粉煤灰在水利工程中的應用前景分析

王艷紅 王志杰 張 琳

1 惠金黃河河務局（450045） 2 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 3 黃河水務集團股份有限公司（450003）

粉煤灰在水利工程中的應用前景分析

王艷紅1王志杰2張 琳3

1 惠金黃河河務局（450045） 2 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 3 黃河水務集團股份有限公司（450003）

目前粉煤灰在水利工程中的應用很廣泛，結合粉煤灰的物理、化學特性，當前在水利工程的應用及目前粉煤灰深加工技術發展，分析粉煤灰在水利工程的應用前景。

粉煤灰；水利工程

0 引言

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。預測到“十二五”末，我國粉煤灰年產生量將達到5.7億噸，作為我國工業固體廢物的單一污染源，對環境和生態造成很大污染和破壞。

鑒于環境保護日益嚴重的要求及“變廢為寶”的綜合利用意識，在國家產業政策引導和相關優惠政策以及科技創新資金的扶持下，我國粉煤灰綜合利用事業發展得到極大推動,綜合利用率在2011年已達到68%。目前，粉煤灰綜合利用方式主要有生產水泥、混凝土及其他建材產品，應用于建筑工程、筑路、改良土壤、回填、生產生物復合肥、提取物質實現高值化利用等，涉及建材、建筑、冶金、化工、農業等多個領域。電廠粉煤灰、灰渣用于生產水泥和混凝土是目前使用最多、技術最成熟的途徑之一。

《粉煤灰綜合利用管理辦法》，自2013年3月1日起施行，進一步界定了粉煤灰和粉煤灰綜合利用的概念，提出了綜合管理的要求和鼓勵扶持重點。隨著資源綜合利用相關法律體系的日趨完善，《清潔生產促進法》、《固體廢物污染環境防治法》、《循環經濟促進法》的頒布實施，對資源綜合利用提出了更高的要求，同時國家明確鼓勵對粉煤灰進行高附加值和大摻量利用。經多年大量的試驗資料和實踐證明,粉煤灰在水利工程中得到了大量應用，用于護坡、護堤、水庫大壩等澆筑混凝土和漿砌石的施工，得到了很好的使用效果。水工碾壓混凝土筑壩技術的發展，促進大摻量粉煤灰碾壓混凝土（HVFARCC）應用在我國的橋梁、道路、水利、港口等工程中得到了越來越廣泛的應用。

1 粉煤灰在水利工程中的應用

1.1 在水工碾壓混凝土中的應用

碾壓混凝土(HVFARCC）施工方法多用于大壩工程和公路工程，其應用發展非常迅速。碾壓混凝土將土石方施工機械容量大、速度快、大面積作業的優點和混凝土強度高、耐久性強的特點融合到一體，從而達到快速經濟施工的特點。碾壓混凝土的連續、快速碾壓施工的要求，需要降低碾壓混凝土的溫升,碾壓混凝土中的水泥用量應盡可能的降低，以減少水泥水化產生的熱量。用粉煤灰取代水泥后，能有效地降低溫升，對溫升起到緩解作用。碾壓混凝土大面積施工的特點，要求拌合物具有較長的初凝時間，以減少冷縫的出現，改善施工層面的黏結特性。粉煤灰形成過程中，表面會吸附一定量的Na2O和SO3，延遲混凝土的凝結時間，故粉煤灰混凝土比基準混凝土凝結時間慢，初凝、終凝能推遲1～3 h。

大摻量粉煤灰碾壓混凝土的摻合料主要是粉煤灰，粉煤灰取代水泥率能達到30%～40%。作為摻合料的粉煤灰一般的質量要求需要符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》DL/T 5055—1996，在實際中都采用二級以上的。高摻量、低質量粉煤灰可以配制出性能良好的碾壓混凝土，而粉煤灰的良好防滲作用也得到了有效利用，同時能大大改善混凝土的抗侵蝕性，細度較細的粉煤灰也能增強混凝土的流動性，改善其強度指標。目前，碾壓混凝土壩所具有的施工快速和經濟的巨大優勢，在國內、國外水利行業均得到了大力發展，碾壓混凝土壩的壩型已從重力壩逐漸擴展到重力拱壩和薄拱壩。粉煤灰的防滲性、吸水性、流動性，正是其作為碾壓混凝土增加強度和耐久性、和易性的不可缺少的摻合材料。目前更大摻量的粉煤灰也得到了研究和應用。

