粉煤灰混凝土工艺对水利建设质量的影响

摘要：水利工程中使用掺入粉煤灰的混凝土具有良好的经济效益与社会效益。水利工程与其它土木工程不同之处在于它对混凝土的防渗、抗磨、防冻等方面耐久性能有更高的要求。本文首先介绍了粉煤灰和混凝土的概念及特点，分析了混凝土中掺入粉煤灰对改善水利工程耐久性的作用。并针对粉煤灰混凝土早期强度不够的问题提出了解决办法。全面的阐述了粉煤灰混凝土对水利工程建设的影响。

关键词：粉煤灰；混凝土；早期强度

水是关系到人类生存发展的重要资源之一。我国是个洪涝灾害频发的国家，而且水资源分布不均匀，很多地区缺水严重。我们一方面，要合理的保护和利用水资源；另一方面，要防治洪涝灾害、水土流失等水资源给我们带来的灾难。水利工程的建设具有蓄水、防洪、固堤以及发电等作用，是现代人治水的重要手段。在水利工程的建设过程中，混凝土是最重要的材料之一。

1 粉煤灰混凝土相关的概念

1.1混凝土

配制混凝土要以沙子为细骨料，以石料为粗骨料，按照一定的比例添加水，用水泥作为胶凝材料。将粗骨料、细骨料、胶凝材料、水以及必要的化学外加剂通过均匀的搅拌成型，再经过养护硬化，最后形成的水泥混凝土就是通常意义上的混凝土。混凝土的配合比例不是固定不变的，一般根据集料质量以及工程要求会有所调整。

混凝土在土木工程中应用广泛：首先，混凝土制作所需要的材料普遍存在于自然界中，价格低廉。而且制作工艺简单易行，也适应水利工程中大量使用的需要；其次，混凝土具有良好的抗压性，比如C30等级的混凝土抗压强度可以达到30N/mm2，而且，在如此巨大的压力之下它几乎不会变形；最后，混凝土的综合耐久性较好，在不同的使用环境下，混凝土的外观完整以及强度保持能力较强。

1.2粉煤灰

煤燃烧后会产生大量的烟气，烟气中的细粉就是粉煤灰。我国主要依靠煤炭燃烧进行火力发电，这一过程中产生大量的粉煤灰，是一种会对环境造成严重污染的工业废渣。

2 混凝土中掺入粉煤灰的作用

在路桥、建筑等其他土木工程中，普通混凝土的耐久性基本可以满足要求。但是，由于混凝土是一种多孔材质，长期与水接触会遭到破坏，从而减少混凝土的使用寿命。因此，以混凝土为结构主体的水利工程对混凝土的防渗性、防冻性、抗压性、防腐蚀性、抗磨性以及抗裂性等耐久性能有更高的要求。适量的掺入粉煤灰有助于改善混凝土结构，提升混凝土的耐久性。

2.1改善混合料拌制和易性

拌制过程中影响拌和物和易性的主要因素有三种：首先是混合料的流动性，主要影响混凝土致密程度。二是混合料的粘聚性，影响混凝土的均匀程度。三是混合料的保水性，影响混凝土耐久度和强度。粉煤灰的构造是由玻璃球状体组成，他们大小不一，表面光滑，组成结构致密。用适量的粉煤灰取代水泥能起到拌制过程的作用。另外，粉煤灰颗粒相对于水泥颗粒具有粒径更小，颗粒更均匀的特点。散布在在水泥之中能有效抑制水泥颗粒之间的粘聚效应，从而使拌料中多余的水分排出，使坍落度得到明显改善。

2.2改善混凝土抗裂性

水泥中的铁相固溶体、铝酸三钙、硅酸二钙以及硅酸三钙等化学物质遇水都会发生水化反应，反应过程中会产生热量。如果在小型工程中，这些热量可以忽略不计。然而，水利工程是大体积工程，混凝土的使用量一般都比较大，水泥的用量也比较多。水化反应会生成大量的热量，如果不能及时得到释放，大量的水化热会使整体受热膨胀开裂，后果严重。粉煤灰中的化学成分遇水也会发生水化反应，但是释放出的热量非常低。在混凝土中掺入粉煤灰，减少了水泥用量，从而降低了整体温度升高值，减小了混凝土的冷却难度，使水化热造成的裂缝大大减少。另一方面，拌制过程中粉煤灰的加入，大大改善了混凝土的易和性，使混凝土结构更加致密紧实，也减缓了裂缝的出现。

