石灰岩粉作为混凝土掺合料的应用与研究.pdf

1 2 1 碾压 混凝土拌和物性能试验 表 2 碾压混凝 土拌和 物性 能试 验成果 试验 与检测 外掺物掺量 ( ) 砂率 用水量 含气量 密度 凝结时 间 ( rai n ) 试验编号 水胶 比 V C ( s ) 粉煤灰 石粉 G K一 4 A TG一1 ( ) ( k g m0 ) ( ) ( k g m3 ) 初凝 终凝 1 O 5 5 5 0 1 2 0 0 2 0 3 4 8 8 4 8 2 1 2 4 3 9 9 0 0 1 0 8 0 2 0 6 0 2 0 4 0 1 2 0 0 2 0 3 3 8 3 8 0 1 8 2 4 3 6 5 1 0 5 6 0 1 2 2 碾 压混凝土拌和物力学性能试验 表 3 碾压 混凝 土力学性能试验成果 抗压强度 ( MP a ) 2 8 d 劈拉强度 2 8 d 抗拉强度 2 8 d 拉伸值 2 8 d抗压弹模 试验编号 7 d 2 8 d 9 O d 1 8 O d ( M a ) ( MPa ) ( 1 0 4 ) ( 1 0 4 M P a ) 1 1 4 7 1 6 2 1 8 o 1 7 9 o 8 5 1 6 1 0 5 7 3 1 4 2 9 7 1 1 4 1 4 4 1 7 8 o 7 4 1 2 1 o 5 o 2 5 3 表 7和表 8 试验结果表明：单掺石粉 ( 5 0 )比混掺 石粉 ( 4 0 )粉煤灰 ( 2 O ) ，其混凝土单位用水量增加 5 k g m3 ，而后期 ( 1 8 o d )抗压强度大致相同，极限拉伸值 稍大。在缓凝高效减水剂 1 2 的掺量条件下，可以满足 现有施工 条件下对混凝土凝 结时间 的要求 ，混凝 土的振实 容重达到设计要求。这就说明石粉为惰性混合材，对混凝 土的后期强度贡献很小，但充分磨细的石粉，由于其具有 微集料填充效应，对混凝土的早期强度影响接近粉煤灰。 1 2 3 碾压 混凝土拌和物热学性能试验 甘再工程所在地区是柬埔寨最湿润的地区之一，有 两种季节。雨季：5月 中旬到 】 1 月上旬，受来 自泰国湾 的西南季风 ( 夏季风)的影响，带来大量降雨和强西南 风。旱季：1 1 月中旬到次年 3月，当发源于南中国海的 大陆性东北季风 ( 冬季风)在越南沿海受到山脉阻挡时， 使大部分湿气沉积下来 ，降低了柬埔寨的温度和湿度 ， 降雨稀少。而工程施工主要集 中在旱季，加之所选用的 K TC水泥具有早期强度发展快、水化热高和温升快等突 出特点。因此考察碾压混凝土的热学性能，特别是绝热 温升值显得尤为重要。从试验结果来看 ，水胶 比 0 6 0 、 粉煤灰 2 O 与石粉 4 O 的碾压混凝 土 2 8 d绝热温升为 1 3 6 8 ；水胶比 0 5 5 、全掺石粉 5 O 的碾压混凝土 2 8 d 绝热温升为 1 7 4 O 。 表 4 碾 压混 凝土绝热温升试验成果 混凝土绝热温升 C C) 试验编号 相关系数 7 拟合绝热温升曲线方程 ( ) 1 d 2 d 3 d 7 d l 1 4 d 2 1 d 2 8 d l 5 1 3 8 8 2 1 O 9 5 1 3 6 3 1 5 2 3 1 6 4 9 1 7 4 0 0 9 9 9 2 T ：1 9 2 3 d ( 2 9 5 + d ) 2 1 4 8 4 1 1 5 9 2 1 O 7 6 l 1 2 7 1 1 3 3 5 1 3 6 8 0 9 8 5 6 T = 1 5 8 9 d ( 4 5 2 + ) 一_ 一 ， I J 、- 、 |f 1 O 1 5 2 O 龄期( d 1 图 1 碾压混凝 土绝热 温升 曲线 图 1 2 4 碾压 混凝土干缩试验 试验 采用 掺合 料 ( 石 粉)单 掺 5 O ，复掺 石 粉 ( 4 0 V o )粉煤灰 ( 2 O )粗骨料级配 4 O： 3 o： 3 0 ，GK4 A 掺量 1 2 ，r i g一1 掺量 2 ，混凝土V C值控制3 l O s ，碾 压混凝士干缩试验结果列于表 5 。