粉煤灰在碾压混凝土中的应用

浅谈粉煤灰在碾压混凝土中的应用（安徽水利开发股份有限公司——吴斌）摘要：碾压混凝土与常态混凝土的最大区别是低水泥用量、中胶凝材料、高掺粉煤灰。本文通过对粉煤灰在碾压混凝土应用的研究，分析了粉煤灰在碾压混凝土中的品质、特性、掺量、应用等性能，以及碾压混凝土快速筑坝技术的优势和特点。关键词：碾压混凝土、掺和料、粉煤灰1、引言：1.1、碾压混凝土配合比掺合料应用；多年来，我国的碾压混凝土筑坝技术得到了长足的发展。碾压混凝土筑坝技术在设计、施工、运行等方面充分展示了中国自己的特色，大量工程实践证明，碾压混凝土筑坝技术质量可信、可靠。无论是粉煤灰高掺、石粉利用、外加剂研究、变态混凝土等碾压混凝土施工，特别是碾压混凝土中掺用品种不同的掺和料，如粉煤灰、磷矿渣、凝灰岩、铁矿渣、辉绿岩、石灰石等微粉，形成了中国自己碾压混凝土筑坝的技术特点，使碾压混凝土筑坝技术日趋成熟。在碾压混凝土掺和料性能研究与应用方面，粉煤灰作为掺和料始终占主导地位。1.2、碾压混凝土筑坝技术在安徽省水电工程中的应用和发展；安徽省西南部中小水电发展很快，当前分别在金寨县、霍山县兴建流波水电站和白莲崖水库，拦河坝均采用碾压混凝土筑坝技术，流波水电站由安徽水利开发股份有限公司投资建设，采用碾压混凝土单曲拱坝，2004年开工，目前工程正在验收阶段。白莲崖拦河坝为碾压混凝土抛物线双曲变厚拱坝，最大坝高104.6m，坝顶弧长421.86m，在2006年开工建设。2、粉煤灰的性能和特点：2.1、粉煤灰的物理性能；粉煤灰作为工业废料，物理性能主要为密度、堆积密度、细度、颗粒形貌、需水量、颗粒级配（粒经分布）等。影响粉煤灰物理性质的因素也比较多，认识与了解粉煤灰的物理性质对粉煤灰在碾压混凝土应用是非常重要的。2.1.1密度。我省平圩电厂生产的粉煤灰密度2.11g/cm3，粉煤灰的密度对粉煤灰质量评定和控制具有一定的意义，如果密度发生变化，在一定程度上表明其质量的波动。通常影响粉煤灰密度最主要的因素为CaO的含量，一般低钙粉煤灰（CaO的含量不大于10%）密度通常比较低，且变化范围比较大，高钙粉煤灰（CaO的含量大于10%）的密度平均要比低钙粉煤灰的密度高19%左右。2.1.2细度。粉煤灰作为副产品所具有的利用价值，很大程度上是因为粉煤灰为很细的颗粒，具有很大的比表面积，因此细度是粉煤灰非常重要的性能指标。粉煤灰的颗粒粒径主要分布在0.5～300μm的范围内，其中玻璃微珠的粉煤灰范围0.5～100μm，但大部分在45μm以下。2.1.3颗粒形貌。观察粉煤灰的颗粒形貌必须借助显微镜和扫描电镜以及其他手段。平圩电厂生产的一级粉煤灰颗粒极细且多数颗粒为球形。2.1.4需水性。需水量对于粉煤灰的应用是非常重要的物理性能指标。粉煤灰的需水量可以定义为粉煤灰和水的混合物达到某一流动度情况下所需的水量，粉煤灰的需水量越小，其工程利用价值越高。影响需水量的主要因素为粉煤灰的细度、颗粒形貌、颗粒级配，此外还与粉煤灰的密度、烧失量高低有很大关系。2.1.5抗压强度比。粉煤灰作为水泥混凝土掺和料主要是利用其火山灰活性，抗压强度比可以比较准确表示粉煤灰这种性质。2.2、粉煤灰的化学性能；2.2.1化学组成。粉煤灰的化学组成很大程度上取决于原煤的无机物组成和燃烧条件。粉煤灰中的元素可分为主要元素和微量元素，此外另一个重要的化学组成为未燃碳份，这些未燃碳份对粉煤灰的应用影响非常大。不同地区粉煤灰的化学组成差异非常大。2.2.2烧失量。大量试验显示，粒径越大粉煤灰的含碳量越高，小于45μm的粉煤灰颗粒中含碳量非常低。因此提高粉煤灰的细度可以很大程度降低粉煤灰的含碳量，换句话说，粉煤灰越粗，含碳量必然升高。2.2.3火山灰性质。硅质或铝硅质材料本身不具有或只有很弱的胶凝性质，但在水存在的情况下与CaO化合将会形成水硬性固体，这种性质称为火山灰性质。