李 月 華， 周 平， 鄭 強(qiáng)

(中國(guó)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(jí)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(guó)、泰國(guó)或越南采購(gòu)，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(jià)[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(duì)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(chǎng)和夢(mèng)曬料場(chǎng)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(jí)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(guó)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(guó)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(duì)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(duì)碾壓混凝土涉及到的原材料進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合相關(guān)品質(zhì)要求。當(dāng)檢測(cè)骨料具有堿活性危害時(shí)，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(duì)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(duì)石灰?guī)r粉能否作為混凝土摻合料進(jìn)行了評(píng)價(jià)，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(duì)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(jí))硅酸鹽水泥，其比表面積為330 m2/kg，初終凝時(shí)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(duì)水泥膠砂強(qiáng)度影響的檢測(cè)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(dòng)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(jí)水電站工程昂鄧料場(chǎng)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(jí)粒徑組成的合成級(jí)配，其中三級(jí)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(jí)配5～20 mm碎石占比40%，20～40 mm碎石占比60%?？紫堵蕿?2%，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(cè)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(bào)告》指出：經(jīng)砂漿長(zhǎng)度法檢測(cè)評(píng)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(duì)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(shí)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(shí)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(cè)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(jí)水電站碾壓混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為：強(qiáng)度等級(jí)C18015W2F50，三級(jí)配；強(qiáng)度等級(jí)C18020W6F50，二級(jí)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(jí)水電站石粉作為摻合料的混凝土配合比咨詢?cè)u(píng)審會(huì)會(huì)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(jí)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(jí)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(duì)試驗(yàn)檢測(cè)、芯樣檢測(cè)、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(jí)配比例為二級(jí)配∶三級(jí)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(shí)的經(jīng)濟(jì)對(duì)比情況見表5。

表5 石灰?guī)r粉與粉煤灰經(jīng)濟(jì)對(duì)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(shí)，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(duì)解決缺乏粉煤灰資源、降低工程造價(jià)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。