试验结果表明：单掺石粉 的碾压混凝土比混掺石粉和粉煤灰的干缩值要大。 1 2 5 碾压混凝土 自身体 积变形试验 本次选用两个不同混合材掺量的配合比进行碾压混凝 土自生体积变形试验，用以比较不同掺和料对混凝土自生 体积变形的影响，分析变形特性，试验结果列于表 6 。 表 5 碾压 混凝 土干缩试验成果 粉煤灰 石粉掺量 干缩 ( l O 一 ) 水胶比 掺量 ( ) ( ) 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6 O d o 5 5 5 0 1 5 8 4 6 6 1 2 1 6 2 1 3 6 2 6 6 4 0 5 5 2 0 4 0 1 6 1 3 9 2 6 3 O 1 2 3 3 1 4 5 0 3 0 0 2 5 0 b 2 0 0 垛 l 0 o H _ 5 0 0 _一 ， I 一 一一 + 0 5 5 水 灰 比 ，石 粉5 o + 0 5 5 水 灰比 ， 粉 煤 灰 ， 。 2 0 ， 石 0 l 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 O 7 0 8 0 9 0 龄期( d ) 图 2 碾压混凝 土干缩 曲线图 试验结果表明：碾压混凝土在单掺 5 O 石粉和双掺 粉煤灰 2 0 、石粉 4 O 的情况下，两者相比，自身体积 变形无显著变化，呈膨胀型，早期随着龄期的增长而增 长 ，4 2 d 后趋 于稳 定 。 6 9 加 携 H m 8 6 4 2 0 一 一 束嚼霰瓣 水利水电施工 2 0 1 1 第 1 期 总第 1 2 4期 表 6 碾压混凝土 自生体积变形性检测结果表 ( K Tc水泥+田东灰+石粉) 煤灰 石粉 自生体积变形值 ( 1 0 6 ) 序号 水灰 比 ( ) ( ) l d 3 d 7 d 】 4 d 2 1 d 2 8 d 3 5 d 4 2 d 5 0 d 5 7 d 6 3 d 7 0 d 7 7 d 1 O 5 5 5 O O 1 2 9 O 1 6 9 O 1 7 2 5 1 9 9 O 2 1 1 O 2 2 7 5 2 4 1 0 2 4 1 O 2 4 8 5 2 4 1 0 2 5 7 5 2 6 7 5 2 O 5 5 2 0 4 0 0 1 3 1 5 l 7 1 5 2 1 1 5 2 3 2 5 2 3 3 5 2 5 0 0 2 6 0 0 2 6 0 O 2 4 1 O 2 5 0 0 2 5 1 O 2 5 1 O 邑 銎 皿 龄期( d 】 图 3 碾压 混凝 土 自身体积 变形 曲线图 1 2 6 碾压混凝土耐久性试验成 果 碾压混凝土耐久性试验结果列于表 7 。试验结果表 明： 碾压混凝土在单掺 5 o 石粉和双掺粉煤灰 2 o 、石 粉 4 O 的情况下，9 0 d 抗渗等级均超过 W4 ，抗冻等级达 到 F 5 0 。 1 3 磨细石灰岩石粉对 常态混凝土性 能影响试 验研 究 常态混凝 土 试验 采 用浙 江 龙游 生 产 的 Z B一1 RC C1 5 常态型减水剂 ，混凝土坍落度 8 O 1 0 0 ram控制，石子级 配 6 O： 4 0 ，混凝土试验结果列于表 8 表 1 O 。 