浅谈新型掺合料在水利水电工程中的应用

汪金龙

在水利水电混凝土施工过程中加入新型掺合料，不仅可以实现天然资源的处理废料的重新利用，从而减少水泥用量，降低混凝土成本，还可以实现混凝土拌合物和易性的改善，减少水化现象，提升混凝土密实度，进一步实现混凝土工程强度、稳定性、抗渗性等的提升，具有较强的经济效益、社会效益和技术效益[1]。

1 新型掺合料的种类和性能

1.1 粉煤灰

粉煤灰来自于燃煤厂锅炉燃烧产生的烟气中，大多为球形颗粒，表面光滑，颜色为灰色或暗灰色。根据内部氧化钙含量的不同，可以将粉煤灰分成低钙灰和高钙灰。相较于低钙灰，高钙灰具有更强的活性，目前燃煤厂排放的主要是低钙灰。

1.1.1 粉煤灰的掺加方式

（1）等量取代法。等量取代法就是使用与水泥质量相同的粉煤灰来代替水泥。这种方法在I级粉煤灰的掺加、超强混凝土和大体积混凝土的配置中比较常用。

（2）超量取代法。超量取代法就是将超过水泥质量的粉煤灰掺入混凝土之中，超过的部分用来代替细骨料，以此实现混凝土内部胶凝数量的提升，将水泥替换成粉煤灰，可能会在一定程度上降低混凝土强度，超量取代法可以对这一问题进行解决，使得粉煤灰混凝土强度达到原来的标准。

（3）外加法。外加法就是保持水泥质量不变，然后将一定量的粉煤灰掺入其中，从而实现混凝土拌合物和易性的改善。

1.1.2 粉煤灰对混凝土性能的影响

（1）减少混凝土拌合用水。混凝土拌合物内部含有大量的水分，水分对混凝土性能具有重要的影响。混凝土内部固体系统的颗粒粒径分布、堆积效应和空隙决定了混凝土拌合用水量，不仅如此，水泥表面的电极作用也会对拌合用水产生影响，由于水泥浆表面容易产生絮凝结构，要满足混凝土和易性，必须增加拌合用水量。然而，在混凝土内部，胶材水化用水量占据胶材质量的二成至三成左右，剩余的拌合用水会在混凝土内部形成自由水，随着混凝土逐渐硬化，这些自由水会慢慢蒸发流失，造成混凝土内部出现许多孔隙。这些或独立或联通的孔隙在混凝土内部会形成应力奇点，造成混凝土收缩性过大，严重影响了混凝土的耐久性与可靠性，不利于混凝土施工质量的提升。将粉煤灰掺入混凝土中，能够在改善混凝土和易性的同时，实现混凝土拌合用水量的降低，这是由于将水泥用粉煤灰进行替代，骨料之间的孔隙能够得到更为有效的填充，粉煤灰大多为颗粒形状，并且表面具有光滑性特点，这些都会造成拌合物内部颗粒之间内摩擦力的减小，实现拌合物流动性的提升，从而减少拌合用水量。除此之外，粉煤灰对带负电的水泥颗粒表面具有吸附作用，在这种情况下，水泥浆表面的絮凝结构就难以形成，从而实现水泥颗粒的分散，将水分释放出来，在改善水泥和易性的同时减少用水量[2]。

（2）减小混凝土的干缩。混凝土内部水灰比是影响其干缩性能的主要原因，如果混凝土拌合物中水泥浆含量有所增加，那么混凝土干缩也会增加。在这种情况下，粉煤灰可以通过减少拌合用水实现混凝土干缩性的降低。

（3）提升混凝土密实度和耐久性。要提升混凝土结构耐腐蚀性，就必须实现混凝土密实度和耐久性的提升。混凝土耐久性受各方面因素影响，如掺合料的种类与用量、拌合用水量以及混凝土的养护状况等。将粉煤灰掺入混凝土中，能够实现混凝土水密性与耐久性的有效提升，主要原因为：一方面，粉煤灰的加入实现了混凝土拌合用水量的减少，对混凝土硬化后内部的孔隙问题进行了有效的改善。另一方面，相较于水泥颗粒，粉煤灰颗粒更细，对混凝土内部颗粒之间的孔隙能够起到更高的填充作用，从而实现了混凝土密实度的提高。除此之外，粉煤灰可以和水泥水化产生的氢氧化钙发生波索兰反应，形成凝胶物质，进一步细化和分散孔隙，有效提升了混凝土的水密性，使得混凝土稳定性和可靠性有了极大的提升。

（4）粉煤灰对混凝土其他性能的影响。当粉煤灰掺加量逐渐提高时，混凝土强度会随之减小，然而，如果增加混凝土的养护时间，则会在一定程度上减少粉煤灰对混凝土强度的影响。同时，掺入一定量的粉煤灰，还能改善混凝土结构的抗渗性、抗裂性等性能。

