[发明专利]用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法

说明书

本发明涉及一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法。

粉煤灰是燃煤电厂的废弃物，数量相当多，发电厂一般在山谷中建立灰库将其贮存起来，由于绝大多数电厂是采用水力管道方式将灰（渣）输送出去的，因此，灰库的挡灰坝设计就成了电力系统经常的工作。以往均是将挡灰坝当成挡水坝来建造，这种一次筑成的重力式挡灰坝需耗费大量的工程投资。

七十年代以来国内外对粉煤灰的利用大部分还限于用作土料子坝地基。近年来才有粉煤灰作筑坝料的报道。如山东电力勘测设计院设计的十里泉电厂山谷型灰场挡灰坝。它是参照冶金系统尾矿坝筑坝经验，初期坝采用堆石透水坝，后期坝用粉煤灰混炉渣分级筑子坝，初期堆石坝占总坝高的1/2.6左右。每级子坝外坡压入0.3米厚的碎石护面，再在碎石层上面加1.7米厚的块石压重，用以保护外坡和防止地震时震动液化。这种方法比传统的重力式土坝已改进了很多，主要缺点是工作量太大，外坡用1∶3.5的坡率，内坡用推土机能爬的陡坡，其断面是相当大的，1.5米的子坝高每米坝长约要筑20方灰料，这种方法比重力式土坝仅节约投资三分之一左右;原因在于这种筑坝方法没有改变粉煤灰的孔隙度（n），没有提高粉煤灰的比重（G），这就不能提高粉煤灰的临界坡降，故只能做成很平缓的外坡和很大的断面，这样才能在渗流作用下保持稳定。此外，坝前灰渣不能在很短的时间内固结，仍呈散粒结构，在非常情况下，不能确保安全。其外坡平缓，也丢失很多库容;其筑坝材料也只局限于粗渣。

本发明针对现有技术的不足，提出一种利用粉煤灰筑边埂的自流式挡灰坝的方法，这种方法能大大减少筑坝工程量，节约工程投资，同时能提高坝的安全稳定性。

燃煤电厂的粉煤灰和炉渣是一种人造火山灰，它具有火山灰活性。它在有少量水份、微细分散和高于4℃温度的条件下，可以与碱或碱土矿物产生火山灰活性反应，生成胶凝性物质，从而改变了粉煤灰原有的散粒结构特点而胶结起来，胶凝物具有很高的抗剪强度。这对于以考虑在外部水平推力作用下运行的堤、坝建筑非常有利。它不仅可以代替土料，而且远远优于土料。

粉煤灰的化学成份以二氧化硅（SiO₂）三氧化二铝（Al₂O₃）和三氧化二铁（Fe₂O₃）为主，二氧化硅约点54-60%，三氧化二铝约占26-27%，三氧化二铁约占2.3-3.75%，其余是氧化钙（CaO）和镁、钾、钠、钛等的氧化物。粉煤灰的化学成分会随电厂燃烧的煤质而变化，但总是以硅、铝、铁氧化物为主，除去含碳量过大的影响，上列三项成份约占85%以上。

粉煤灰中起火山灰活性反应的主要成份是可溶硅，以百分含量为单位，用Q表示，可溶硅的百分含量Q与比表面积S之比乘以10³，叫做粉煤灰的活性指数。这个数值是用来衡量粉煤灰火山灰活性的强弱的。其数值越高，活性越大。

粉煤灰火山灰活性反应的速率与温度密切相关，高的气温可加速火山灰反应;低的气温反应缓慢。气温降至4℃以下时，火山灰反应停止，不过，待气温一回升反应又继续。一般以10℃为下限，低于此下限，火山灰反应缓慢。在能保持其水分的条件下，气温越高越好。

粉煤灰中未燃烧尽的碳能抑制火山灰活性反应，含碳量高的粉煤灰火山灰活性弱。

灰的细度也与火山灰反应密切相关，越细越好。粗颗粒炉渣磨细后亦具有火山灰活性，但其活性反应程度比粉煤灰差。粉煤灰与磨细炉渣混合排放的灰渣，其火山灰活性反应效果会低于粉煤灰。

火山灰反应是一个缓慢的过程，反应时间延续很长，故在粉煤灰中掺入碱性物质反应后，需要一定的养护龄期。反映在其混合灰的强度上，后期强度很大。

本发明选用的碱性物质是熟石灰，其中所含的氧化钙参与火山灰活性反应。熟石灰是参与火山灰活性反应的掺和料，而不是胶结料。熟石灰原料充足，价廉易得，同时活性反应效果好，是一种理想的掺和料。

从技术上讲，用纯粉煤灰或灰渣当土料用于筑坝，由于其比重小、几乎无凝聚力、结构松散、对水非常敏感等不利的工程性质，不采取任何工程措施是比较困难的，尤其是用来筑高坝。