石灰岩粉替代粉煤灰在碾压混凝土中的应用

2020-09-22李月华，周平，郑强

四川水力发电 2020年4期

李月华，周平，郑强

(中国水利水电第十工程局有限公司,四川成都 610072)

1 概述

南欧江五级水电站位于老挝丰沙里省境内，该省粉煤灰资源缺乏，若从中国、泰国或越南采购，其公路运输距离均在700 km以上，仅运输成本一项将大大增加混凝土造价[1]。该水电站从环保和节约投资的角度考虑，借鉴柬埔寨甘再水电站、蒙古泰西尔水电站的经验，针对粉煤灰资源缺乏的具体情况，因地制宜地开展了采用磨细石灰岩粉作为混凝土掺合料的应用与研究。相关厂家因地制宜就近采用昂邓料场和梦晒料场的石灰岩料源生产石灰岩粉，用罐车运至南欧江五级水电站拌和楼，距离仅58 km，有效降低了材料成本、运输成本及转运周期，为进一步研究石灰岩粉作为混凝土掺合料的新技术奠定了有利的先决条件。

国内研究石灰岩粉部分替代粉煤灰在碾压混凝土大坝中的应用已有先例。但因国内规范的限制，暂无完全替代粉煤灰作为碾压混凝土掺合料的工程实例。因此，该工程对石灰岩粉的使用在老挝的水电工程中尚属首次。

2 应用目标

对碾压混凝土涉及到的原材料进行品质检测，其检测结果应符合相关品质要求。当检测骨料具有碱活性危害时，其不能作为石灰岩粉料源的生产或不能使用石灰岩粉作为混凝土的掺合料，应选择抑制碱活性反应的粉煤灰作混凝土掺合料，从而为研究混凝土掺合料方向确定了目标。

根据对混凝土的设计要求进行相关配合比的参数设计，并经试验论证分析出掺粉煤灰和石灰岩粉后混凝土性能的差异，从混凝土本身性能方面对石灰岩粉能否作为混凝土掺合料进行了评价，进一步肯定了石灰岩粉作为混凝土掺合料的实际意义。

通过对比掺粉煤灰和掺石灰岩粉混凝土的配合比及其性能试验结果的差异，分析石灰岩粉作为混凝土掺合料的技术可行性。

在上述研究成果的基础上，从原材料来源、原材料用量、设备投资、温控措施费用等方面进行经济比较，在综合满足各项要求的前提下，实现石灰岩粉替代粉煤灰作为碾压混凝土掺合料的应用。

3 原材料[2]

3.1 水泥

水泥采用越南生产的PC40(42.5级)硅酸盐水泥，其比表面积为330 m2/kg，初终凝时间分别为138 min、187 min,28 d抗压强度为47.1 MPa ,抗折强度为7.1 MPa,碱含量为0.71 kg/m3,安定性合格。

3.2 掺合料[3]

掺合料采用越南产Ⅱ级粉煤灰和老挝产石灰岩粉。

(1)粉煤灰性能为：细度15.8%，烧失量6.14%，需水量比93%，游离氧化钙0.79%,含水量0.3%，；流动度比122%，碱含量1.38 kg/m3。

(2)石灰岩粉性能为：细度16.3%，密度2 710 kg/m3，需水量比98%，活性指数64%,含水量0.3%，流动度比122%，碱含量0.14 kg/m3。

掺入掺合料后的水泥胶砂强度见表1。

表1显示：越南PC40水泥中掺入30%～60%的掺合料(粉煤灰、石灰岩粉)，水泥胶砂28 d、90 d抗压强度及抗折强度随掺合料的掺量增加而相应降低。

表1 掺合料对水泥胶砂强度影响的检测结果表

比较石灰岩粉与粉煤灰作为水泥胶砂的掺合料：掺用石灰岩粉3 d、7 d龄期的强度普遍高于掺用粉煤灰的强度，而掺用石灰岩粉28 d、90 d龄期的强度大部分低于掺用粉煤灰的强度；水泥胶砂流动度随掺合料(石灰岩粉掺60%除外)的掺量增加而普遍增大。

3.3 骨料

骨料选用老挝南欧江五级水电站工程昂邓料场生产的人工砂石骨料。相关试验性能参数符合规范要求，质量较好。

(1)细骨料性能：Ⅱ区中砂，细度模数2.94，表观密度2 690 kg/m3,堆积密度1 530 kg/m3，石粉含量8.4%，吸水率1.5%，粒径小于0.075 mm的微细颗粒含量为3.4%。

(2)粗骨料性能：采用5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm三级粒径组成的合成级配，其中三级配5～20 mm碎石占比20%,20～40 mm碎石占比30%, 40～80 mm碎石占比50%，孔隙率为46%，吸水率为0.82%，含泥量为0.6%，针片状颗粒含量为3.3%，压碎指标9.2%。二级配5～20 mm碎石占比40%，20～40 mm碎石占比60%。孔隙率为42%，吸水率为0.95%，含泥量为0.5%，针片状颗粒含量为3%，压碎指标为9.4%。

3.4 骨料的碱活性

昆明勘测设计研究院出具的《采用石灰岩粉作为混凝土掺合料研究专题报告》指出：经砂浆长度法检测评定为非活性骨料(碱-硅酸反应)；“混凝土棱柱体法试验”38周龄期混凝土最大膨胀率为0.020 8%，初步判定其不具有碱活性。为保证工程质量，仍然要求对混凝土总碱量进行控制。

3.5 外加剂

外加剂采用成都双利新型建材有限公司生产的SL-4缓凝高效减水剂、SL引气剂，其试验性能参数如下：

(1)SL-4缓凝减水剂：减水率18%，泌水率比52%，含气量3.3%，凝结时间之差初凝+280 min，终凝+260 min；3 d、7 d、28 d抗压强度比分别为136%、134%、130%。

(2)SL引气剂：减水率7.9%，泌水率比55%，含气量4.8%，凝结时间之差初凝+6 min，终凝-5 min；3 d、7 d、28 d抗压强度比分别为96%、96%、96%。

3.6 拌和及养护用水

符合要求的饮用水。

4 碾压混凝土配合比

4.1 碾压混凝土设计技术指标[4]

根据昆明勘测设计研究院编制的图纸及有关技术要求，南欧江五级水电站碾压混凝土设计技术指标为：强度等级C18015W2F50，三级配；强度等级C18020W6F50，二级配。设计龄期及保证率均为180 d,P=80%，VC值均为20～12 s，坍落度均为40～60 mm。

4.2 碾压混凝土拌和物性能

碾压混凝土拌和物性能成果见表2。

表2 碾压混凝土拌和物性能成果表

4.3 碾压混凝土力学性能及耐久性性能试验成果[5]

碾压混凝土力学性能及耐久性性能试验取得的抗压强度、劈拉强度、弹性模量、干缩(湿胀)率、抗渗、抗冻等各项性能成果见表3。

由上述试验结果得出以下结论：掺石灰岩粉和粉煤灰的碾压混凝土各项性能均较好，掺石灰岩粉碾压混凝土的各项性能可以满足碾压混凝土的设计指标要求，符合作为碾压混凝土掺合料技术的可行性；但掺石灰岩粉的碾压混凝土拌合物性能、力学性能、稳定性能、耐久性性能均略低于掺粉煤灰的碾压混凝土性能，变态混凝土强度高于碾压混凝土。