粉煤灰混凝土在沁北三期冷却塔、烟囱工程中的技术应用

李真 李亚林

一、问题的提出

长期以来，在发电厂烟囱、冷却塔施工中混凝土强度成为配合比设计以及生产和应用的首要性能指标。冷却塔工程钢筋混凝土设计上均为具有抗冻、抗渗性的水工混凝土，而且北方地区施工的多为高抗冻融性混凝土（F300），故同强度水工混凝土水泥掺入量较之基准混凝土增大很多，尤其是在泵送混凝土时坍落度要求较大，使得混凝土用水量增大，而在设计上水灰比有限定的条件下一般只能通过使用外加剂和增加水泥用量的办法来调节，导致混凝土中水泥掺量进一步加大、混凝土施工成本增加。众所周知，生产水泥能源消耗大，环境污染高，生产粉煤灰，却能节约能源、减少环境污染。

所以，如何使烟囱、冷却塔混凝土在满足设计要求的前提下，减少水泥用量，降低混凝土成本、提高社会经济及环境效益的问题就摆在了我们的面前。粉煤灰作为一种人工火山灰质材料，在混凝土中作为掺合料，可以改善性能，节约水泥，提高工程质量和降低成本，而粉煤灰作为一种掺合料取代部分水泥使用的实例和成功经验较少，需要通过工程实践增加对粉煤灰混凝土的研究与总结。在本工程中，我们对烟囱、冷却塔使用的混凝土通过大量掺入粉煤灰的实践，积累了一定的经验，以期能对推动粉煤灰的应用提供参考。

二、粉煤灰分类及应用技术原理

粉煤灰是从电厂煤灰炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，根据其物理化学性能，按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》GB1596-2005分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，Ⅰ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土；Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土；Ⅲ级粉煤灰主要用于无筋混凝土。又据其矿物组成，可将其分成高钙粉煤灰和低钙粉煤灰。混凝土中应用粉煤灰，以低钙粉煤灰及Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰为主。

粉煤灰是人工火山灰质材料，本身并无胶凝性能，只有在Ca（OH）2存在的条件下，才能在有水的条件下发生化学反应，生成具有胶凝性能的水化产物，而后渐渐具备水硬性。

三、工程概况及施工要求

华能沁北电厂三期冷却塔、烟囱工程，由河南华能沁北发电有限责任公司建设。设计有5#、6#两座自然通风双曲线型冷却塔和一座240米烟囱工程。

冷却塔工程每座塔淋水面积为12000m2，塔高169.7m。冷却塔结构分为两部分：塔筒和塔芯。两座塔钢筋混凝土总量约50000立方米，为具抗冻、抗渗性要求的C30混凝土（F150W6、F200W8）。

烟囱工程主体为双筒结构，环板基础（C30）和杯型环壁（C40），零米以上筒身工程由钢筋混凝土外筒（分C40、C35、C30标号），耐酸砌块砌筑内筒组成，壁筒内衬八道钢平台，总混凝土量约为6000立方米。

四、本工程中粉煤灰混凝土应用技术总结

1、粉煤灰混凝土材料组成

1.1水泥：采用河南济源市太行水泥有限公司生产的“愚公”牌普通硅酸盐水泥，强度等级42.5，散装。

1.2粗骨料：为河南济源市当地生产、Ⅱ类5～25mm碎石，属连续级配。

1.3细骨料：砂子为河南汝阳市生产河砂、细度模数2.3～2.6、Ⅱ类中砂。

1.4外加剂：冷却塔使用的外加剂主要为山西凯迪建材有限公司生产、KDNOF-5引气减水剂，掺量0.8%，减水率15.5%，含气量4.0%。烟囱使用外加剂为河南孟州市新型砼外加剂厂生产、FDN-1000高效减水剂，掺量0.6%，减水率14.6%。

1.5粉煤灰：河南沁北电厂生产，F类、Ⅱ级粉煤灰，不掺加其它掺合料。

2、粉煤灰混凝土配合比试配

2.1按《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90规定的采用超量取代法时，粉煤灰超量系数按Ⅱ级粉煤灰，超量系数按1.3～1.7取用，试验室配合比试配实际取用系数1.3。

2.2本项目粉煤灰混凝土常用配合比设计情况

根据试验室配合比试配情况，掺粉煤灰的混凝土抗压强度有随粉煤灰掺量的增加而降低的趋势，且其抗压强度均低于不掺粉煤灰的混凝土抗压强度。

粉煤灰混凝土比基准混凝土抗渗性能有所提高，这在于火山灰反應，使普通混凝土内性能不稳定的氢氧化钙转为结构上致密，性能上稳定的胶凝物质，使其提高了混凝土的抗渗性。

根据冷却塔水工混凝土抗渗、抗冻要求，粉煤灰应与各类外加剂同时使用，如引气剂（必须）、减水剂等。在低温条件下施工时，宜掺入对粉煤灰混凝土无害的早强剂或防冻剂，并应采取适当的保温措施。

2.3施工操作：

粉煤灰主要采用干掺法为宜，单独计量，与水泥、砂、石、水等材料按规定次序加入搅拌机进行搅拌，以重量计称量误差不得超过±2%，拌合物必须搅拌均匀，其搅拌时间应比基准混凝土延长10～30秒。

浇筑时不得漏振或过振，振捣后的粉煤灰表面不得出现明显的粉煤灰浮浆层。

应加强养护，时间不得少于14天，干燥或炎热气候条件的不得少于21天。

上述过程与基准混凝土基本相同。

2.4粉煤灰混凝土的检验：

主要以坍落度、抗压强度进行检验，由于掺入引气型外加剂应同时增测含气量，每班应至少测定2次含气量。总体来看，粉煤灰混凝土操作起来难易程度与基准混凝土差不多，并未增加过多的内容，操作容易。

2.5从现场混凝土质量情况来看，粉煤灰混凝土与未掺入粉煤灰的基准混凝土相比，改善了搅拌混凝土的和易性、均匀性、泌水性及可泵性，混凝土试块强度均达到要求强度，经统计多数达到115%以上，混凝土抗渗、抗冻性能试验均达到抗渗、抗冻性能要求。尤其在环基等大体积混凝土施工时延长新拌混凝土的凝结时间，延缓了高温时间的出现和混凝土放热速率，避免了大体积混凝土表面出现温度裂缝的常见质量问题。同时，对电厂冷却塔易出现的淋水构件碱骨料反应也会有抑制作用。

五、粉煤灰混凝土应用优点及推广应用前景

由于粉煤灰的加入既代替了部分水泥，又改善了搅拌混凝土的和易性、均匀性、泌水性、可泵性，这样可减少用水量，并延长新拌混凝土的凝结时间，对提高后期强度、抑制碱骨料反应都有好处，尤其对降低水化热、延缓放热速率使大体积混凝土浇筑后不开裂甚为有利。粉煤灰是电厂燃煤的主要副产品，我们主要以施工电厂烟囱、冷却塔的专业化的施工单位，尤其在施工具有抗渗、抗冻性能要求的冷却塔水工混凝土施工中，大量掺入粉煤灰，在扩建、改建电厂工程上具有取、用方便的优势，可以大大节约混凝土成本，提高施工单位经济效益。

目前我国年排放粉煤灰约11000万吨，利用率为42%，主要应用在建材、建工、筑路、回填方面。粉煤灰作为工业“三废”之一，随着工业的发展，粉煤灰排放量将逐年增加，合理地推广和应用粉煤灰不仅能节约土地和能源，而且能保护和治理环境，粉煤灰应用前景十分广阔。