石灰巖粉摻合料在南歐江五級電站中的應用綜述

易俊新,楊 梅,鄭 紅

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司,云南 昆明 650051)

1 前言

南歐江五級水電站位于老撾豐沙里省境內,距老撾萬象市公路里程731km,距中國昆明市公路里程943km。碾壓混凝土重力壩最大壩高74m,全工程混凝土總量約76×104m3,需要混凝土摻合料約20×104t,需求量巨大。老撾國內的燃煤工業不發達,常用的粉煤灰摻合料極度缺乏。因此,急需尋找到一種易于獲取、優質廉價的新型摻合料來代替粉煤灰作為混凝土的摻合料。

為解決這個問題,工程設計者通過室內試驗研究、溫控措施、現場工藝試驗等方面研究了石灰巖粉作為混凝土摻合料的可行性,并與粉煤灰混凝土進行對比分析,石灰巖粉最終成功應用于南歐江五級電站工程,并取得較好經濟效益,具有較好的推廣應用價值。

2 石灰巖粉作為混凝土摻合料的試驗研究成果

2.1 石灰巖粉抑制骨料堿活性研究成果

石灰巖粉抑制骨料堿活性研究成果表明：采用砂漿棒快速法,將石灰巖粉磨細至篩余不大于2%(80μm篩),摻量達50%以上時對該料場骨料骨料堿活性抑制有效。

2.2 摻石灰巖粉混凝土性能室內試驗研究成果

以南歐江五級電站壩體用量最大的C18015和C18020兩個強度等級碾壓混凝土為例,將采用摻石灰巖粉與摻粉煤灰的混凝土配合比及性能進行對比,可得如下研究成果：

(1)采用石灰石粉作為摻合料的混凝土配合比與采用粉煤灰作為摻合料有所差異,主要為：相同強度等級時,摻石灰石粉混凝土與摻粉煤灰混凝土相比用水量高、摻量低、水泥用量高。

(2)采用石灰石粉作為摻合料的硬化混凝土強度、彈模等力學性能成果見表3。由表可見：摻粉煤灰混凝土后期強度提高幅度較大,而摻石灰石粉混凝土的抗壓強度后期僅有小幅提升或者略有降低。

(3)采用石灰石粉作為摻合料的硬化混凝土的線膨脹系數、比熱、導熱系數和絕熱溫升均高于摻粉煤灰混凝土。

(4)采用石灰石粉作為摻合料的硬化混凝土極限拉伸值、干縮等變形性能與粉煤灰有一定差異,自生體積變形差異不大。

(5)采用石灰石粉作為摻合料的硬化混凝土的抗凍等級、抗滲等級等耐久性能與粉煤灰差異不大。摻粉煤灰與摻石灰石粉混凝土達到相同抗凍等級的相對動彈模和質量損失相當；達到相同抗滲等級的平均滲徑相當。

2.3 摻石灰巖粉混凝土現場試驗研究成果

南歐江五級電站現場應用石灰巖粉作為混凝土摻合料,開展了現場施工配合比、碾壓工藝試驗、鉆孔取芯試驗、壓水試驗和壩體滲漏監測,結果表明：

摻石灰石粉的碾壓混凝土相對密實度滿足設計要求；取樣檢測的混凝土的強度、抗凍、抗滲等結果滿足設計要求；混凝土芯樣外觀總體較好,表面光滑,骨料分布大致均勻,強度和密實度均滿足設計要求；壓水試驗過程中未發現異常出水點和串通情況,混凝土透水率滿足設計及規范要求；未發現因摻石灰石粉后溫控措施簡化后而帶來的嚴重貫穿性裂縫；壩體和壩基的監測滲流量未超過設計要求,監測的壩體應力、變形處于穩定可控狀態。

現場實施結果表明：石灰石粉混凝土質量總體優良。

3 石灰巖粉混凝土的溫控分析

為分析南歐江五級電站壩體混凝土摻用石灰巖粉后應采取的溫控措施,分別以進水口壩段、導流底孔壩段等壩段作為典型壩段,采用三維有限元仿真軟件,計算分析壩體混凝土溫度和應力,提出應采取的溫度控制措施。

結果表明：盡管南歐江五級水電站摻石灰石粉的混凝土抗裂性能較摻粉煤灰的混凝土差,但采用石灰石粉作為混凝土摻合料所采取的溫度控制措施與采用粉煤灰作為摻合料相比并未顯著增加。計算表明,雖然與粉煤灰混凝土相比摻石灰石粉的混凝土施工期安全余度有所降低,但其溫度應力仍可控制在允許范圍之內。

4 石灰巖粉在南歐江五級電站應用情況及經濟效果

南歐江五級水電站自2014年3月正式開始采用石灰巖粉作為混凝土摻合料,截至到2015年9月,石粉作為混凝土摻合料先后在大壩與消力池、廠房、邊坡、導流底孔、地質缺陷處理、下游碼頭等部位的碾壓和常態混凝土中得到應用,累計摻用石粉的混凝土方量約為43.05×104m3,根據實際使用施工配合比計算,使用石粉21491t。比采用中國粉煤灰節省造價約224.27萬美金,經濟效益較為可觀。

5 結論

(1)石灰石粉作為水工混凝土摻合料在南歐江五級水電站中應用技術可行、質量可控。

(2)石灰巖粉在南歐江五級電站43.05×104m3混凝土中得到應用,使用石粉約21491t。按照實際施工配合比計算,比采用中國粉煤灰節省造價約224.27萬美金,經濟效益較為可觀。

(3)采用石粉替代日益緊缺的粉煤灰,對于解決實際工程的問題、降低工程造價和環保等將具有重大的現實意義,是綠色建材的重要方向之一。本課題的研究成果為石灰石粉在水工混凝土中得到推廣應用積累寶貴的經驗。