钒铁渣在七星水库面板加固中的应用

刘伍根

(上饶市水利科学研究所，江西 上饶334000)

摘要：钒铁渣作为水泥基材料的掺和料，有明显的补偿收缩和提高抗裂性作用。单掺粉煤灰、复掺钒铁渣和粉煤灰混凝土的压拉强度比(抗压强度/劈拉强度)均高于纯水泥混凝土，尤其以复掺钒铁渣和粉煤灰混凝土更优。将其应用于混凝土面板中，能够抑制收缩，减少裂缝，提高混凝土结构的耐久性。

关键词：钒铁渣；补偿收缩；面板加固

中图分类号：TV42+3

Application of Vanadium Iron Slag in Qixing Reservoir Panel

Reinforcement

LIU Wu-gen

(ShangraoHydraulicResearchInstitute,Shangrao334000,China)

Abstract：Vanadium iron slag, as admixture of cement-based materials, has prominent effects of shrinkage compensation and crack resistance improvement. Compression tensile strength ratio of single mixture of fly ash, mixture of vanadium iron slag and fly ash concrete (compressive strength/splitting tensile strength) is higher than pure cement concrete. Mixture of vanadium iron slag and fly ash concrete have better performance especially. It can be applied in concrete panel for inhibiting contraction, reducing fractures and improving the durability of concrete structures.

Keywords：vanadium iron slag; shrinkage compensation; panel reinforcement

1工程概述

七星水库位于广丰县铜钹山镇境内的信江上游丰溪河支流十五都港上游，距广丰县城约51km，地理位置为东经118°20′、北纬28°10′。坝址以上控制流域面积219km2，水库正常蓄水位339.50m，相应库容9528万m3，总库容9993万m3，设计灌溉面积1.49万hm2，电站装机9600kW，是一座具有灌溉、发电、养殖等综合效益的中型水利工程。

大坝采用防渗面板进行坝身防渗，采用无砂混凝土排水管进行坝身排水。防渗排水体系施工质量存在严重的缺陷，从现场检查结果看，大坝下游面有明显的析钙现象，多处坝块表面湿润；左坝段廊道进口上方存在集中渗漏点，漏水量较大，沿坝面汨汨流下。从观测资料分析看，大坝存在渗漏通道，331.00m高程以上尤其严重，大坝坝身防渗体系不完善。

此次七星水库大坝防渗面板加固主要是大坝上游面重新加设C25混凝土防渗面板，新建防渗面板紧贴现状大坝上游坝面，上至坝顶，下至坝脚趾板。面板顶部厚度采用0.5m，底部最大厚为1.306m。新建混凝土面板的抗渗等级设计指标：死水位310.00m以下采用W8，死水位310.00m以上采用W6。

2混凝土面板裂缝产生的机理

混凝土是一种由集料、水泥石、气体、水分等组成的非均质固体材料。裂缝是固体材料的某种不连续现象，从混凝土的结构特征分析，可知混凝土的裂缝主要有三种：黏着裂缝、水泥浆裂缝、骨料裂缝。

在这三种裂缝中，前两种较多，后一种出现的较少。混凝土的裂缝主要指黏着裂缝和水泥浆裂缝。裂缝的存在，对混凝土的基本性质如弹塑性、徐变、各种强度、变形、泊松比、结构刚度等都会产生重要影响。

导致大体积面板混凝土容易开裂的原因有：ⓐ水化放热大、体积变化大；ⓑ存在约束，无法自由收缩；ⓒ混凝土的抗拉强度低；ⓓ面板混凝土纵横向尺寸相差较大，混凝土面板的纵向尺寸都比较大，一般都有上百米甚至几百米，而横向尺寸(即厚度)一般只有几十厘米，这种比例的失调，使得混凝土面板纵横向受力不一，使面板横向容易开裂。

3钒铁渣对混凝土力学性能的影响

钒铁渣是冶炼钒铁的固体废弃物。冶炼钒铁时在电弧炉中用五氧化二钒、硅铁、硅铝铁、石灰、钢屑等原料，五氧化二钒与还原剂硅铁、硅铝铁等反应生成钒铁，造渣剂石灰和SiO2和Al2O3结合形成钒铁渣，渣分离经贫渣罐而排出。钒铁渣的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3和MgO等，主要矿物组成为C2S，当冷却至500℃后，产生β-C2S向γ-C2S的晶型转变。

为检验钒铁渣对混凝土力学性能是否存在影响，通过以下两种试验进行验证。

a.玻璃瓶实验。图1为玻璃瓶试验情况，由该试验可以定性说明钒铁渣的补偿收缩作用。与水泥净浆相比，掺钒铁渣的净浆收缩更小，且钒铁渣掺量越多，收缩越小。当钒铁渣掺量30%时，净浆几乎不收缩，即补偿收缩效果最好。

图1　玻璃瓶实验

图2　混凝土试件收缩率

b.混凝土收缩实验。图2为三组混凝土试件从成型至90d的收缩率。可以看出，虽然三组混凝土配合比基本相同，且随着龄期的增长收缩率有增大的趋势，但钒铁渣掺量越大，混凝土的收缩率越小。龄期60d时，1、2、3组混凝土试件的收缩率分别为285×10-6、185×10-6、103×10-6，复掺20%钒铁渣和10%粉煤灰的混凝土收缩率比掺30%粉煤灰的混凝土减少35.1%，而掺30%钒铁渣的混凝土收缩率比掺30%粉煤灰的混凝土减少63.9%；龄期90d时，1、2、3组混凝土试件的收缩率分别为334×10-6、243×10-6、165×10-6，复掺20%钒铁渣和10%粉煤灰的混凝土收缩率比掺30%粉煤灰的混凝土减少27.2%，而掺30%钒铁渣的混凝土收缩率比掺30%粉煤灰的混凝土减少50.6%。由于收缩是导致混凝土(尤其板状形式的大体积混凝土结构)开裂的主要原因，因此，掺入钒铁渣对补偿混凝土收缩、避免混凝土开裂具有良好的作用。

