新型掺合料在水利水电工程中的应用

新型掺合料在水利水电工程中的应用
[摘要]随着对高性能混凝土的需求日益增长,矿渣、粉煤灰、硅灰等工业废渣
作为高性能混凝土的活性掺和料,其应用和研究日益得到重视。其不同细度、不
同掺量对混凝土性能的影响,以期达到矿渣应用和混凝土性能的最优化。磷渣、
钢渣、锂盐渣、锰矿渣等各种工业废弃物因其所具有的潜在活性，使其在水利水
电工程中技术上大规模应用成为可能，且有些已经被工程实践所证明。

【关键词】新型掺合料；水利工程；混凝土拌和；活性机理

一、新型掺合料的性能及种类
用于混凝土中的掺合料可分为活性矿物掺合料和非活性矿物掺合料两大类。
非活性矿物掺合料一般与水泥组分不起化学作用，或化学作用很小，如磨细石英
砂、石灰石、硬矿渣之类材料。活性矿物掺合料虽然本身不水化或水化速度很慢，
但能与水泥水化生成的Ca(OH)：反应，生成具有水硬性的胶凝材料。如粒化高
炉矿渣，火山灰质材料、粉煤灰、硅灰等。通常使用的掺合料多为活性矿物掺合
料。由于它能够改善混凝土拌和物的和易性，或能够提高混凝土硬化后的密实性、
抗渗性和强度等，因此目前较多的土木及水利水电工程中都或多或少地应用混凝
土活性掺合料。特别是随着预拌混凝土、泵送混凝土技术的发展应用，以及环境
保护的要求，混凝土掺合料的使用将愈加广泛。

新型混凝土掺合料是在混凝土拌合时掺入的能改善混凝土性能的粉状物质。
掺合料可分为活性掺合料和非活性掺合料。活性掺合料在掺有减水剂的情况下，
能增加新拌混凝土的流动性、粘聚性、保水性、改善混凝土的可泵性。并能提高
硬化混凝土的强度和耐久性。常用的混凝土掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、火
山灰类物质。尤其是粉煤灰、超细粒化电炉矿渣、硅灰等应用效果良好。工程实
践中常采用“双掺”技术，即在掺入粉煤灰的同时再掺入减水剂。以此配制的普通、
高强、高性能混凝土，可节约水泥，提高混凝土工作性、强度、耐久性并可显著
降低大体积混凝土水化热，能满足不同工程的施工技术要求。活性矿物掺合料依
其来源可分为天然类、人工类和工业废料类。

活性矿物掺合料的分类
类别 主要品种
天然类 火山灰、凝灰岩、硅藻土、蛋白石质粘土、钙性粘土、粘土页岩
人工类 煅烧页岩或粘土
工业废料 粉煤灰、硅灰、沸石粉、水淬高炉矿渣粉、燃烧煤矸石
磷矿渣是用电炉法生产黄磷时所产生的一种以硅酸钙为主要成分的熔融物
经淬冷成粒的工业废渣。磷渣粉是粒化的磷渣经物理粉磨而成的粉末体。磷渣是
具有潜在水硬活性的物质，其在水利水电工程中的大规模应用拥有广阔的环境效
益、经济效益和社会效益。磷渣的水化过程是:水泥水化反应生成水化产物之一
Ca(OH)2作为磷渣的碱性激发剂，极性水分子和OH-离子进入磷渣玻璃体结构的
内部空隙,与活性阳离子作用使磷渣分解,玻璃体中的Ca2+、[AlO4]5-、Al3+、
[SiO4]4-离子进入溶液,生成新的水化物，即水化硅酸盐和水化铝酸盐等。磷矿渣
作为掺合料掺入混凝土中，使得混凝土具有凝结时间长、后期强度高，利用不同
细度、不同掺量的矿渣微粉等量置换混凝土中的硅酸盐水泥,研究改变矿渣微粉
的细度、掺量对混凝土性能的影响,优化矿渣微粉应用参数和使用效果。研究表
明在本试验条件下,当矿渣细度控制在比表面积500m2/kg左右,掺量为20%～60%
时,具有最佳的应用效果。减少用水量和水泥用量，从而降低了混凝土的水泥水
化热温升，对防止混凝土温度裂缝十分有利。混凝土中砂粒之间的空隙是靠水泥
浆液填充的，掺合料能替代一部分水泥浆液的体积，减少混凝土的用水量，使混
凝土的密实性和抗渗性显著提高。活性及微活性的掺合料是节约水泥，特别是节
约高标号水泥的重要途径。火山灰质接合料能加强混凝土在硫酸盐质水中的抗化
学侵蚀性，提高混凝土抵抗浸析作用的抗水性，能抑制碱活性骨料反应，防止混
凝土开裂。质量的要求各种掺合料的料源选择、开采、加工、运输、检验以及掺
用工艺等都应符合质量要求，其中最基本的是材料自身质量及其掺量。

