浅析粉煤灰在水利工程混凝土中的应用

摘 要： 以往在水利水电工程混凝土施工中掺用粉煤灰，提高了混凝土质量，降低工程造价。研究表明，粉煤灰具有适当降低混凝土的脆性和抑制早期开裂的性能。

关键词： 粉煤灰；掺合；混凝土；影响

0概述

粉煤灰是从燃煤粉的电厂锅炉气中收集到的细粉末，其颗粒多数呈球形，表面光滑，色灰或浑灰。粉煤灰的松散容重为550～800kg/m3。粉煤灰的成分与高铝粘土相接近，主要以玻璃体状态存在，另有一部分莫来石、α石英、方解石及β硅酸二钙等少量晶体矿物。

1991年国家制定的《粉煤灰混凝土应用技术规范》，1996年制定的《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》，是当前应用粉煤灰技术的规范依据。

1.粉煤灰的化学成分及性能

1.1粉煤灰的化学成分：粉煤灰的化学成分决定于煤的品种及燃烧条件。一般来讲粉煤灰中的SiO2含量为45%～60%，AI2O3含量为20%～30%，Fe203含量为5%～10%。

粉煤灰的火山灰活性主要与Si02、Al2O3，及Fe203，的含量有关。而其烧失量主要与含碳量有关。当粉煤灰中的碳含量在8%以下时，对水泥的水化硬化就不会有什么影响。

1.2粉煤灰的性能：粉煤灰的主要性能为其细度、颗粒形状、比重、容重、需水量与活性。

粉煤灰的细度不仅影响混凝土的和易性，还与粉煤灰的活性有关。通常颗粒愈细，活性愈大。

粉煤灰的需水量主要取决于其细度、颗粒形状及颗粒表面状态。一般常以需水量比即粉煤灰需水量与硅酸盐水泥需水量之比来评价该项指标。

粉煤灰的活性是以其火山灰活性指标来表示。它主要取决于粉煤灰的化学成分、玻璃体含量、细度、颗粒形状及颗粒表面状态。各种试验证明，粉煤灰的火山灰反应生成物与水泥的水化产物基本相同。随着龄期的增长，粉煤灰的水山灰反应及粉煤灰与水泥水化产物的结合反应同时进行，因此掺粉煤灰混凝土的后期强度均有很大的提高。

2.粉煤灰掺合料对混凝土性能的影响

2.1对混凝土拌和物性能的影响。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条件下减少用水量，一般来讲，粉煤灰愈细，球形颗粒含量愈高，其减水效果愈好。如果掺粉煤灰而不减少用水量，则可改善混凝土的和易性并能减少混凝土的泌水率、防止离析。因而粉煤灰掺合料更适合于压浆混凝土和泵送混凝土。

2.2对混凝土强度、耐久性等物理力学性能的影响。以粉煤灰取代部分水泥时，混凝土的早期强度可能稍有降低，但后期强度则与纯混凝土相等或略高。水泥用量不变，以粉煤灰取代部分细集料时，混凝土的早期及后期强度均有提高。

由于以粉煤灰取代水泥或细集料都能减少混凝土的用水量，相应降低水灰比，因此能提高混凝土的密实性及抗渗性，并改善混凝土的抗化学侵蚀性。粉煤灰对混凝土的抗冻性略有不利影响，因此当对混凝土有特殊抗冻要求时，应在掺粉煤灰的同时，适当加入引气剂，以满足抗冻要求。

粉煤灰还能使混凝土的干缩减少5%左右，使混凝土的弹性模量大约提高5%～10%。粉煤灰掺合料还能减少混凝土的水化热，防止大体积混凝土开裂，降低大坝施工期内温控费用。

