□王显旭（新疆水利水电科学研究院）



水利工程项目粉煤灰的应用及前景预测

□王显旭（新疆水利水电科学研究院）

中国的水利水电行业在上个世纪50年代开始便在大坝的混凝土施工中掺入粉煤灰，是国内最早利用粉煤灰进行施工的行业之一，其为粉煤灰的应用奠定了基础。近年来，业内的专家学者加大了对粉煤灰的研究力度，也取得一定的成果，在混凝土拌制中，加入适量的粉煤灰能够有效改善混凝土的工作性能。基于此点，文章结合依托新疆卡拉贝利水利枢纽工程，对粉煤灰在该工程混凝土施工中的应用进行论述，并对其应用前景进行展望。

水利工程；粉煤灰；混凝土

1　粉煤灰的主要效应

粉煤灰是指在锅炉中待煤粉燃烧后由烟气带出的粉状残留物，属于火电工业的废料，其成分为硅质或硅铝质氧化物材料。通过大量试验研究表明，在建设工程中将粉煤灰按照一定比例掺入混凝土中能够起到以下效应：

1.1形态效应

在新拌混凝土中，受粉煤灰形态、粗细、级配、内外结构、密度、色度等特征的影响，会引起混凝土和易性和需水量的变化。对于优质粉煤灰而言，由于其玻璃微珠的颗粒含量大，在混凝土中能够促使水泥颗粒凝絮，减少混凝土的需水量，增强混凝土的流动性，所以可起到润滑作用。

1.2活性效应

在混凝土中，粉煤灰的硅质或硅铝质氧化物颗粒与水泥的水化产物发生二次反应，可生成致密的凝胶，成分以水化硅铝酸钙为主。二次反应产物可提高混凝土的耐久性，增加混凝土的强度，发挥粉煤灰的活性效应。

1.3微集料效应

在混凝土浆体中，未参与水化反应的粉煤灰微细颗粒呈均匀分布状况，相当于微细集料，其中10 μm粒径以下的实心微珠具备较高的抗压强度，最高超过700 MPa，可对水泥浆体起到增大抗压强度的效用。

除以上三大效应之外，粉煤灰在混凝土中还能够起到免疫效应，对混凝土中碱与骨料的反应起到抑制作用；泵送效应，增强混凝土的流动性，方便其泵送；减热效应，有效缓解大体积混凝土出现的水泥水化热现象。粉煤灰受自身质量的影响，对混凝土产生的效应也有所不同，只有符合质量标准的粉煤灰才能产生正效应。

2　水利工程施工建设中粉煤灰的应用

2.1工程概况

卡拉贝利水利枢纽是一座大（2）型水库，位于克孜河山区，具有防洪、灌溉、发电等功能。水库总库容量约为2.62亿m3，正常蓄水位1770 m，调节库容1.69亿m3，死水位1740.00 m，水电站的装机容量为70 MW。水库大坝的最大坝高为92.50 m，坝顶高程1775.50 m，坝顶宽12 m，坝长835 m；副坝最大坝高20 m，坝顶宽10 m，坝长528 m；防浪墙高程为1776.70 m。大坝为混凝土面板砂砾石坝，为提高大坝的耐久性和结构稳定性，决定采用高性能混凝土进行施工建设。在高性能混凝土配置的过程中，需要加入适量的粉煤灰，下面重点对粉煤灰在高性能混凝土配置中的应用进行分析。

2.2粉煤灰对混凝土性能的影响

2.2.1抗压强度

对同一强度等级的混凝土试块进行了试验，得出如下结果：没有添加粉煤灰的试块，3d抗压强度高于标准要求，28d时混凝土的强度能够达到设计强度的120%左右。加入粉煤灰的混凝土试块，3d时的抗压强度可达到标准值，28 d时的抗压强度可达到设计强度的110%左右，90 d后，其强度与不加粉煤灰的混凝土强度基本相同。通过比较可知，未加粉煤灰的混凝土，早期强度提高的速度较快，但到后期时，强度的提升速度有所减缓；加入粉煤灰的混凝土，虽然早期强度的提升速度比较缓慢，但后期强度则提高较快，通常在15 d左右，其抗压强度便可获得快速提升。此外，粉煤灰掺量的多少，对混凝土抗压强度有着不同的影响，加入的量越大，混凝土的强度反而越低，具体数值如表1所示。

表1　不同掺量对混凝土强度的影响表

2.2.2对抗冻及抗渗性的影响

通过对混凝土试块进行试验后发现，加入粉煤灰后的混凝土，抗冻性和抗渗强度均高于设计要求。由于粉煤灰本身为细小的球状玻璃体，它比水泥颗粒更细小，可对混凝土中较小的空隙进行填充，有助于混凝土密实性的提升，故此，在混凝土拌制过程中，加入适量的粉煤灰能够进一步增强其抗渗性能。同时，在加入适量粉煤灰的同时，再加入一定量的引气剂，能够增强混凝土的抗冻性。此外，粉煤灰的含水性能较好，它的加入能够使混凝土拌合物的和易性及握裹力有所增强，不但有助于减少混凝土离析和泌水现象的发生，而且还能提高混凝土的流动性，这对于泵送施工非常有利。