由于硅酸盐水泥水化时产生Ca（OH）2，如果粉煤灰与硅酸盐水泥混合，粉煤灰将会与水泥水化产物Ca（OH）2进行二次水化反应，且这种反映速度比粉煤灰—石灰混合物要快。因此采用粉煤灰代替部分水泥用于配制混凝土或水泥砂浆，然后以抗压强度与基准混凝土或水泥砂浆的抗压强度的比值，就可以反映粉煤灰的火山灰活性高低，比值越高，即表明粉煤灰火山灰活性越高。3、掺粉煤灰碾压混凝土应用2004年金寨流波水电站工程采用全断面三级配碾压混凝土筑坝技术，坝体采用碾压混凝土自身防渗，在坝体上下游分别采用80-150cm和50cm三级配变态混凝土坝体防渗层，与坝体同时铺筑。3.1、配合比设计；我国在90年代后期主要大坝三级配碾压混凝土掺用粉煤灰C9020MPa约在50%～60%范围，影响粉煤灰掺量的主要因素是碾压混凝土设计指标、龄期、粉煤灰等级等，如极限拉伸值、抗冻等级与设计标号不相匹配，设计龄期大多数采用90d，这样制约了粉煤灰混凝土后期强度的利用，增加了大坝的温控负担，使粉煤灰后期强度的优势潜力未完全充分发挥。4、高掺量粉煤灰碾压混凝土施工：4.1、高掺量粉煤灰碾压混凝土施工时温度控制。碾压混凝土的温控是一项重要的施工技术课题，一方面在配合比设计时尽可能少用水泥，多用粉煤灰，掺用良好性能的缓凝高效减水剂；另一方面在施工中采用预冷原材料、制冷水拌制碾压混凝土、运输过程及仓面喷雾覆盖、埋冷水管等一系列温控措施。4.2、低VC值。高可塑性的碾压混凝土采用低VC值在施工上极为有利，首先最直接的效果就是提高了碾压混凝土的可碾性、层间结合能力和抗骨料分离的能力；其次有利于激振力的传播，使碾压混凝土密实度更大，更有利于振动机械作业。高可塑性的碾压混凝土其可塑性取决于合理的胶材用量、适宜的石粉含量、高性能的外加剂和较低的VC值控制。流波水电站碾压混凝土坝前期采用了5～9s，碾压混凝土可塑性较差，碾压混凝土层面结合强度偏低，抗渗效果较差。白莲崖水库碾压混凝土采用了较低VC值。从配合比设计和现场工艺来看，VC值在3～5s时明显比5～7s时提高了碾压混凝土的层间结合和抗裂性能。5、高掺粉煤灰对混凝土抗炭化性能的影响：5.1、影响混凝土炭化深度主要因素。碾压混凝土高掺粉煤灰的耐久性特别是抗炭化问题是比较关注的问题。所谓混凝土炭化指水泥石的水化产物与环境中的二氧化碳作用，生成硅酸盐或其他物质的现象。影响炭化深度的主要因素：1）外界环境的CO2浓度；2）内部化学因素，即能与CO2反应的物质的性质及数量（主要有Ca（OH）2、少量NaOH和KOH、水化硅酸钙），如果在混凝土中这些反应物质越多，炭化的进度就必然越慢。3）内部的物质和物理化学因素，这些化学因素是指CO2对混凝土由表及里的扩散。扩散的通道主要是贯穿混凝土中的毛细孔，而扩散的速度取决于孔隙大小和孔隙率。5.2、粉煤灰掺量与炭化关系。粉煤灰作为火山灰质掺和料，取代大量水泥，单位体积内水泥含量降低，水泥含量的缄减少。因此，粉煤灰大量掺入混凝土中，一方面形成混凝土缄含量和吸收CO2的能力大幅度下降；另一方面，粉煤灰的火山灰反应在一定程度上改善混凝土的孔结构，提高混凝土密实度。二氧化碳的侵入越来越困难，抗炭化性能后期较好。5.3、施工方式与炭化的关系的影响。碾压混凝土虽然粉煤灰掺量高，由于其用水量少，采用振动碾压施工方式，密实性非常好，孔隙率要比常态混凝土小得多。与常态混凝土比，炭化影响少得多。6、结束语。碾压混凝土配合比的合理设计，采用高掺量粉煤灰和低水泥用量，提高碾压混凝土的可碾性、层间结合能力，以及混凝土绝热温升低，充分发挥碾压混凝土快速筑坝施工技术，全断面薄层碾压、连续上升的施工工艺，为大仓面、高碾压混凝土坝积累丰富的经验。参考文献1、张严明王圣培潘罗生中国碾压混凝土坝20年—从坑口坝到龙滩坝的跨越中国水利水电出版社2、刘秉京（第二版）混凝土技术。人民交通出版社，2004。