粉煤灰混凝土在沁北三期冷卻塔、煙囪工程中的技術(shù)應(yīng)用

李真 李亞林

一、問題的提出

長(zhǎng)期以來(lái)，在發(fā)電廠煙囪、冷卻塔施工中混凝土強(qiáng)度成為配合比設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)和應(yīng)用的首要性能指標(biāo)。冷卻塔工程鋼筋混凝土設(shè)計(jì)上均為具有抗凍、抗?jié)B性的水工混凝土，而且北方地區(qū)施工的多為高抗凍融性混凝土（F300），故同強(qiáng)度水工混凝土水泥摻入量較之基準(zhǔn)混凝土增大很多，尤其是在泵送混凝土?xí)r坍落度要求較大，使得混凝土用水量增大，而在設(shè)計(jì)上水灰比有限定的條件下一般只能通過使用外加劑和增加水泥用量的辦法來(lái)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致混凝土中水泥摻量進(jìn)一步加大、混凝土施工成本增加。眾所周知，生產(chǎn)水泥能源消耗大，環(huán)境污染高，生產(chǎn)粉煤灰，卻能節(jié)約能源、減少環(huán)境污染。

所以，如何使煙囪、冷卻塔混凝土在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，減少水泥用量，降低混凝土成本、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益的問題就擺在了我們的面前。粉煤灰作為一種人工火山灰質(zhì)材料，在混凝土中作為摻合料，可以改善性能，節(jié)約水泥，提高工程質(zhì)量和降低成本，而粉煤灰作為一種摻合料取代部分水泥使用的實(shí)例和成功經(jīng)驗(yàn)較少，需要通過工程實(shí)踐增加對(duì)粉煤灰混凝土的研究與總結(jié)。在本工程中，我們對(duì)煙囪、冷卻塔使用的混凝土通過大量摻入粉煤灰的實(shí)踐，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，以期能對(duì)推動(dòng)粉煤灰的應(yīng)用提供參考。

二、粉煤灰分類及應(yīng)用技術(shù)原理

粉煤灰是從電廠煤灰爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，根據(jù)其物理化學(xué)性能，按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》GB1596-2005分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，Ⅰ級(jí)粉煤灰適用于鋼筋混凝土和跨度小于6m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；Ⅱ級(jí)粉煤灰適用于鋼筋混凝土和無(wú)筋混凝土；Ⅲ級(jí)粉煤灰主要用于無(wú)筋混凝土。又據(jù)其礦物組成，可將其分成高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰?；炷林袘?yīng)用粉煤灰，以低鈣粉煤灰及Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)粉煤灰為主。

粉煤灰是人工火山灰質(zhì)材料，本身并無(wú)膠凝性能，只有在Ca（OH）2存在的條件下，才能在有水的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化產(chǎn)物，而后漸漸具備水硬性。

三、工程概況及施工要求

華能沁北電廠三期冷卻塔、煙囪工程，由河南華能沁北發(fā)電有限責(zé)任公司建設(shè)。設(shè)計(jì)有5#、6#兩座自然通風(fēng)雙曲線型冷卻塔和一座240米煙囪工程。

冷卻塔工程每座塔淋水面積為12000m2，塔高169.7m。冷卻塔結(jié)構(gòu)分為兩部分：塔筒和塔芯。兩座塔鋼筋混凝土總量約50000立方米，為具抗凍、抗?jié)B性要求的C30混凝土（F150W6、F200W8）。

煙囪工程主體為雙筒結(jié)構(gòu)，環(huán)板基礎(chǔ)（C30）和杯型環(huán)壁（C40），零米以上筒身工程由鋼筋混凝土外筒（分C40、C35、C30標(biāo)號(hào)），耐酸砌塊砌筑內(nèi)筒組成，壁筒內(nèi)襯八道鋼平臺(tái)，總混凝土量約為6000立方米。

四、本工程中粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)總結(jié)

1、粉煤灰混凝土材料組成

1.1水泥：采用河南濟(jì)源市太行水泥有限公司生產(chǎn)的“愚公”牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5，散裝。

1.2粗骨料：為河南濟(jì)源市當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、Ⅱ類5～25mm碎石，屬連續(xù)級(jí)配。

1.3細(xì)骨料：砂子為河南汝陽(yáng)市生產(chǎn)河砂、細(xì)度模數(shù)2.3～2.6、Ⅱ類中砂。

1.4外加劑：冷卻塔使用的外加劑主要為山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)、KDNOF-5引氣減水劑，摻量0.8%，減水率15.5%，含氣量4.0%。煙囪使用外加劑為河南孟州市新型砼外加劑廠生產(chǎn)、FDN-1000高效減水劑，摻量0.6%，減水率14.6%。

