淺談新型摻合料在水利水電工程中的應(yīng)用

汪金龍

在水利水電混凝土施工過(guò)程中加入新型摻合料，不僅可以實(shí)現(xiàn)天然資源的處理廢料的重新利用，從而減少水泥用量，降低混凝土成本，還可以實(shí)現(xiàn)混凝土拌合物和易性的改善，減少水化現(xiàn)象，提升混凝土密實(shí)度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)混凝土工程強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗?jié)B性等的提升，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和技術(shù)效益[1]。

1 新型摻合料的種類和性能

1.1 粉煤灰

粉煤灰來(lái)自于燃煤廠鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中，大多為球形顆粒，表面光滑，顏色為灰色或暗灰色。根據(jù)內(nèi)部氧化鈣含量的不同，可以將粉煤灰分成低鈣灰和高鈣灰。相較于低鈣灰，高鈣灰具有更強(qiáng)的活性，目前燃煤廠排放的主要是低鈣灰。

1.1.1 粉煤灰的摻加方式

（1）等量取代法。等量取代法就是使用與水泥質(zhì)量相同的粉煤灰來(lái)代替水泥。這種方法在I級(jí)粉煤灰的摻加、超強(qiáng)混凝土和大體積混凝土的配置中比較常用。

（2）超量取代法。超量取代法就是將超過(guò)水泥質(zhì)量的粉煤灰摻入混凝土之中，超過(guò)的部分用來(lái)代替細(xì)骨料，以此實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部膠凝數(shù)量的提升，將水泥替換成粉煤灰，可能會(huì)在一定程度上降低混凝土強(qiáng)度，超量取代法可以對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行解決，使得粉煤灰混凝土強(qiáng)度達(dá)到原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）外加法。外加法就是保持水泥質(zhì)量不變，然后將一定量的粉煤灰摻入其中，從而實(shí)現(xiàn)混凝土拌合物和易性的改善。

1.1.2 粉煤灰對(duì)混凝土性能的影響

（1）減少混凝土拌合用水?；炷涟韬衔飪?nèi)部含有大量的水分，水分對(duì)混凝土性能具有重要的影響?；炷羶?nèi)部固體系統(tǒng)的顆粒粒徑分布、堆積效應(yīng)和空隙決定了混凝土拌合用水量，不僅如此，水泥表面的電極作用也會(huì)對(duì)拌合用水產(chǎn)生影響，由于水泥漿表面容易產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)，要滿足混凝土和易性，必須增加拌合用水量。然而，在混凝土內(nèi)部，膠材水化用水量占據(jù)膠材質(zhì)量的二成至三成左右，剩余的拌合用水會(huì)在混凝土內(nèi)部形成自由水，隨著混凝土逐漸硬化，這些自由水會(huì)慢慢蒸發(fā)流失，造成混凝土內(nèi)部出現(xiàn)許多孔隙。這些或獨(dú)立或聯(lián)通的孔隙在混凝土內(nèi)部會(huì)形成應(yīng)力奇點(diǎn)，造成混凝土收縮性過(guò)大，嚴(yán)重影響了混凝土的耐久性與可靠性，不利于混凝土施工質(zhì)量的提升。將粉煤灰摻入混凝土中，能夠在改善混凝土和易性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)混凝土拌合用水量的降低，這是由于將水泥用粉煤灰進(jìn)行替代，骨料之間的孔隙能夠得到更為有效的填充，粉煤灰大多為顆粒形狀，并且表面具有光滑性特點(diǎn)，這些都會(huì)造成拌合物內(nèi)部顆粒之間內(nèi)摩擦力的減小，實(shí)現(xiàn)拌合物流動(dòng)性的提升，從而減少拌合用水量。除此之外，粉煤灰對(duì)帶負(fù)電的水泥顆粒表面具有吸附作用，在這種情況下，水泥漿表面的絮凝結(jié)構(gòu)就難以形成，從而實(shí)現(xiàn)水泥顆粒的分散，將水分釋放出來(lái)，在改善水泥和易性的同時(shí)減少用水量[2]。