二、新型掺合料的应用及要求
活性水硬性掺合料的活性指标，是以19掺合料的氧化钙(CaO)吸收量(mg)
表示，分为高活性、中活性和低活性3级.便用时应做材料试验鉴定。磨细度一
般与所用水泥的细度相同。对混凝土有 害的有机杂质，其烧失量不得大于规定
的限值。粉煤灰是火电厂燃烧煤粉由烟道中排出的废弃粉末。其活性好，功能高，
资源丰富，使用方便，是效益较优的一种掺合料。粒化高炉矿渣加工困难、资源
较紧缺，多数是在水泥工厂生产水泥时掺人。它的料源最广、价格较低，所以在
要求低的或临时性工程中使用是适宜的。它是水泥的辅助材料或混 凝土的填充
料，可以改善混凝土性能，提高混凝土质量并节约水泥。它可以在水泥工厂粉磨
水泥时掺入，如水利水电工程中广泛使用的矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水
泥等，就是用矿渣、火山灰、石灰石等配制的。它也可在现场拌制混凝土时掺人。
掺合料的分类分活性与非活性两类。活性掺合料水化后本身不能硬化或硬化很微
弱.但可与水泥中析出的氧化钙作用，能加速混凝土凝结硬化并提高强度，粒化
高炉矿渣、火山灰质材料和粉煤灰、硅粉、凝 灰岩、硅藻土等都属这一类。

二、新型掺合料在混凝土坝施工的效果
混凝土坝施工以水工混凝土为筑坝材料，修建坝的过程。施工方法有现浇混
凝土和预制混凝土两种。现浇混凝土施工又分为常态混凝土和碾压混凝土两种。
常态混凝土施工一般是以一定配合比的 砂、石、水泥、掺合料和外加剂加水拌
和成流态混合物。而新型掺合料在混凝土在施工现场浇入加强了坝体的安全性，
按建坝程序和大坝施工要求所组立的浇筑分块模板内，经过养护混合物凝结成具
有相当强度的固体大块。经分坝段逐层逐块浇筑并按设计要求进行坝段间和分块
间的接缝等措施，使各分块联成整体即构成混凝土坝。碾压混凝土施工法是不分
块、不分层整坝体浇筑，用类似土石坝工程的施工工艺，分层铺干硬性混凝土，
用振动碾压实，全断面连续浇筑到顶。预制混凝土施工法是以预制混凝土构件在
现场拼装，构件接头或接面处填筑流态混凝土或水泥砂浆联结成整体。混凝土坝
施工程序主要包括施工准备、施工导流、地基开挖与处理、泥凝土制备、混凝土
浇筑、接缝灌装等。施工准备为大坝施工创造条件和供应器材设备的工作。施工
导流由于混凝土坝施工期间坝面过水对工程的损失和风险较小，故采用的导流标
准较土石坝低，并且尽可能采用枯水期导流。为防止地基渗漏和加强地基承载力，
还要将断层、软弱夹层和溶岩等不良地质构造挖除并处理好。为将地基的节理、
裂陈胶结起来，使坝基达到坚固、密实与稳定，使用新型掺合料在混凝土基础浇
灌的方法处理上可解决地基侵蚀、沉陷、渗漏等问题。

参考文献
[1]支拴喜.贺科治.《四川水力电》.1995第4期 - 维普资讯网
[2]凤亭河水库主坝塑性混凝土防渗墙试验研究城市建设理论研究 2011年
第5期