前期研究表明[1]：利用冶炼钒铁产生的固体废弃物钒铁渣作为掺合料，不仅具有一定的水化活性，还可以有效补偿收缩，基本保持混凝土不收缩。因此，钒铁渣有可能成为可以替代目前工程中常用的硫铝酸钙类膨胀剂，且性能更加优异的掺合料。钒铁渣可作为提高大表面积混凝土面板抗裂性的矿物掺合料。

4钒铁渣在七星水库面板中的应用

4.1面板混凝土原材料及配合比

七星水库面板混凝土(死水位以上)的设计强度等级为C25 ，抗渗等级为W6，强度保证率不低于95%。采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比小于0.47，入仓混凝土的坍落度为180～220mm。

根据该工程除险加固设计及试验成果，工程应用的面板混凝土配合比见表1。

4.2掺钒铁渣混凝土力学性能指标

掺钒铁渣混凝土物理力学性能见表2。

表1　七星水库面板混凝土配合比

表2　掺钡铁渣混凝土物理力学性能试验结果

注抗压强度/劈拉强度在后文中简称拉压比。

掺钒铁渣面板混凝土芯样力学性能见表3。

表3　掺钒铁渣混凝土芯样现场抗压强度试验结果

4.3试验结果分析

a.掺钒铁渣混凝土的基本性能。由表1、表2及表3可知，掺钒铁渣混凝土与基准混凝土的拌和物工作性能、硬化后混凝土的强度及抗渗性能均能达到设计要求，但掺钒铁渣混凝土的胶凝材料用量比基准混凝土(粉煤灰)少60kg/m3，水泥用量少114 kg/m3。

b.掺钒铁渣混凝土的抗裂性能。由表2可知，掺钒铁渣混凝土和基准混凝土的劈拉强度均随着龄期的增长不断增大；掺钒铁渣混凝土的压拉比也随着龄期的增长不断减小，但基准混凝土的压拉比呈现随着龄期的增长逐渐增大的趋势；相同龄期掺钒铁渣混凝土的劈拉强度明显高于基准混凝土，压拉比明显小于基准混凝土。由此可见钒铁渣在混凝土中起到了补偿收缩的作用，大大提高了混凝土的抗裂性能。

5经验和建议

a.钒铁渣作为水泥基材料的掺合料，有明显的补偿收缩和提高抗裂性作用，尤其以复掺钒铁渣和粉煤灰混凝土更优。将其应用于混凝土面板中，能够抑制收缩，减少裂缝，提高混凝土结构的耐久性。

b.目前钒铁渣的主要处置方式为堆积或填埋，已成为造成环境污染的固体废弃物。寻求钒铁渣在水泥基材料中的应用，探索其改善水泥基材料性能的途径和机理，对于节能减排、环境保护有重要的理论和应用价值。

c.在工程应用试验中，因现场条件的限制，未对钒铁渣混凝土面板进行水化热、变形及裂纹情况等混凝土参数的现场监测，试验数据有点单一，同时还需对面板试验段进行长期的观测，为钒铁渣混凝土在其他工程的应用提供参考。

参考文献

胡乔思. 钒铁渣掺合料物理力学性能及其对混凝土补偿收缩研究[D]. 南昌:南昌大学， 2012.

世界首台最高电压等级最大容量立体卷铁心变压器研制成功

2015年2月15日，世界首台最高电压等级、最大容量的40000千伏安、110千伏三相有载调压立体卷铁心电力变压器一次试验成功，产品性能达到国际先进水平。该产品的成功研制，实现了立体卷铁心技术在110千伏电力变压器领域应用的再一次突破。

据了解，立体卷铁心是一种新型的变压器铁心，采用三相对称立体式结构。与传统的叠铁心式变压器相比，立体卷铁心变压器磁路中无空气隙，卷绕更紧密，无废料加工，材料利用率接近100%，可节省硅钢片量25%~30%、铜用量5%~8%，可减少5~6道工序，全面提高了生产效率,节约了原材料。此外，立体卷铁心结构不仅大幅度降低了空载损耗，还具有很强的抗短路能力，且运行噪音低于45分贝。

由于具有显著的节能、节材、低耗、噪声小、体积小等优点，立体卷铁心变压器迅速引领了世界节能变压器的发展方向，也成为当前电力工业界和学术界研究的热点。

限于技术原因，目前立体卷铁心变压器主要应用于配电变压器领域，电压等级在35千伏及以下。特变电工衡变公司通过消化、吸收再创新，对110千伏立体卷铁心变压器关键技术和制造工艺进行攻关，掌握了立体卷铁心变压器的铁心结构设计技术、电磁分析与损耗控制技术、抗短路技术和产品制造核心工艺，实现了立体卷铁心技术在110千伏电力变压器领域应用的再一次突破。

该产品的成功研制，大幅度降低了变压器的损耗，有利于减少用于发电的燃料消耗。该产品的推广应用将为国家节省大量能源，有效降低用户运行成本，同时减少污染气体的排放，经济效益和环境效益非常显著。该产品的成功开发还将提升我国在节能变压器领域的自主创新能力，有利于我国抢占世界节能输变电领域技术制高点，对实现国家节能减排目标，促进经济绿色低碳发展和推进“两型社会”建设起到至关重要的作用。

来源：天山网2015年02月25 日

http://news.ts.cn/content/2015-02/17/content_11032775.htm