2.2.3对内部温度的影响

在该水利枢纽工程中，大坝、水电站的基础等部位均采用大体积混凝土，为了在确保施工质量的同时，获取粉煤灰对混凝土内部温度的影响数据，每浇筑100 m3以上的混凝土，对其内部温度变化进行监测，以此来达到控制大体积混凝土内外部温度差的目的。为对混凝土内部的温度进行有效测量，在浇筑时，将一根内径为25 mm的钢管垂直埋于混凝土的中心部位，并使钢管的上端漏出混凝土表面。对混凝土温度进行检测时，用线绳将温度计悬掉至钢管内，随后对钢管进行封口处理，每隔2-3 h取出温度计查看温度值，1个工作日检测3～4次。由于与混凝土四周所接触的媒介温度相对较低，致使这些部位的混凝土在凝结时热量散失过快，温度比较低，但中间部位的混凝土因热量散失速度较为缓慢，所以其温度相对较高。故此，将观测位置选定为中心，可获得混凝土内部的最高温度。通过监测得到混凝土的内部温度值，其与未加粉煤灰的混凝土内部值对比情况如表2所示。

表2　粉煤灰对混凝土内部温度的影响表

由表2中的数值能够清楚地看出，加入粉煤灰后能够使混凝土的内部温度有效降低，在外界温度相同的前提下，其与不加粉煤灰的混凝土相比，内部温度低10℃左右，这对于大体积混凝土浇筑时，内外温差的控制非常有利，可以进一步缩小混凝土的内外温差，有助于混凝土整体质量的提升。由测量过程可知，加入粉煤灰的混凝土，在浇注入仓后，3 d前的温升速度较为缓慢，3 d后的温升速度有所加快，5 d左右达到峰值，之后缓慢降温，28 d后逐步接近平均温度值。

2.3粉煤灰的效益

在混凝土中掺入一定比例粉煤灰可有效改善混凝土的性能，节省水泥用量，有效降低工程成本。尤其在水利工程项目施工建设领域中，粉煤灰是大坝混凝土的重要组分，与水泥、砂、石、水等组分一同被用于碾压、泵送、水下浇筑以及大体积混凝土中，能够制备出高、中、低各等级的混凝土。在混凝土施工中，可采用“双掺”技术，将粉煤灰的平均掺量控制在总灰量的1/4，如果需要制备碾压混凝土以满足特殊施工工艺要求，那么可将粉煤灰的掺量提高到1/2。由于同等条件下，粉煤灰的价格仅为水泥价格的1/4，所以可大幅度降低水利工程中的水泥使用成本，取得良好的经济效益。同时，粉煤灰掺入混凝土中还可以取得显著的技术效益，具体表现为：粉煤灰可改善混凝土的和易性，使混凝土更加便于施工，加快施工进度；粉煤灰可降低水泥水化热，改良混凝土的性能，降低因温度控制产生的成本；掺入粉煤灰的混凝土不易产生温度裂缝，有效抑制碱与骨料产生反应，有助于提高混凝土抗渗指标，保证水利工程质量，延长水利工程使用寿命。

2.4粉煤灰在水利工程中的应用前景

在混凝土中，粉煤灰具备火山灰活性作用，在吸收水泥中的氢氧化钙后可生成硅酸钙凝胶；微珠球状颗粒可减少混凝土的泌水现象，增强混凝土的流动性，改善混凝土的和易性；因粉煤灰在混凝土中长期内仍以固体颗粒形态存在，可延缓水化反应，起到填充骨料空隙的作用，增强混凝土的密实度；将适量粉煤灰掺入到混凝土中，可抑制碱骨料反应，提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力。通过实际应用效果研究表明，粉煤灰可有效改善混凝土性能，降低工程建设成本，提高工程经济效益，在水利工程项目施工建设领域具备良好的应用前景。

3　结论

综上所述，在水利工程混凝土施工过程中，加入适量的粉煤灰能够使混凝土的工作性能获得进一步改善，同时，还能提高工程的经济效益。文章以新疆卡拉贝利工程为例，分析了粉煤灰对混凝土抗压强度、抗冻性、抗渗性及内部温度的影响。研究结果表明，在混凝土拌制中，加入一定量的粉煤灰，不仅可以使混凝土的质量得到提升，而且还能降低工程成本，由此可见，粉煤灰在水利工程领域中，具有一定的推广使用价值。

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（责任编辑：左英勇）

TU 53

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