表 7 混凝土抗 冻和抗渗试验 结果 混凝 粉煤灰 石粉掺量 9 0 d抗渗 抗冻 2 5次 抗冻 5 O次 序号 水胶比 土种类 掺量 ( ) ( ) ( MP a ) 相对动弹模量 ( ) 重量损失 ( ) 相对动弹模量 ( ) 重量损失 ( ) 1 碾压 0 5 5 5 0 O 4 8 9 6 O 8 7 4 6 2 2 2 碾 压 0 6 0 2 0 4 0 O 4 9 O 4 0 7 7 2 5 2 1 表 8 常态混凝土基准用水量与砂率试验成果 胶凝材料 ( k g m0 ) 水 砂率 外加物 ( ) 坍落度 抗压强度 ( MP a ) 石粉对强度贡献率 ( ) 序号 水胶比 水泥 石粉 ( k g m0 ) ( ) ( ram) 石粉 Z Bl R C C 1 5 TG一1 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d 1 0 5 5 2 6 6 2 9 1 6 2 3 2 1 0 0 0 0 8 O 0 3 5 8 8 2 5 3 3 5 7 8 6 2 7 6 9 2 O 5 5 2 4 2 6 0 1 6 6 3 2 2 0 0 0 0 8 0 0 3 5 9 0 2 2 2 3 1 5 3 7 0 5 2 5 3 O 5 5 2 l 3 9 2 1 6 8 3 1 3 0 0 0 0 8 0 0 3 5 8 5 1 8 8 2 4 6 2 0 4 2 6 7 袁 9 不 同石粉掺 量、不同龄期 常态混凝 土干缩试验成果 胶凝材料 ( k g m。 ) 坍落度 干缩 ( 1 0 6 ) 试验编号 水胶比 水泥 粉煤灰 石粉 ( ram) 3 d 7 d I 4 d 2 8 d 6 0 d 9 0 d 1 8 0 d 3 6 0 d 1 0 5 5 2 6 6 2 9 6 5 4 6 4 9 0 7 1 6 7 4 2 9 9 6 4 2 2 7 3 9 7 4 3 8 2 6 1 1 7 0 2 O 5 5 2 4 2 6 0 8 5 5 7 4 1 0 2 8 2 1 4 0 3 2 1 7 4 4 8 3 4 3 2 9 3 7 5 6 6 4 2 3 O 5 5 2 1 3 9 2 8 8 3 O 9 1 0 4 6 1 9 3 1 3 0 0 5 4 3 3 9 4 2 4 1 3 7 3 6 1 0 0 4 4 O 5 5 2 3 7 2 9 5 2 9 5 8 0 3 2 9 8 1 9 1 9 3 8 3 0 1 5 4 1 2 8 4 0 4 4 3 2 5 3 6 1 4 袁 l O 混凝土抗冻和抗渗试验结果 石粉掺量 抗渗等级 抗冻 2 5 次 抗冻 5 O次 序号 水胶比 ( ) ( 2 8 d ) 相对动弹模量 ( ) 重量损失 ( ) 相对动弹模量 ( ) 重量损失 ( ) 1 O 5 5 1 O W 8 9 2 5 O 2 7 6 8 O 8 2 O 5 5 2 0 W 8 9 O 4 0 4 7 4 9 O 9 3 O 5 5 3 0 W 8 8 9 6 O 6 7 3 2 1 2 7 O 1 3 1 常态混凝 土干缩变形试验 常态混凝土干缩试验：缓凝高效减水剂掺量 0 8 ， 引气剂 掺量按混凝土 含气量 3 5 进行 调整 ，石子 级 配 6 0： 4 O ，石粉掺量采用 1 0 、2 O 及 3 O ，并对半 掺 田东粉煤灰进行试验 ，分别测定混凝 土 3 d 、7 d 、1 4 d 、 2 8 d 、6 0 d 、9 0 d 、1 8 0 d及 3 6 0 d干缩 变形 ，其试 验结 果列 于表 9 。 1 3 2 常态混凝土耐久性试 验 常态混凝土耐久性试验结果列于表 1 O 。 2 磨细石灰岩石粉作混凝土掺合料在甘再 水 电站 工程实际运用情 况 为了进一步验证磨细石灰岩石粉能否在工程施工中 实际应用，解决甘再电站工程由于当时受清关影响，粉 煤灰运不到工地而造成混凝土施工停滞的问题，经建设 各方同意，依据混凝土中掺磨细石灰岩石粉室内试验研 究成果，用磨细石灰岩石粉全部或部分替代粉煤灰作为 混凝土掺合料，浇筑甘再电站 目前已经竣工的反调节堰 及 P HI纵向围堰工程。