淺析粉煤灰在水利工程混凝土中的應用

摘 要： 以往在水利水電工程混凝土施工中摻用粉煤灰，提高了混凝土質量，降低工程造價。研究表明，粉煤灰具有適當降低混凝土的脆性和抑制早期開裂的性能。

關鍵詞： 粉煤灰；摻合；混凝土；影響

0概述

粉煤灰是從燃煤粉的電廠鍋爐氣中收集到的細粉末，其顆粒多數呈球形，表面光滑，色灰或渾灰。粉煤灰的松散容重為550～800kg/m3。粉煤灰的成分與高鋁粘土相接近，主要以玻璃體狀態存在，另有一部分莫來石、α石英、方解石及β硅酸二鈣等少量晶體礦物。

1991年國家制定的《粉煤灰混凝土應用技術規范》，1996年制定的《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》，是當前應用粉煤灰技術的規范依據。

1.粉煤灰的化學成分及性能

1.1粉煤灰的化學成分：粉煤灰的化學成分決定于煤的品種及燃燒條件。一般來講粉煤灰中的SiO2含量為45%～60%，AI2O3含量為20%～30%，Fe203含量為5%～10%。

粉煤灰的火山灰活性主要與Si02、Al2O3，及Fe203，的含量有關。而其燒失量主要與含碳量有關。當粉煤灰中的碳含量在8%以下時，對水泥的水化硬化就不會有什么影響。

1.2粉煤灰的性能：粉煤灰的主要性能為其細度、顆粒形狀、比重、容重、需水量與活性。

粉煤灰的細度不僅影響混凝土的和易性，還與粉煤灰的活性有關。通常顆粒愈細，活性愈大。

粉煤灰的需水量主要取決于其細度、顆粒形狀及顆粒表面狀態。一般常以需水量比即粉煤灰需水量與硅酸鹽水泥需水量之比來評價該項指標。

粉煤灰的活性是以其火山灰活性指標來表示。它主要取決于粉煤灰的化學成分、玻璃體含量、細度、顆粒形狀及顆粒表面狀態。各種試驗證明，粉煤灰的火山灰反應生成物與水泥的水化產物基本相同。隨著齡期的增長，粉煤灰的水山灰反應及粉煤灰與水泥水化產物的結合反應同時進行，因此摻粉煤灰混凝土的后期強度均有很大的提高。

2.粉煤灰摻合料對混凝土性能的影響

2.1對混凝土拌和物性能的影響。以粉煤灰取代部分水泥或集料，都能在保持混凝土原有和易性條件下減少用水量，一般來講，粉煤灰愈細，球形顆粒含量愈高，其減水效果愈好。如果摻粉煤灰而不減少用水量，則可改善混凝土的和易性并能減少混凝土的泌水率、防止離析。因而粉煤灰摻合料更適合于壓漿混凝土和泵送混凝土。

2.2對混凝土強度、耐久性等物理力學性能的影響。以粉煤灰取代部分水泥時，混凝土的早期強度可能稍有降低，但后期強度則與純混凝土相等或略高。水泥用量不變，以粉煤灰取代部分細集料時，混凝土的早期及后期強度均有提高。

由于以粉煤灰取代水泥或細集料都能減少混凝土的用水量，相應降低水灰比，因此能提高混凝土的密實性及抗滲性，并改善混凝土的抗化學侵蝕性。粉煤灰對混凝土的抗凍性略有不利影響，因此當對混凝土有特殊抗凍要求時，應在摻粉煤灰的同時，適當加入引氣劑，以滿足抗凍要求。

粉煤灰還能使混凝土的干縮減少5%左右，使混凝土的彈性模量大約提高5%～10%。粉煤灰摻合料還能減少混凝土的水化熱，防止大體積混凝土開裂，降低大壩施工期內溫控費用。

