石灰?guī)r粉替代粉煤灰在碾壓混凝土中的應(yīng)用

李 月 華， 周 平， 鄭 強(qiáng)

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 概 述

南歐江五級水電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，該省粉煤灰資源缺乏，若從中國、泰國或越南采購，其公路運(yùn)輸距離均在700 km以上，僅運(yùn)輸成本一項(xiàng)將大大增加混凝土造價[1]。該水電站從環(huán)保和節(jié)約投資的角度考慮，借鑒柬埔寨甘再水電站、蒙古泰西爾水電站的經(jīng)驗(yàn)，針對粉煤灰資源缺乏的具體情況，因地制宜地開展了采用磨細(xì)石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料的應(yīng)用與研究。相關(guān)廠家因地制宜就近采用昂鄧料場和夢曬料場的石灰?guī)r料源生產(chǎn)石灰?guī)r粉，用罐車運(yùn)至南歐江五級水電站拌和樓，距離僅58 km，有效降低了材料成本、運(yùn)輸成本及轉(zhuǎn)運(yùn)周期，為進(jìn)一步研究石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料的新技術(shù)奠定了有利的先決條件。

國內(nèi)研究石灰?guī)r粉部分替代粉煤灰在碾壓混凝土大壩中的應(yīng)用已有先例。但因國內(nèi)規(guī)范的限制，暫無完全替代粉煤灰作為碾壓混凝土摻合料的工程實(shí)例。因此，該工程對石灰?guī)r粉的使用在老撾的水電工程中尚屬首次。

2 應(yīng)用目標(biāo)

對碾壓混凝土涉及到的原材料進(jìn)行品質(zhì)檢測，其檢測結(jié)果應(yīng)符合相關(guān)品質(zhì)要求。當(dāng)檢測骨料具有堿活性危害時，其不能作為石灰?guī)r粉料源的生產(chǎn)或不能使用石灰?guī)r粉作為混凝土的摻合料，應(yīng)選擇抑制堿活性反應(yīng)的粉煤灰作混凝土摻合料，從而為研究混凝土摻合料方向確定了目標(biāo)。

根據(jù)對混凝土的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)配合比的參數(shù)設(shè)計(jì)，并經(jīng)試驗(yàn)論證分析出摻粉煤灰和石灰?guī)r粉后混凝土性能的差異，從混凝土本身性能方面對石灰?guī)r粉能否作為混凝土摻合料進(jìn)行了評價，進(jìn)一步肯定了石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料的實(shí)際意義。

通過對比摻粉煤灰和摻石灰?guī)r粉混凝土的配合比及其性能試驗(yàn)結(jié)果的差異，分析石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料的技術(shù)可行性。

在上述研究成果的基礎(chǔ)上，從原材料來源、原材料用量、設(shè)備投資、溫控措施費(fèi)用等方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，在綜合滿足各項(xiàng)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)石灰?guī)r粉替代粉煤灰作為碾壓混凝土摻合料的應(yīng)用。

3 原材料[2]

3.1 水 泥

水泥采用越南生產(chǎn)的PC40(42.5級)硅酸鹽水泥，其比表面積為330 m2/kg，初終凝時間分別為138 min、187 min,28 d抗壓強(qiáng)度為47.1 MPa ,抗折強(qiáng)度為7.1 MPa,堿含量為0.71 kg/m3,安定性合格。

3.2 摻合料[3]

摻合料采用越南產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰和老撾產(chǎn)石灰?guī)r粉。

(1)粉煤灰性能為：細(xì)度15.8%，燒失量6.14%，需水量比93%，游離氧化鈣0.79%,含水量0.3%，；流動度比122%，堿含量1.38 kg/m3。

(2)石灰?guī)r粉性能為：細(xì)度16.3%，密度2 710 kg/m3，需水量比98%，活性指數(shù)64%,含水量0.3%，流動度比122%，堿含量0.14 kg/m3。

摻入摻合料后的水泥膠砂強(qiáng)度見表1。

表1顯示：越南PC40水泥中摻入30%～60%的摻合料(粉煤灰、石灰?guī)r粉)，水泥膠砂28 d、90 d抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度隨摻合料的摻量增加而相應(yīng)降低。

表1 摻合料對水泥膠砂強(qiáng)度影響的檢測結(jié)果表

比較石灰?guī)r粉與粉煤灰作為水泥膠砂的摻合料：摻用石灰?guī)r粉3 d、7 d齡期的強(qiáng)度普遍高于摻用粉煤灰的強(qiáng)度，而摻用石灰?guī)r粉28 d、90 d齡期的強(qiáng)度大部分低于摻用粉煤灰的強(qiáng)度；水泥膠砂流動度隨摻合料(石灰?guī)r粉摻60%除外)的摻量增加而普遍增大。

3.3 骨 料

骨料選用老撾南歐江五級水電站工程昂鄧料場生產(chǎn)的人工砂石骨料。相關(guān)試驗(yàn)性能參數(shù)符合規(guī)范要求，質(zhì)量較好。

(1)細(xì)骨料性能：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.94，表觀密度2 690 kg/m3,堆積密度1 530 kg/m3，石粉含量8.4%，吸水率1.5%，粒徑小于0.075 mm的微細(xì)顆粒含量為3.4%。