（2）減小混凝土的干縮?；炷羶?nèi)部水灰比是影響其干縮性能的主要原因，如果混凝土拌合物中水泥漿含量有所增加，那么混凝土干縮也會(huì)增加。在這種情況下，粉煤灰可以通過(guò)減少拌合用水實(shí)現(xiàn)混凝土干縮性的降低。

（3）提升混凝土密實(shí)度和耐久性。要提升混凝土結(jié)構(gòu)耐腐蝕性，就必須實(shí)現(xiàn)混凝土密實(shí)度和耐久性的提升。混凝土耐久性受各方面因素影響，如摻合料的種類與用量、拌合用水量以及混凝土的養(yǎng)護(hù)狀況等。將粉煤灰摻入混凝土中，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土水密性與耐久性的有效提升，主要原因?yàn)椋阂环矫?，粉煤灰的加入?shí)現(xiàn)了混凝土拌合用水量的減少，對(duì)混凝土硬化后內(nèi)部的孔隙問(wèn)題進(jìn)行了有效的改善。另一方面，相較于水泥顆粒，粉煤灰顆粒更細(xì)，對(duì)混凝土內(nèi)部顆粒之間的孔隙能夠起到更高的填充作用，從而實(shí)現(xiàn)了混凝土密實(shí)度的提高。除此之外，粉煤灰可以和水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生波索蘭反應(yīng)，形成凝膠物質(zhì)，進(jìn)一步細(xì)化和分散孔隙，有效提升了混凝土的水密性，使得混凝土穩(wěn)定性和可靠性有了極大的提升。

（4）粉煤灰對(duì)混凝土其他性能的影響。當(dāng)粉煤灰摻加量逐漸提高時(shí)，混凝土強(qiáng)度會(huì)隨之減小，然而，如果增加混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，則會(huì)在一定程度上減少粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。同時(shí)，摻入一定量的粉煤灰，還能改善混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、抗裂性等性能。

1.1.3 粉煤灰的應(yīng)用要點(diǎn)

在通常情況下，粉煤灰摻合料在民用建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物混凝土中應(yīng)用較為普遍，特別是泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B混凝土、抗硫酸鹽混凝土、抗軟水腐蝕混凝土、蒸養(yǎng)混凝土、輕骨料混凝土、地下與水工混凝土、泥漿混凝土及碾壓混凝土。如果對(duì)混凝土抗凍性要求較高時(shí)，則需要在摻加粉煤灰的同時(shí)，進(jìn)行引氣劑的添加。如果在混凝土中摻入過(guò)量的粉煤灰，也可能會(huì)降低混凝土使用性能，使得混凝土抗碳化性變差、早強(qiáng)損失過(guò)大等，無(wú)法對(duì)鋼筋起到良好的保護(hù)作用，因此，粉煤灰的摻加需要結(jié)合混凝土施工的實(shí)際情況，根據(jù)施工要求進(jìn)行適量添加。

1.2 硅灰

硅灰又叫做硅粉，它產(chǎn)生于電弧爐冶煉硅金屬或硅鐵合金時(shí)排放的煙塵。二氧化硅是硅灰的主要成分，在硅灰中含量較高。二氧化硅屬于非晶質(zhì)，具備一定的化學(xué)活性。顆粒極細(xì)是硅灰的主要特征，它屬于一種活性較高的火山灰質(zhì)摻合料。

1.2.1 硅灰對(duì)混凝土性能的影響

在混凝土中摻加硅灰，不僅可以起到活性作用，還能起到微骨料作用。硅灰對(duì)混凝土性能的影響與粉煤灰具有一定的相似之處，如實(shí)現(xiàn)混凝土拌合物和易性的改善、減少水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量、實(shí)現(xiàn)混凝土密實(shí)度和穩(wěn)定性的提升，在提高混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐腐蝕性等方面具有不可比擬的效果。然而，由于硅灰具有顆粒極細(xì)的特點(diǎn)，因此，在混凝土中加入硅灰時(shí)，拌合物的粘稠度會(huì)有著顯著的增加，對(duì)離析、泌水現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)有效的改善。但是在摻加硅灰的同時(shí)，必須將高效減水劑也摻入混凝土中，否則可能會(huì)增加混凝土拌合用水量，對(duì)混凝土的物理性質(zhì)造成不利影響。與粉煤灰不同，使用硅灰來(lái)代替水泥，在早期并不會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，反而能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土早期強(qiáng)度的提升。除此之外，在混凝土中加入硅灰，可能會(huì)在一定程度上增加混凝土的干縮與徐變[3]。

