰，卻能節約能源、減少環境污染。

所以，如何使煙囪、冷卻塔混凝土在滿足設計要求的前提下，減少水泥用量，降低混凝土成本、提高社會經濟及環境效益的問題就擺在了我們的面前。粉煤灰作為一種人工火山灰質材料，在混凝土中作為摻合料，可以改善性能，節約水泥，提高工程質量和降低成本，而粉煤灰作為一種摻合料取代部分水泥使用的實例和成功經驗較少，需要通過工程實踐增加對粉煤灰混凝土的研究與總結。在本工程中，我們對煙囪、冷卻塔使用的混凝土通過大量摻入粉煤灰的實踐，積累了一定的經驗，以期能對推動粉煤灰的應用提供參考。

二、粉煤灰分類及應用技術原理

粉煤灰是從電廠煤灰爐排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末，根據其物理化學性能，按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》GB1596-2005分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，Ⅰ級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和跨度小于6m的預應力鋼筋混凝土；Ⅱ級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和無筋混凝土；Ⅲ級粉煤灰主要用于無筋混凝土。又據其礦物組成，可將其分成高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰。混凝土中應用粉煤灰，以低鈣粉煤灰及Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰為主。

粉煤灰是人工火山灰質材料，本身并無膠凝性能，只有在Ca（OH）2存在的條件下，才能在有水的條件下發生化學反應，生成具有膠凝性能的水化產物，而后漸漸具備水硬性。

三、工程概況及施工要求

華能沁北電廠三期冷卻塔、煙囪工程，由河南華能沁北發電有限責任公司建設。設計有5#、6#兩座自然通風雙曲線型冷卻塔和一座240米煙囪工程。

冷卻塔工程每座塔淋水面積為12000m2，塔高169.7m。冷卻塔結構分為兩部分：塔筒和塔芯。兩座塔鋼筋混凝土總量約50000立方米，為具抗凍、抗滲性要求的C30混凝土（F150W6、F200W8）。

煙囪工程主體為雙筒結構，環板基礎（C30）和杯型環壁（C40），零米以上筒身工程由鋼筋混凝土外筒（分C40、C35、C30標號），耐酸砌塊砌筑內筒組成，壁筒內襯八道鋼平臺，總混凝土量約為6000立方米。

四、本工程中粉煤灰混凝土應用技術總結

1、粉煤灰混凝土材料組成

1.1水泥：采用河南濟源市太行水泥有限公司生產的“愚公”牌普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5，散裝。

1.2粗骨料：為河南濟源市當地生產、Ⅱ類5～25mm碎石，屬連續級配。

1.3細骨料：砂子為河南汝陽市生產河砂、細度模數2.3～2.6、Ⅱ類中砂。

1.4外加劑：冷卻塔使用的外加劑主要為山西凱迪建材有限公司生產、KDNOF-5引氣減水劑，摻量0.8%，減水率15.5%，含氣量4.0%。煙囪使用外加劑為河南孟州市新型砼外加劑廠生產、FDN-1000高效減水劑，摻量0.6%，減水率14.6%。

1.5粉煤灰：河南沁北電廠生產，F類、Ⅱ級粉煤灰，不摻加其它摻合料。

2、粉煤灰混凝土配合比試配

2.1按《粉煤灰混凝土應用技術規范》GBJ146-90規定的采用超量取代法時，粉煤灰超量系數按Ⅱ級粉煤灰，超量系數按1.3～1.7取用，試驗室配合比試配實際取用系數1.3。

2.2本項目粉煤灰混凝土常用配合比設計情況

根據試驗室配合比試配情況，摻粉煤灰的混凝土抗壓強度有隨粉煤灰摻量的增加而降低的趨勢，且其抗壓強度均低于不摻粉煤灰的混凝土抗壓強度。

粉煤灰混凝土比基準混凝土抗滲性能有所提高，這在于火山灰反應，使普通混凝土內性能不穩定的氫氧化鈣轉為結構上致密，性能上穩定的膠凝物質，使其提高了混凝土的抗滲性。

根據冷卻塔水工混凝土抗滲、抗凍要求，粉煤灰應與各類外加劑同時使用，如引氣劑（必須）、減水劑等。在低溫條件下施工時，宜摻入對粉煤灰混凝土無害的早強劑或防凍劑，并應采取適當的保溫措施。

2.3施工操作：

粉煤灰主要采用干摻法為宜，單獨計量，與水泥、砂、石、水等材料按規定次序加入攪拌機進行攪拌，以重量計稱量誤差不得超過±2%，拌合物必須攪拌均勻，其攪拌時間應比基準混凝土延長10～30秒。

澆筑時不得漏振或過振，振搗后的粉煤灰表面不得出現明顯的粉煤灰浮漿層。

應加強養護，時間不得少于14天，干燥或炎熱氣候條件的不得少于21天。

上述過程與基準混凝土基本相同。

2.4粉煤灰混凝土的檢驗：

主要以坍落度、抗壓強度進行檢驗，由于摻入引氣型外加劑應同時增測含氣量，每班應至少測定2次含氣量。總體來看，粉煤灰混凝土操作起來難易程度與基準混凝土差不多，并未增加過多的內容，操作容易。

2.5從現場混凝土質量情況來看，粉煤灰混凝土與未摻入粉煤灰的基準混凝土相比，改善了攪拌混凝土的和易性、均勻性、泌水性及可泵性，混凝土試塊強度均達到要求強度，經統計多數達到115%以上，混凝土抗滲、抗凍性能試驗均達到抗滲、抗凍性能要求。尤其在環基等大體積混凝土施工時延長新拌混凝土的凝結時間，延緩了高溫時間的出現和混凝土放熱速率，避免了大體積混凝土表面出現溫度裂縫的常見質量問題。同時，對電廠冷卻塔易出現的淋水構件堿骨料反應也會有抑制作用。

五、粉煤灰混凝土應用優點及推廣應用前景

由于粉煤灰的加入既代替了部分水泥，又改善了攪拌混凝土的和易性、均勻性、泌水性、可泵性，這樣可減少用水量，并延長新拌混凝土的凝結時間，對提高后期強度、抑制堿骨料反應都有好處，尤其對降低水化熱、延緩放熱速率使大體積混凝土澆筑后不開裂甚為有利。粉煤灰是電廠燃煤的主要副產品，我們主要以施工電廠煙囪、冷卻塔的專業化的施工單位，尤其在施工具有抗滲、抗凍性能要求的冷卻塔水工混凝土施工中，大量摻入粉煤灰，在擴建、改建電廠工程上具有取、用方便的優勢，可以大大節約混凝土成本，提高施工單位經濟效益。

目前我國年排放粉煤灰約11000萬噸，利用率為42%，主要應用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰作為工業“三廢”之一，隨著工業的發展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應用粉煤灰不僅能節約土地和能源，而且能保護和治理環境，粉煤灰應用前景十分廣闊。