(2)粗骨料性能：采用5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm三級粒徑組成的合成級配，其中三級配5～20 mm碎石占比20%,20～40 mm碎石占比30%, 40～80 mm碎石占比50%，孔隙率為46%，吸水率為0.82%，含泥量為0.6%，針片狀顆粒含量為3.3%，壓碎指標(biāo)9.2%。二級配5～20 mm碎石占比40%，20～40 mm碎石占比60%。孔隙率為42%，吸水率為0.95%，含泥量為0.5%，針片狀顆粒含量為3%，壓碎指標(biāo)為9.4%。

3.4 骨料的堿活性

昆明勘測設(shè)計(jì)研究院出具的《采用石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料研究專題報告》指出：經(jīng)砂漿長度法檢測評定為非活性骨料(堿-硅酸反應(yīng))；“混凝土棱柱體法試驗(yàn)”38周齡期混凝土最大膨脹率為0.020 8%，初步判定其不具有堿活性。為保證工程質(zhì)量，仍然要求對混凝土總堿量進(jìn)行控制。

3.5 外加劑

外加劑采用成都雙利新型建材有限公司生產(chǎn)的SL-4緩凝高效減水劑、SL引氣劑，其試驗(yàn)性能參數(shù)如下：

(1)SL-4緩凝減水劑：減水率18%，泌水率比52%，含氣量3.3%，凝結(jié)時間之差初凝+280 min，終凝+260 min；3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度比分別為136%、134%、130%。

(2)SL引氣劑：減水率7.9%，泌水率比55%，含氣量4.8%，凝結(jié)時間之差初凝+6 min，終凝-5 min；3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度比分別為96%、96%、96%。

3.6 拌和及養(yǎng)護(hù)用水

符合要求的飲用水。

4 碾壓混凝土配合比

4.1 碾壓混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)[4]

根據(jù)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院編制的圖紙及有關(guān)技術(shù)要求，南歐江五級水電站碾壓混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為：強(qiáng)度等級C18015W2F50，三級配；強(qiáng)度等級C18020W6F50，二級配。設(shè)計(jì)齡期及保證率均為180 d,P=80%，VC值均為20～12 s，坍落度均為40～60 mm。

4.2 碾壓混凝土拌和物性能

碾壓混凝土拌和物性能成果見表2。

表2 碾壓混凝土拌和物性能成果表

4.3 碾壓混凝土力學(xué)性能及耐久性性能試驗(yàn)成果[5]

碾壓混凝土力學(xué)性能及耐久性性能試驗(yàn)取得的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量、干縮(濕脹)率、抗?jié)B、抗凍等各項(xiàng)性能成果見表3。

由上述試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：摻石灰?guī)r粉和粉煤灰的碾壓混凝土各項(xiàng)性能均較好，摻石灰?guī)r粉碾壓混凝土的各項(xiàng)性能可以滿足碾壓混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，符合作為碾壓混凝土摻合料技術(shù)的可行性；但摻石灰?guī)r粉的碾壓混凝土拌合物性能、力學(xué)性能、穩(wěn)定性能、耐久性性能均略低于摻粉煤灰的碾壓混凝土性能，變態(tài)混凝土強(qiáng)度高于碾壓混凝土。

表3 碾壓混凝土力學(xué)性能及耐久性性能試驗(yàn)成果表

4.4 碾壓混凝土配合比

在實(shí)際施工中使用的碾壓(變態(tài))混凝土配合比見表4。

表4 碾壓(變態(tài))混凝土配合比表

老撾南歐江流域發(fā)電公司《南歐江五級水電站石粉作為摻合料的混凝土配合比咨詢評審會會議紀(jì)要》(NamOu-MM-O-01(2014))的內(nèi)容：經(jīng)充分的試驗(yàn)及技術(shù)論證，流域公司規(guī)劃的在南歐江五級水電站采用石灰?guī)r粉作為混凝土摻合料是可行的。

5 實(shí)際效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

老撾南歐江五級水電站于2014年4月開始采用石灰?guī)r粉做為碾壓混凝土摻合料，自施工以來，通過對試驗(yàn)檢測、芯樣檢測、壩體安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知其結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。

膠材到貨成本分別為：水泥95美元/t、石灰石粉57美元/t、粉煤灰108美元/t，工程各部位合計(jì)碾壓混凝土量為21萬m3(碾壓混凝土級配比例為二級配∶三級配=25%∶75%)，在碾壓混凝土中摻合料分別使用石灰?guī)r粉和粉煤灰時的經(jīng)濟(jì)對比情況見表5。

表5 石灰?guī)r粉與粉煤灰經(jīng)濟(jì)對比表

從表5得知：碾壓混凝土中使用石灰?guī)r粉做為摻合料比使用粉煤灰做為摻合料節(jié)約成本634 462美元。

6 結(jié) 語

在滿足設(shè)計(jì)要求、保障構(gòu)筑物質(zhì)量和安全的同時，將石灰?guī)r粉作為碾壓混凝土摻合料的應(yīng)用技術(shù)可行，對解決缺乏粉煤灰資源、降低工程造價及節(jié)能減排以及經(jīng)濟(jì)效益和綠色環(huán)保具有重要的意義，所取得的經(jīng)驗(yàn)可在類似工程推廣應(yīng)用。