2.3提高混凝土的耐久性

掺入到混凝土中的粉煤灰会与水泥中的氢氧化钙发生二次水化作用，生成水硬物质。一方面生成坚硬致密的水硬物质，能够填充混凝土的多孔结构，使整体更加密室，从而提高了混凝土的抗渗性。另一方面，氢氧化钙容易与硫酸盐和抗镁盐类发生反应，很容易受到腐蚀，通过二次水化作用能够将氢氧化钙的数量降低，提高混凝土的抗腐蚀性。水泥中还有一个不稳定因素，即游离碱。它易于混凝土中其它活性成分发生反应，生成物质容易吸水发生膨胀现象，造成混凝土开裂。这种碱集料反应发生时间一般在工程结束几年之后，难于治理，被称为混凝土的“癌症”。粉煤灰具有很好的吸附作用，而且表面积比较大，可以将水泥中的游离碱吸附过来并与之发生反应。游离碱的大量消耗减少了碱集料反应的发生概率，有效预防混凝土后期开裂现象。同时，粉煤灰的抗磨损性要高于水泥，有利于促进混凝土抗磨性的提高。

2.4粉煤灰的减水作用

通常情况下在混凝土中大量掺入其它矿物质粉会导致混合料需水量的增加。但是，粉煤灰却恰恰相反，掺入的粉煤灰具有减少混合料水的需求量。有学者认为粉煤灰是一种天然的减水剂，由于较强的吸附作用使粉煤灰颗粒吸附在水泥颗粒的表面，从而-起到一定的减水作用。同时，由于粉煤灰的形态效应和较差的吸水性，能与混凝土中的其它集料达到合理的配级，也能减少多余水分的滞留。混凝土中的水分减少，使得成型后的混凝土抗渗性和抗渗性都得到增强，整体结构也更加紧密结实，施I-'性能与普通混凝土相比也有所提高。虽然粉煤灰不及化学减水剂的减水能力强，但是综合利用价值比较高。

2.5经济价值与社会效益

粉煤灰本身就是一种工业废渣，价格低廉，掺入到混凝土中可以减少水泥的用量。一方面，变废为宝，降低了施工成本；另一方面，提高工程整体质量。经济效益与社会效益并存。

3 应用于水利建设的负面影响及解决办法

大型水利工程具有防洪泄水，蓄水固堤的作用。堤坝以及其它与水面经常发生接触的混凝土部分，由于常年受到水流的高速冲刷导致磨损严重。通常情况下，混凝土的强度是直接影响到抗磨性的关键因素。

粉煤灰的活化性质效应、形态特征效应以及微骨料效应统称为粉煤灰效应。这三种效应在混凝土中发挥作用，能使混凝土结构更加紧实致密，可大大增加混凝土的后期强度，从而提高水利工程混凝土部分的抗磨性。但是，相对于水泥来讲，粉煤灰的水化效应速度比较慢，从而影响到混凝土的早期强度。通过研究表明，当粉煤灰的掺入量小于10%的时候，混凝土强度会随掺入量不断的增多而降低，但是幅度较小。当掺入量超过10%，混凝土强度会随之大幅降低。

由于掺入粉煤灰的混凝土具有很高的经济效益与社会效益，10%的掺入量显然满足不了施工需要。用大掺量的粉煤灰替代水泥是发展环保型与节约型工程的必然趋势。我们可以通过掺入活性激发剂、泵送剂以及超细矿渣粉等外加剂的方法加快粉煤灰水化速度，能够有效的提高混凝土的早期强度。比如采取活性激发剂AV复合参加的措施，能使最高掺入50%粉煤灰的混凝土依然-保持较高的早期强度。将这种施工工艺应用水利工程建设中，能使混凝土早期强度和后期强度都得到良好的保障，有利于提高水利工程质量。