目前正在施工的柬埔寨甘再水电 站大坝高程 5 8 8 4 m工程，就地取材，首次采用粉煤灰 和石灰岩磨细石粉各 5 0 作为碾压混凝土掺合料应用在 大坝工程的施工 中。目前已经铺筑混掺石粉、粉煤灰的 碾压混凝土约 3 9万 m3 ，节省工程投资 1 8 9万美元 。使 用情况表明：在混凝土中掺入磨细石灰岩石粉，甘再电 站各工程部位施工的各种等级的混凝土均达到或超过相 应的混凝土设计等级，合格率为 1 0 0 。这不但缓解了由 于混凝土中掺合料的短缺影响施工进度 的难题，而且解 决了由于高标号 K TC水泥配制低强度混凝土而带来施工 困难的问题 ，从而改善了混凝土的施工性能 ，节约了水 泥用量，简化 了水工混凝土 的温控措施 ，保证 了工程 进度 。 3 磨细石灰岩石粉运用前景分析 现甘再水电站、基里隆 2号水 电站、斯登沃岱水 电 试验与检测 站、达岱水电站及额勒赛水电站已相继开工建设 ，斯瑞、 斯东水利项目已完成考察研究 ，可望在近几年里陆续建 成投入使用。迄今柬埔寨只开发了 1 3 MW 的水电 ( 奥冲 2号水电站 I MW、1 2 1V l W) ，只有 1 5 的家庭能用上柴油 发电或越南政府提供的水电。目前，柬埔寨电力总量只有 7 亿 k Wh 左右，计划到 2 0 3 0年使 7 O 农家用上电。据不 完全统计，拟开发的上丁水电开发工程能灌溉1 0 0 万h r E 的土地 ，可装机 2 0 0 0 MW；波雷特诺水 电开发 工程可装 机 1 8 MW，蓄水 i I 2 亿 ，灌溉磅士卑、干丹、茶腭 3省 的 7 万 h m 农田，耗资三千多万美元。在波萝勉、磅湛、 马德望、茶腭、磅同等省修建各种 中小型农田灌排工程， 有利于恢复和改善农田水利条件 ，提高当地的农业综合 生产能力 。 通过经济分析，如果从中国运输粉煤灰至柬埔寨甘 再工地 ，每吨粉煤灰价格约 9 2美元左右，如果从泰 国 运输粉煤灰至工地，每吨粉煤灰价 格约 6 8美元左右 ， 而现场进行石粉生产每 吨成本折合人 民币约 3 0 0元左 右，相对于使 用粉 煤灰 的成 本折 合 人 民币至 少 降低 1 6 3 43 2 6 元 ( 按人民币兑美元汇率 6 8： I计算) ，该工 程完成 C s o l 0碾压 混凝土全 部项 目预计 节约 总成 本 I 1 1 8 7万元 。 该项技术在其他类似的工程有着广泛的应用推广前 景。石粉可大幅度降低混凝土绝热温升，由于微集料效 应 ，还可以改善混凝土 的致密性，其应用前景广阔。采 用石灰岩石粉作为混凝土掺合料，能够改善混凝土的性 能，技术上可行，经济上节约工程投资，技术经济效果 显 著 ，有现实意义 。 4 结语 综上所述，磨细石灰岩石粉用作混凝土掺合料在柬 埔寨甘再水电站工程中使用技术上是可行的。使用磨细 石灰岩石粉替代粉煤灰用作混凝土掺合料，不但可 以解 决水电工程上 的粉煤短缺问题，还可获得技术、经济、 环保等方面的综合效益。 ( 上接 第 3 7页) 6 工程的应用情 况 2 0 0 9 年铜镍高炉矿渣粉作为掺合料在冲呼尔水 电站 碾压混凝土坝的 2 5 2 8号坝段进行了应用 ，共计 7 0 0 0 余立方米。施工检测结果表明：和粉煤灰掺合料 的碾压 混凝 土 的可 碾性无 明显 的差别 ；1 8 0 d的抗 压强 度在 2 1 3 2 5 9 MP a之 间，平 均 2 3 8 MP a ；压 实 度 达 到 9 9 以上；抗冻、抗渗均满足要求；极 限拉伸值均大于 0 85 1 0一 。 7 结语 铜镍高炉矿渣粉在冲呼尔水电站碾压混凝土坝 的成 功应用证明，该矿渣粉可以全部替代粉煤灰作为碾压混 凝土单一掺合料 ，并配制出高抗冻等级的碾压混凝土， 为水工碾压 混凝 土工程 开辟 了又一 新 的优 质 掺合料 料源 。 71