粉煤灰與混凝土中的Ca（OH）2發生反應后，明顯降低了混凝土的堿性，這對鋼筋防銹不利，應引起充分注意。

2.3結論

摻入粉煤灰能提高混凝土的拉壓比，降低混凝土的脆性；28d齡期時，摻30%粉煤灰的混凝土，其抗壓強度可達基準混凝土的0.85；粉煤灰的摻入還能抑制混凝土的早期塑性開裂，延緩第一條裂縫出現的時間，24h齡期內裂縫總面積較基準混凝土降低了25%。礦粉可降低混凝土的拉壓比，增加混凝土的脆性，加劇混凝土的早期開裂，使混凝土第一條裂縫出現的時間提前。飛灰混凝土的劈裂抗拉強度與抗壓強度不能同步發展，拉壓比較小，對混凝土的開裂極為不利。底渣的活性最弱，30%摻量下，底渣混凝土的28d抗壓強度僅為基準混凝土的0.56，但底渣混凝土的低抗壓強度使其拉壓比較大，降低了該混凝土的脆性；同時，由于低活性底渣造成的早期水化程度較低，使得該摻合料混凝土在24h齡期內未出現塑性開裂現象。

3.粉煤灰的技術要求

粉煤灰按其顆粒細度分為原狀灰及磨細灰，依其排放方式分為干排灰及濕排灰。由于粉煤灰的品質差異很大，因此使用時必須十分注意其品質波動情況，并按規定進行隨機抽樣試驗。干粉煤灰還特別容易吸潮，在運輸及保管過程中應十分注意保證質量。根據國家規范規定，將粉煤灰分為三個等級并作了相應的規定。

粉煤灰按其品質分為I、Ⅱ、Ⅲ三個等級。摻用于水工混凝土的粉煤灰品質指標和等級及檢測應按有關規定。

4.粉煤灰在水利工程中的應用

在混凝土或砂漿中粉煤灰可取代部分水泥，也可取代部分細集料，或既不取代水泥也不取代細集料。取代水泥又分為等量取代和超量取代。粉煤灰的摻用方式及適宜摻量主要取決于所要達到的目的和要求。

在水工混凝土中摻粉煤灰已取得的明顯效果，主要有改善混凝土的和易性，在運輸與澆筑過程中，減少混凝土的離析和泌水。減少混凝土水化熱溫升。提高混凝土抗環境水的硫酸鹽侵蝕和軟水溶出性侵蝕。提高混凝土的密實性和抗滲性。提高混凝土后期強度增長率和后期強度。緩和水泥中游離石灰和氧化鎂的有害影響，改善水泥的安定性。緩和活性集料與堿的有害反應。節約水泥、降低成本。

5.粉煤灰在水利工程混凝土中的作用及其社會效益

5.1 減少了混凝土的溫升。根據試驗資料表明，不摻粉煤灰的P42.5級大壩水泥的水化熱為85.84Cal/g，而在大壩水泥中摻入30%的粉煤灰，其水化熱僅為59.44Cal/g，即幾乎摻入百分之幾的粉煤灰，水化熱可以降低百分之幾，上述數字表明，摻入30%的粉煤灰，可以降低約30%的水化熱。

5.2有減水作用。由于粉煤灰的需水量比約94%，它具有稱之為“礦物減水劑”的作用，對二灘大壩混凝土摻入30%的粉煤灰，每立方米混凝土可少用膠材10kg左右，顯然，其效果不僅節約了膠材用量，并為前面所述的降低混凝土的絕對溫升作出了貢獻。

5.3改善了混凝土的和易性和提高混凝土抗滲能力。它使水泥顆粒“解絮”擴散，改善了混凝土的和易性，并且增加了粘聚性和澆筑的密實性，尤其對膠材用量少的貧混凝土效果更顯著。由于粉煤灰的致密作用，堵塞漿體中的毛細孔通道，有利于提高混凝土的抗滲能力，其耐久性也相應的得到了提高。

5.4節省了大量投資。由于混凝土中摻入粉煤灰后，降低了混凝土的絕對溫升，簡化了溫控措施的費用以及對混凝土性能的技術經濟效益，則是非常可觀的，尚難于具體數字來表達。

作者簡介：代小盼，女，（1986.02—），工程師，主要從事農田水利勘測設計工作。