1.1.3 粉煤灰的应用要点

在通常情况下，粉煤灰掺合料在民用建筑结构和构筑物混凝土中应用较为普遍，特别是泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐混凝土、抗软水腐蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下与水工混凝土、泥浆混凝土及碾压混凝土。如果对混凝土抗冻性要求较高时，则需要在掺加粉煤灰的同时，进行引气剂的添加。如果在混凝土中掺入过量的粉煤灰，也可能会降低混凝土使用性能，使得混凝土抗碳化性变差、早强损失过大等，无法对钢筋起到良好的保护作用，因此，粉煤灰的掺加需要结合混凝土施工的实际情况，根据施工要求进行适量添加。

1.2 硅灰

硅灰又叫做硅粉，它产生于电弧炉冶炼硅金属或硅铁合金时排放的烟尘。二氧化硅是硅灰的主要成分，在硅灰中含量较高。二氧化硅属于非晶质，具备一定的化学活性。颗粒极细是硅灰的主要特征，它属于一种活性较高的火山灰质掺合料。

1.2.1 硅灰对混凝土性能的影响

在混凝土中掺加硅灰，不仅可以起到活性作用，还能起到微骨料作用。硅灰对混凝土性能的影响与粉煤灰具有一定的相似之处，如实现混凝土拌合物和易性的改善、减少水化反应产生的热量、实现混凝土密实度和稳定性的提升，在提高混凝土强度、抗渗性、耐腐蚀性等方面具有不可比拟的效果。然而，由于硅灰具有颗粒极细的特点，因此，在混凝土中加入硅灰时，拌合物的粘稠度会有着显著的增加，对离析、泌水现象实现有效的改善。但是在掺加硅灰的同时，必须将高效减水剂也掺入混凝土中，否则可能会增加混凝土拌合用水量，对混凝土的物理性质造成不利影响。与粉煤灰不同，使用硅灰来代替水泥，在早期并不会降低混凝土强度，反而能够实现混凝土早期强度的提升。除此之外，在混凝土中加入硅灰，可能会在一定程度上增加混凝土的干缩与徐变[3]。

1.2.2 硅灰的具体应用

硅灰具有价格高昂、产量较少等特点，因此，只有在进行高强度或超高强度混凝土、高抗渗性混凝土或其他高性能混凝土的配制时才会使用。硅灰的使用也可以与粉煤灰结合起来，以此实现粉煤灰混凝土早期强度的提升。

2 新型掺合料在混凝土坝施工的效果

在进行水利水电工程混凝土坝施工过程中，施工方法一般分为两类：现浇混凝土和预制混凝土。现浇混凝土包括常态混凝土与碾压混凝土。在常态混凝土施工过程中，通常将砂、石、水泥、外加剂、掺合料和水按照一定比例拌合，最终形成具有流动性的混合物。在现浇混凝土施工过程中加入新型掺合料，能够实现坝体安全性和稳定性的有效提升。常态混凝土的施工工序为：根据坝体施工要求与施工工序，将混凝土浇筑在分块模板上，经过一段时间的凝结和养护工作，最终形成强度较高的混凝土大块。按照设计要求，分坝段对混凝土进行逐层、逐块浇筑，并做好坝段间与分块间的接缝工作，从而建立一个完整的混凝土坝工程。

利用碾压混凝土施工方法开展施工时，对整体坝体的浇筑工作无需分层、分块浇筑，它是将硬性混凝土进行分层铺设，使用振动碾对其进行压实，从而实现连续浇筑。预制混凝土施工方法则是现场拼装预制混凝土构件，使用水泥砂浆或流态混凝土将接头处连接成一个整体。

混凝土坝的施工程序主要包括施工前的准备工作、施工导流、开挖并处理地基、制备并浇筑混凝土和进行接缝的灌注工作等[4]。

3 结语

综上所述，随着科学技术的不断发展，新型掺合料在水利水电混凝土施工中的应用越来越广泛，它在节约材料的同时，实现了混凝土性能的有效提升。由于粉煤灰具有价格经济、材料易获取等特点，在混凝土施工过程中的应用最为广泛。但是，粉煤灰的加入可能会降低混凝土早期强度，不利于施工质量的提升，硅灰则对这一不足进行了改善，实现了混凝土早期强度的提升。然而，硅灰价格较高、生产量少，只在性能要求较高的混凝土配制中使用。新型掺合料在水利水电混凝土施工中的运用，在提升混凝土性能的同时，还能实现对工业废料的循环利用，保护了生态环境，有利于水利水电建设事业的可持续发展。

[1] 皮洪禹. 新型掺合料在水利水电工程中的应用[J]. 科技与企业，2012（1）：179.

[2] 高雪峰，张海英，杨向阳，等. 燃煤炉渣作为新型掺合料在预拌混凝土中的应用[J]. 四川水泥，2016（3）：311.

[3] 刘雅琦，阮炯正，仲崇山，等. 混凝土矿物复合掺合料应用技术规范的探讨[J]. 吉林建筑工程学院学报，2013（2）：4.

[4] 阮炯正. 混凝土掺合料应用和生产技术研究[J]. 建筑技术，2012（1）：12.