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理论研究水利技术监督2013年第3期

粉煤灰在黔中水利枢纽一期工程中的试验研究

曾永军1刘小沛2徐蒙2

(1.贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局，贵州贵阳，550000;

2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083)

【摘要】分析了粉煤灰的化学组成及特点，研究了不同掺量粉煤灰对水泥物理性能和力学性能的影响，结果表明，粉煤灰虽然会延长浆液的凝结时间且影响水泥的劈裂抗拉强度，但是，它同时降低了水泥的析水率，并提高了浆液的抗渗性能，通过综合分析，提出粉煤灰的最佳掺量。

【关键词】粉煤灰；掺量；水泥；物理性能；力学性能【DOI编码】10.3969/j.issn.1008-1305.2013.03.015

【中图分类号】TV41【文献标识码】A【文章编号】1008-1305(2013)03-0046-03

水泥作为注浆工程中的主要材料，应用广泛，但这种浆液易离析和沉淀，稳定性较差。此外，由于普通水泥的颗粒较粗，使浆液难以注入岩土层的细小裂缝或孔隙中，超细水泥的开发虽然克服了这些缺点，但价格较高。各种化学浆液的开发在一定程度上能满足微细裂缝注入的要求，但化学浆液一般有毒且价格又昂贵、胶凝强度不高，随着环保呼声的日益高涨，许多国家已声明禁止使用大部分化学浆液1。粉煤灰是具有一定活性的火山灰质混合材料，掺入普通水泥作为注浆材料使用，既可以改善水泥的某些性能，而且还有利于环境保护，同时可以降低工程造价。

1粉煤灰的化学组成及特点

粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的废渣。国内外各电厂粉煤灰的化学成分基本相近，主要是SiO?、Al?O?、Fe?O?、CaO和未燃尽的炭2,其中活性氧化铝和活性二氧化硅是粉煤灰活性的来源，它们的含

量越高，粉煤灰活性就越高，品质也越好；此外，CaO也有利于提高粉煤灰的活性；Fe?O3能起溶剂的作用，促使玻璃体形成，同样有助于提高粉煤灰的活性，而未燃尽的炭则会使粉煤灰品质下降3。

加入粉煤灰后的水泥浆液，其特点主要表现在以下几个方面。

(1)易于泵送和灌注：粉煤灰的主要颗粒是含球形玻璃体等粒子的结合体，并具有光滑而致密的外壳，有较好的润滑减阻特性，从而在施工中提高了浆液的可注性和可泵性1。

(2)可以降低泌水和沉降：粉煤灰与水泥共同使用时，具有理想的颗粒级配，能够使浆液在泵送和注浆过程中减少分离和沉降作用，同时降低泌水。此外，粉煤灰的比重小于水泥比重，也可降低沉降作用。

作者简介：曾永军(1978年-),男，工程师。

基金项目：国家自然科学基金项目。

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(3)提高了抗化学侵蚀能力：在单液水泥浆中，水泥水化释放出的Ca(OH)?对化学侵蚀十分敏感，以致影响了材料的抗化学侵蚀能力。对于粉煤灰-水泥浆而言，由于粉煤灰中的活性氧化物(SiO?和Al?O?)能与Ca(OH)?反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而提高了注浆材料的强度和抗化学侵蚀能力。

(4)早期强度偏低，但是后期强度大幅度增长：粉煤灰的球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，在水泥中掺入粉煤灰后会降低体系的水化活性，生成的水化产物颗粒之间的连接不够紧密，使得粉煤灰水泥早期强度普遍偏低，但是在后期，粉煤灰颗粒表面水化逐渐加快，大量生成水化硅酸钙凝胶体，从而形成很好的粘结强度[2]

(5)减少了浆液硬化后的收缩量：由于粉煤灰中含有不规则的多孔玻璃体及未燃炭粒，可以吸收浆液中的部分多余水分，因此水泥-粉煤灰浆液的含水量能很快达到平衡状态，从而减少了材料的收缩值1。

(6)具有流动性能好、便于施工、减少施工设备磨损和提高抗渗性等优点。

2粉煤灰掺量的工程应用

黔中水利枢纽工程是贵州省西部大开发的标志性工程，一期水源工程左岸帷幕灌浆工程地质条件复杂，大坝水头高，帷幕灌浆工程量大，针对地层条件并为了节约成本，根据设计要求，在帷幕灌浆生产性试验前进行了浆材配比试验，即在水泥中加入不同掺量的粉煤灰，对比其对水泥物理力学性能的影响，最终选出粉煤灰的最佳掺量，为粉煤灰

在黔中水利枢纽一期工程帷幕灌浆中的大量应用提供科学依据。

根据国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)规定，水泥中粉煤灰的掺加量按重量百分比不得少于20%或超过40