水利工程項目粉煤灰的應用及前景預測

□王顯旭（新疆水利水電科學研究院）

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水利工程項目粉煤灰的應用及前景預測

□王顯旭（新疆水利水電科學研究院）

中國的水利水電行業在上個世紀50年代開始便在大壩的混凝土施工中摻入粉煤灰，是國內最早利用粉煤灰進行施工的行業之一，其為粉煤灰的應用奠定了基礎。近年來，業內的專家學者加大了對粉煤灰的研究力度，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。基于此點，文章結合依托新疆卡拉貝利水利樞紐工程，對粉煤灰在該工程混凝土施工中的應用進行論述，并對其應用前景進行展望。

水利工程；粉煤灰；混凝土

1　粉煤灰的主要效應

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，屬于火電工業的廢料，其成分為硅質或硅鋁質氧化物材料。通過大量試驗研究表明，在建設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：

1.1形態效應

在新拌混凝土中，受粉煤灰形態、粗細、級配、內外結構、密度、色度等特征的影響，會引起混凝土和易性和需水量的變化。對于優質粉煤灰而言，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，增強混凝土的流動性，所以可起到潤滑作用。

1.2活性效應

在混凝土中，粉煤灰的硅質或硅鋁質氧化物顆粒與水泥的水化產物發生二次反應，可生成致密的凝膠，成分以水化硅鋁酸鈣為主。二次反應產物可提高混凝土的耐久性，增加混凝土的強度，發揮粉煤灰的活性效應。

1.3微集料效應

在混凝土漿體中，未參與水化反應的粉煤灰微細顆粒呈均勻分布狀況，相當于微細集料，其中10 μm粒徑以下的實心微珠具備較高的抗壓強度，最高超過700 MPa，可對水泥漿體起到增大抗壓強度的效用。

除以上三大效應之外，粉煤灰在混凝土中還能夠起到免疫效應，對混凝土中堿與骨料的反應起到抑制作用；泵送效應，增強混凝土的流動性，方便其泵送；減熱效應，有效緩解大體積混凝土出現的水泥水化熱現象。粉煤灰受自身質量的影響，對混凝土產生的效應也有所不同，只有符合質量標準的粉煤灰才能產生正效應。

2　水利工程施工建設中粉煤灰的應用

2.1工程概況

卡拉貝利水利樞紐是一座大（2）型水庫，位于克孜河山區，具有防洪、灌溉、發電等功能。水庫總庫容量約為2.62億m3，正常蓄水位1770 m，調節庫容1.69億m3，死水位1740.00 m，水電站的裝機容量為70 MW。水庫大壩的最大壩高為92.50 m，壩頂高程1775.50 m，壩頂寬12 m，壩長835 m；副壩最大壩高20 m，壩頂寬10 m，壩長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構穩定性，決定采用高性能混凝土進行施工建設。在高性能混凝土配置的過程中，需要加入適量的粉煤灰，下面重點對粉煤灰在高性能混凝土配置中的應用進行分析。

2.2粉煤灰對混凝土性能的影響

2.2.1抗壓強度

對同一強度等級的混凝土試塊進行了試驗，得出如下結果：沒有添加粉煤灰的試塊，3d抗壓強度高于標準要求，28d時混凝土的強度能夠達到設計強度的120%左右。加入粉煤灰的混凝土試塊，3d時的抗壓強度可達到標準值，28 d時的抗壓強度可達到設計強度的110%左右，90 d后，其強度與不加粉煤灰的混凝土強度基本相同。通過比較可知，未加粉煤灰的混凝土，早期強度提高的速度較快，但到后期時，強度的提升速度有所減緩；加入粉煤灰的混凝土，雖然早期強度的提升速度比較緩慢，但后期強度則提高較快，通常在15 d左右，其抗壓強度便可獲得快速提升。此外，粉煤灰摻量的多少，對混凝土抗壓強度有著不同的影響，加入的量越大，混凝土的強度反而越低，具體數值如表1所示。