1.5粉煤灰：河南沁北電廠生產(chǎn)，F(xiàn)類、Ⅱ級(jí)粉煤灰，不摻加其它摻合料。

2、粉煤灰混凝土配合比試配

2.1按《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GBJ146-90規(guī)定的采用超量取代法時(shí)，粉煤灰超量系數(shù)按Ⅱ級(jí)粉煤灰，超量系數(shù)按1.3～1.7取用，試驗(yàn)室配合比試配實(shí)際取用系數(shù)1.3。

2.2本項(xiàng)目粉煤灰混凝土常用配合比設(shè)計(jì)情況

根據(jù)試驗(yàn)室配合比試配情況，摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度有隨粉煤灰摻量的增加而降低的趨勢(shì)，且其抗壓強(qiáng)度均低于不摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度。

粉煤灰混凝土比基準(zhǔn)混凝土抗?jié)B性能有所提高，這在于火山灰反應(yīng)，使普通混凝土內(nèi)性能不穩(wěn)定的氫氧化鈣轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)上致密，性能上穩(wěn)定的膠凝物質(zhì)，使其提高了混凝土的抗?jié)B性。

根據(jù)冷卻塔水工混凝土抗?jié)B、抗凍要求，粉煤灰應(yīng)與各類外加劑同時(shí)使用，如引氣劑（必須）、減水劑等。在低溫條件下施工時(shí)，宜摻入對(duì)粉煤灰混凝土無(wú)害的早強(qiáng)劑或防凍劑，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?/p>

2.3施工操作：

粉煤灰主要采用干摻法為宜，單獨(dú)計(jì)量，與水泥、砂、石、水等材料按規(guī)定次序加入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，以重量計(jì)稱量誤差不得超過±2%，拌合物必須攪拌均勻，其攪拌時(shí)間應(yīng)比基準(zhǔn)混凝土延長(zhǎng)10～30秒。

澆筑時(shí)不得漏振或過振，振搗后的粉煤灰表面不得出現(xiàn)明顯的粉煤灰浮漿層。

應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于14天，干燥或炎熱氣候條件的不得少于21天。

上述過程與基準(zhǔn)混凝土基本相同。

2.4粉煤灰混凝土的檢驗(yàn)：

主要以坍落度、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，由于摻入引氣型外加劑應(yīng)同時(shí)增測(cè)含氣量，每班應(yīng)至少測(cè)定2次含氣量。總體來(lái)看，粉煤灰混凝土操作起來(lái)難易程度與基準(zhǔn)混凝土差不多，并未增加過多的內(nèi)容，操作容易。

2.5從現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量情況來(lái)看，粉煤灰混凝土與未摻入粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土相比，改善了攪拌混凝土的和易性、均勻性、泌水性及可泵性，混凝土試塊強(qiáng)度均達(dá)到要求強(qiáng)度，經(jīng)統(tǒng)計(jì)多數(shù)達(dá)到115%以上，混凝土抗?jié)B、抗凍性能試驗(yàn)均達(dá)到抗?jié)B、抗凍性能要求。尤其在環(huán)基等大體積混凝土施工時(shí)延長(zhǎng)新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間，延緩了高溫時(shí)間的出現(xiàn)和混凝土放熱速率，避免了大體積混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫的常見質(zhì)量問題。同時(shí)，對(duì)電廠冷卻塔易出現(xiàn)的淋水構(gòu)件堿骨料反應(yīng)也會(huì)有抑制作用。

五、粉煤灰混凝土應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)及推廣應(yīng)用前景

由于粉煤灰的加入既代替了部分水泥，又改善了攪拌混凝土的和易性、均勻性、泌水性、可泵性，這樣可減少用水量，并延長(zhǎng)新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間，對(duì)提高后期強(qiáng)度、抑制堿骨料反應(yīng)都有好處，尤其對(duì)降低水化熱、延緩放熱速率使大體積混凝土澆筑后不開裂甚為有利。粉煤灰是電廠燃煤的主要副產(chǎn)品，我們主要以施工電廠煙囪、冷卻塔的專業(yè)化的施工單位，尤其在施工具有抗?jié)B、抗凍性能要求的冷卻塔水工混凝土施工中，大量摻入粉煤灰，在擴(kuò)建、改建電廠工程上具有取、用方便的優(yōu)勢(shì)，可以大大節(jié)約混凝土成本，提高施工單位經(jīng)濟(jì)效益。

目前我國(guó)年排放粉煤灰約11000萬(wàn)噸，利用率為42%，主要應(yīng)用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰作為工業(yè)“三廢”之一，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量將逐年增加，合理地推廣和應(yīng)用粉煤灰不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境，粉煤灰應(yīng)用前景十分廣闊。