1.2.2 硅灰的具體應(yīng)用

硅灰具有價(jià)格高昂、產(chǎn)量較少等特點(diǎn)，因此，只有在進(jìn)行高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度混凝土、高抗?jié)B性混凝土或其他高性能混凝土的配制時(shí)才會(huì)使用。硅灰的使用也可以與粉煤灰結(jié)合起來(lái)，以此實(shí)現(xiàn)粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度的提升。

2 新型摻合料在混凝土壩施工的效果

在進(jìn)行水利水電工程混凝土壩施工過(guò)程中，施工方法一般分為兩類：現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制混凝土?，F(xiàn)澆混凝土包括常態(tài)混凝土與碾壓混凝土。在常態(tài)混凝土施工過(guò)程中，通常將砂、石、水泥、外加劑、摻合料和水按照一定比例拌合，最終形成具有流動(dòng)性的混合物。在現(xiàn)澆混凝土施工過(guò)程中加入新型摻合料，能夠?qū)崿F(xiàn)壩體安全性和穩(wěn)定性的有效提升。常態(tài)混凝土的施工工序?yàn)椋焊鶕?jù)壩體施工要求與施工工序，將混凝土澆筑在分塊模板上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)工作，最終形成強(qiáng)度較高的混凝土大塊。按照設(shè)計(jì)要求，分壩段對(duì)混凝土進(jìn)行逐層、逐塊澆筑，并做好壩段間與分塊間的接縫工作，從而建立一個(gè)完整的混凝土壩工程。

利用碾壓混凝土施工方法開(kāi)展施工時(shí)，對(duì)整體壩體的澆筑工作無(wú)需分層、分塊澆筑，它是將硬性混凝土進(jìn)行分層鋪設(shè)，使用振動(dòng)碾對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑。預(yù)制混凝土施工方法則是現(xiàn)場(chǎng)拼裝預(yù)制混凝土構(gòu)件，使用水泥砂漿或流態(tài)混凝土將接頭處連接成一個(gè)整體。

混凝土壩的施工程序主要包括施工前的準(zhǔn)備工作、施工導(dǎo)流、開(kāi)挖并處理地基、制備并澆筑混凝土和進(jìn)行接縫的灌注工作等[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型摻合料在水利水電混凝土施工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它在節(jié)約材料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了混凝土性能的有效提升。由于粉煤灰具有價(jià)格經(jīng)濟(jì)、材料易獲取等特點(diǎn)，在混凝土施工過(guò)程中的應(yīng)用最為廣泛。但是，粉煤灰的加入可能會(huì)降低混凝土早期強(qiáng)度，不利于施工質(zhì)量的提升，硅灰則對(duì)這一不足進(jìn)行了改善，實(shí)現(xiàn)了混凝土早期強(qiáng)度的提升。然而，硅灰價(jià)格較高、生產(chǎn)量少，只在性能要求較高的混凝土配制中使用。新型摻合料在水利水電混凝土施工中的運(yùn)用，在提升混凝土性能的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢料的循環(huán)利用，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，有利于水利水電建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 皮洪禹. 新型摻合料在水利水電工程中的應(yīng)用[J]. 科技與企業(yè)，2012（1）：179.

[2] 高雪峰，張海英，楊向陽(yáng)，等. 燃煤爐渣作為新型摻合料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用[J]. 四川水泥，2016（3）：311.

[3] 劉雅琦，阮炯正，仲崇山，等. 混凝土礦物復(fù)合摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的探討[J]. 吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（2）：4.

[4] 阮炯正. 混凝土摻合料應(yīng)用和生產(chǎn)技術(shù)研究[J]. 建筑技術(shù)，2012（1）：12.