表1　不同摻量對混凝土強度的影響表

2.2.2對抗凍及抗滲性的影響

通過對混凝土試塊進行試驗后發現，加入粉煤灰后的混凝土，抗凍性和抗滲強度均高于設計要求。由于粉煤灰本身為細小的球狀玻璃體，它比水泥顆粒更細小，可對混凝土中較小的空隙進行填充，有助于混凝土密實性的提升，故此，在混凝土拌制過程中，加入適量的粉煤灰能夠進一步增強其抗滲性能。同時，在加入適量粉煤灰的同時，再加入一定量的引氣劑，能夠增強混凝土的抗凍性。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，不但有助于減少混凝土離析和泌水現象的發生，而且還能提高混凝土的流動性，這對于泵送施工非常有利。

2.2.3對內部溫度的影響

在該水利樞紐工程中，大壩、水電站的基礎等部位均采用大體積混凝土，為了在確保施工質量的同時，獲取粉煤灰對混凝土內部溫度的影響數據，每澆筑100 m3以上的混凝土，對其內部溫度變化進行監測，以此來達到控制大體積混凝土內外部溫度差的目的。為對混凝土內部的溫度進行有效測量，在澆筑時，將一根內徑為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。對混凝土溫度進行檢測時，用線繩將溫度計懸掉至鋼管內，隨后對鋼管進行封口處理，每隔2-3 h取出溫度計查看溫度值，1個工作日檢測3～4次。由于與混凝土四周所接觸的媒介溫度相對較低，致使這些部位的混凝土在凝結時熱量散失過快，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，所以其溫度相對較高。故此，將觀測位置選定為中心，可獲得混凝土內部的最高溫度。通過監測得到混凝土的內部溫度值，其與未加粉煤灰的混凝土內部值對比情況如表2所示。

表2　粉煤灰對混凝土內部溫度的影響表

由表2中的數值能夠清楚地看出，加入粉煤灰后能夠使混凝土的內部溫度有效降低，在外界溫度相同的前提下，其與不加粉煤灰的混凝土相比，內部溫度低10℃左右，這對于大體積混凝土澆筑時，內外溫差的控制非常有利，可以進一步縮小混凝土的內外溫差，有助于混凝土整體質量的提升。由測量過程可知，加入粉煤灰的混凝土，在澆注入倉后，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，節省水泥用量，有效降低工程成本。尤其在水利工程項目施工建設領域中，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、低各等級的混凝土。在混凝土施工中，可采用“雙摻”技術，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，粉煤灰的價格僅為水泥價格的1/4，所以可大幅度降低水利工程中的水泥使用成本，取得良好的經濟效益。同時，粉煤灰摻入混凝土中還可以取得顯著的技術效益，具體表現為：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，降低因溫度控制產生的成本；摻入粉煤灰的混凝土不易產生溫度裂縫，有效抑制堿與骨料產生反應，有助于提高混凝土抗滲指標，保證水利工程質量，延長水利工程使用壽命。

2.4粉煤灰在水利工程中的應用前景

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?？蓽p少混凝土的泌水現象，增強混凝土的流動性，改善混凝土的和易性；因粉煤灰在混凝土中長期內仍以固體顆粒形態存在，可延緩水化反應，起到填充骨料空隙的作用，增強混凝土的密實度；將適量粉煤灰摻入到混凝土中，可抑制堿骨料反應，提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力。通過實際應用效果研究表明，粉煤灰可有效改善混凝土性能，降低工程建設成本，提高工程經濟效益，在水利工程項目施工建設領域具備良好的應用前景。

3　結論

綜上所述，在水利工程混凝土施工過程中，加入適量的粉煤灰能夠使混凝土的工作性能獲得進一步改善，同時，還能提高工程的經濟效益。文章以新疆卡拉貝利工程為例，分析了粉煤灰對混凝土抗壓強度、抗凍性、抗滲性及內部溫度的影響。研究結果表明，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量得到提升，而且還能降低工程成本，由此可見，粉煤灰在水利工程領域中，具有一定的推廣使用價值。

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（責任編輯：左英勇）

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