1.2 在護坡、護堤、水庫大壩等澆筑混凝土和漿砌石施工中的應用

粉煤灰作為一種人工火山灰質混合材料，在常溫及水熱處理(蒸汽養護)條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發生化學反應，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強度和耐久性的材料，可大量用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，成為水泥、混凝土的組分。在雙摻技術條件下，能大摻量粉煤灰，又能保證混凝土良好的強度指標。粉煤灰主要利用方式為大體積混凝土、泵送混凝土、高低標號混凝土、灌漿材料等，使用粉煤灰水泥或作為摻合材料現場摻加，重要的是控制質量。優質粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗滲結構混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土。

1.3 在堤防、水壩作為填筑材料

粉煤灰作為工業廢渣，中國在近30多年以來，對粉煤灰的研究和利用也取得較大的進展，廣泛應用在建工、建材、水利、道路等行業。但粉煤灰數量很大，由于技術和經濟條件的限制,一般還不能全部利用起來,要堆存一部分，但會占用大量土地，同時還需要做好防滲、防止揚塵等措施。堤防、水壩工程需要大量的填充材料，粉煤灰是一種很好的填充材料，能替代部分黏土等。一方面能緩解電廠周圍環保壓力要求，同時能利用其良好防滲、強度增強性能，減少黏土等資源的利用。

堤防、水壩工程需要大土方量的填筑材料,原填筑材料大多就地取材，使用大量黏土等資源。在粉煤灰資源比較充足地區，分選系統選出的細灰應用市場很廣，但大量的粗粉煤灰沒法利用，只能尋找堆場堆存，既污染了環境，又占用了大量的土地資源。在這種情況下，可以考慮把這些廢棄的粗灰利用起來,減少環境污染和寶貴的土地資源的占用，有效綜合利用，更好地利用其防滲性和質量要求相對不高的條件，作為填筑材料，大量應用在堤防道路、水壩及其他水利填筑材料上。

2 粉煤灰利用深加工技術

發展粉煤灰最重要的應用是作為混合材生產水泥或生產商品混凝土。它不僅可用于配制普通混凝土，而且還是高性能混凝土中必不可少的最常用礦物細摻料之一。在混凝土中使用粉煤灰最重要的是具有較大的節能和環境保護效益。粉煤灰是一種性能優良的礦物細摻料，可以改善混凝土的耐久性和工作性。

粉煤灰在建材行業的廣泛應用實現了資源綜合利用原則，對于保護資源環境，節約能源，保護耕地，實現經濟的可持續發展具有十分重要的現實意義。隨著國家循環經濟政策引導及粉煤灰綜合利用的發展，優質粉煤灰的應用越來越廣泛，優質粉煤灰需求量持續增長。

粉煤灰在電廠通過分選技術和一定流程對原狀粉煤灰進行粒度分級。根據粉煤灰的應用要求，一般將粉煤灰分為一級灰、二級灰和三級灰。優質粉煤灰可作為高級技術、高經濟附加值的利用,能產生更高的經濟效益。隨著分選裝置的增加及分選技術的發展,細灰產出量增加并不斷地成為商品,同時粗灰的不斷產出也因利用價值不高，存在作為廢棄物進行排放的可能，需要尋找場地進行堆放。但在目前的技術條件下，電廠排放的粉煤灰有大部分為粗灰或等外灰,因此粉煤灰磨細深加工技術逐漸發展，通過對原灰或等外灰再處理，經粉磨、分選等流程處理后，可生產不同細度、不同品種粉煤灰，激發了粉煤灰的活性，使其得到更廣泛地利用，更有效地拓寬粉煤灰開發和利用渠道,提高粉煤灰利用價值。同時粉煤灰深加工技術的發展，粉煤灰作為成品袋裝或散裝出廠，運輸方式更加靈活方便，而且粉煤灰各等級煤灰質量控制也能得到有效保證。

3 結語

綜上所述，無論作為低成本的填筑材料還是作為高附加值的混凝土混合材，在水利工程領域粉煤灰的應用前景都非常廣泛。同時結合國家目前循環經濟、廢渣綜合、污染物零排放的政策引導和要求，在粉煤灰深加工技術大力發展的條件下，粉煤灰的質量標準也得到了很大提高，粉煤灰在當前和今后的水利工程將有很好的應用前景。

[1]GB／T 1596－2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[2]《粉煤灰綜合利用管理辦法》中華人民共和國國家發展和改革委員會等.

[3]水利工程混凝土摻加粉煤灰情況調查[J].江蘇水利.

[4]水工混凝土摻用粉煤灰技術規范,中國電力出版社.