粉煤灰与混凝土中的Ca（OH）2发生反应后，明显降低了混凝土的碱性，这对钢筋防锈不利，应引起充分注意。

2.3结论

掺入粉煤灰能提高混凝土的拉压比，降低混凝土的脆性；28d龄期时，掺30%粉煤灰的混凝土，其抗压强度可达基准混凝土的0.85；粉煤灰的掺入还能抑制混凝土的早期塑性开裂，延缓第一条裂缝出现的时间，24h龄期内裂缝总面积较基准混凝土降低了25%。矿粉可降低混凝土的拉压比，增加混凝土的脆性，加剧混凝土的早期开裂，使混凝土第一条裂缝出现的时间提前。飞灰混凝土的劈裂抗拉强度与抗压强度不能同步发展，拉压比较小，对混凝土的开裂极为不利。底渣的活性最弱，30%掺量下，底渣混凝土的28d抗压强度仅为基准混凝土的0.56，但底渣混凝土的低抗压强度使其拉压比较大，降低了该混凝土的脆性；同时，由于低活性底渣造成的早期水化程度较低，使得该掺合料混凝土在24h龄期内未出现塑性开裂现象。

3.粉煤灰的技术要求

粉煤灰按其颗粒细度分为原状灰及磨细灰，依其排放方式分为干排灰及湿排灰。由于粉煤灰的品质差异很大，因此使用时必须十分注意其品质波动情况，并按规定进行随机抽样试验。干粉煤灰还特别容易吸潮，在运输及保管过程中应十分注意保证质量。根据国家规范规定，将粉煤灰分为三个等级并作了相应的规定。

粉煤灰按其品质分为I、Ⅱ、Ⅲ三個等级。掺用于水工混凝土的粉煤灰品质指标和等级及检测应按有关规定。

4.粉煤灰在水利工程中的应用

在混凝土或砂浆中粉煤灰可取代部分水泥，也可取代部分细集料，或既不取代水泥也不取代细集料。取代水泥又分为等量取代和超量取代。粉煤灰的掺用方式及适宜掺量主要取决于所要达到的目的和要求。

在水工混凝土中掺粉煤灰已取得的明显效果，主要有改善混凝土的和易性，在运输与浇筑过程中，减少混凝土的离析和泌水。减少混凝土水化热温升。提高混凝土抗环境水的硫酸盐侵蚀和软水溶出性侵蚀。提高混凝土的密实性和抗渗性。提高混凝土后期强度增长率和后期强度。缓和水泥中游离石灰和氧化镁的有害影响，改善水泥的安定性。缓和活性集料与碱的有害反应。节约水泥、降低成本。

5.粉煤灰在水利工程混凝土中的作用及其社会效益

5.1 减少了混凝土的温升。根据试验资料表明，不掺粉煤灰的P42.5级大坝水泥的水化热为85.84Cal/g，而在大坝水泥中掺入30%的粉煤灰，其水化热仅为59.44Cal/g，即几乎掺入百分之几的粉煤灰，水化热可以降低百分之几，上述数字表明，掺入30%的粉煤灰，可以降低约30%的水化热。

5.2有减水作用。由于粉煤灰的需水量比约94%，它具有称之为“矿物减水剂”的作用，对二滩大坝混凝土掺入30%的粉煤灰，每立方米混凝土可少用胶材10kg左右，显然，其效果不仅节约了胶材用量，并为前面所述的降低混凝土的绝对温升作出了贡献。

5.3改善了混凝土的和易性和提高混凝土抗渗能力。它使水泥颗粒“解絮”扩散，改善了混凝土的和易性，并且增加了粘聚性和浇筑的密实性，尤其对胶材用量少的贫混凝土效果更显著。由于粉煤灰的致密作用，堵塞浆体中的毛细孔通道，有利于提高混凝土的抗渗能力，其耐久性也相应的得到了提高。

5.4节省了大量投资。由于混凝土中掺入粉煤灰后，降低了混凝土的绝对温升，简化了温控措施的费用以及对混凝土性能的技术经济效益，则是非常可观的，尚难于具体数字来表达。

作者简介：代小盼，女，（1986.02—），工程师，主要从事农田水利勘测设计工作。