乐昌峡水利枢纽中热水泥生产质量控制及在碾压混凝土中应用效果分析.pdf

第 1 期 2 0 1 2年 1月 广 东水利水 电 GUAN GDONG WA T ER RE S OURC ES AND HYDROP O WER NO ． 1 J a n ． 2 0 1 2 乐昌峡水利枢纽中热水泥生产质量控制 及在碾压混凝土中应用效果分析 江峰 ， 杨 永民 ， 张正科 ， 曾智 高 ( 1 ．广东省 乐昌峡水利枢纽管理处， 广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0； 2 ．广东省水fi 1 水电科学研究院， 广 东省水利重点科研基地 ， 广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ； 3 ．乐昌市昌山水泥厂 ， 广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0； 4 ．广东省乐昌峡水fi ． 1 枢纽水力发电中心， 广东 乐昌 5 1 2 2 0 0 ) 摘要： 该文介绍了乐昌峡水利枢纽工程中热水泥的质量控制要求， 通过生料、 燃料、 熟料及石膏等原材料的控制， 以及 出 磨与入场管理等措施 ， 保证了水泥的各种物理力学指标， 经检泐 l 均符合规 范和 工程质量要求， 较低的入罐温度及较小的水 化热， 有效地保证了拦河坝碾压混凝土的工程质量。 关键词 ： 中热水泥 ； 质量控 制 ； 坝体 混凝 土； 应 用 中图分类号 ： T V 5 4 4 ． 9 2 1 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 8— 0 l 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 1— 0 1 0 2— 0 4 肓 茸 言 中热硅酸盐水泥是大坝浇筑中常用的一种水泥 ， 简 称为中热水泥 ， 是指由适当成分 的硅酸盐水泥熟料加入 适量石膏 ， 经磨细制成 的具有中等水化热 的水硬性胶凝 材料 。中热水泥在水工水泥 中的比例约为 3 0 ％， 是 我国 目前用量最大的特种水泥之一 ， 是水工建筑物用混 凝 土的主要胶凝材料。中热水泥具有水化热低 、 抗硫酸 盐性能强 、 干缩小 、 耐磨性能好等优点。 乐 昌峡水利枢纽施 工质量要求高 ， 施工技术复杂 ， 在拦河坝碾压混凝土施工过程 中对 大坝混凝土 的温度 控制与防裂要求十分严格 。为此 ， 对该坝使用的中热水 泥采取了一系列的质量控制措施 ， 确保施工质量 。本文 介绍了乐昌峡水利枢纽工程拦河坝碾压混凝土选用 的 中热水泥生产质量控制措施 ， 以及 中热水泥在拦河坝中 的应用效果并进行分析 ， 可供国内其它类似水利工程施 工质量控制提供参考。 1 中热水泥的工程质量控制要求 根据碾压混凝土重力坝对胶凝材料的要求 ， 结合广 东省粤北地区工程状况以及乐昌峡水利枢纽施工特点和 工期要求 ， 对 中热水 泥生产过程的调试和实际工程检测 经验的积累， 参照 G B 2 0 0— 2 0 0 3 (( 中热硅酸盐水泥》 ， 提出 中热水泥工程质量控制要求 ， 具体如表 1 。其中， 比表面 表 1 乐 昌峡水利枢纽 中热水泥工程质量控制要 求 积控制 目标为 2 8 0～ 3 0 0 m ／ k g ， 主要考虑强度等其它指标 满足规范要求的前提下， 尽量降低比表面积， 减缓水泥的 早期水化反应和放热速度。水泥人储罐温度为 ≤7 0 ℃， 主要考虑乐昌峡水利枢纽布置于北部 中亚热带 区， 施工 季节温度高 、 持续时间长、 水泥出厂温度难 以降低等 因素 综合考虑确定。中热水泥最小的 2 8 d抗压强度和抗折强 度分别定为 4 6 ． 0 MP a 和 7 ． 5 M P a ， 考虑大坝混凝土对抗压 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 —1 0— 3 0 作者简介： 江峰( 1 9 7 1一) ， 本科 ， 高级工程师， 从事水利工程建设管理工作。 1 02 2 0 1 2年 1月 第1期 江峰， 等 ： 乐昌峡水利枢纽中热水泥生产质量控制及在碾压混凝土中应用效果分析 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 2 强度要求不高且混凝土配合 比配制强度有较大富余 ， 而 水泥抗折强度高对坝体防渗开裂是有利的。 2 中热水泥的质量控制措施 2 ． 1 中热水泥的原材料及燃料控制 2 ． 1 ． 1 生料质量控制 生产中热硅酸盐水泥用的原料 ， 主要是石灰石质原 料 ( 主要提供氧化钙 ) 、 硅铝质原料 ( 主要提供氧化硅 、 氧化铝和少量氧化铁 ) 和铁质校正原料进行配料 。 石灰质原料主要 以碳酸钙为主要成分 ， 本工程供应 厂家在外购石灰石前 ， 厂内化验室均详细 了解该矿 山的 质量情况 ， 并定期按不 同的外观特 征取样检验 ， 确保石 灰石的质量指标达到一级要求 ， 进厂石灰石主要质量控 制指标 日常以控制 C a O含量为 主， 对于其 中的有害成 份 ， 石灰石品位越高， 有害成份越低 ； 石灰石 品位越低 ， 有害成份越高。2 0 0 9年 1 0月 ～2 0 1 1年 4月厂 内共检 测 7 6组 ， 检测统计数据如表 2所示 ， 结果表明所有检测 结果均符合一级石灰石的标准。 表 2 中热水泥生产过程 中石灰石 质量监控统计数据 名 称L o s s S i O 2 A 1 2 O3 F e 2 O3 C a O S O 3 Mg O ∑ 一 级品要求 ／ ／ ／ ／ > 4 8 <1 ． 0 <2 ． 5 石灰 2 0 0 9 ． 1 0一 3 8 ． 7 9 8． 41 0 ． 9 6 0 ． 3 5 49 ． 2 5 0． 6 2 1 ．1 8 9 9 ． 5 6 加I 1 ． 4 平均值 硅铝质原料是生产硅酸盐水泥熟料的主要辅助原 料 ， 主要提供氧化硅 、 氧化铝和少量氧化铁 ， 只有选择适 当成份的硅铝质原料 ， 才能保证生料配料过程的顺利完 成。该 中热水 泥 供应 厂 采 用 天然 硅 铝 质原 料 粘 土。 2 0 0 9年 1 0月 ～ 2 0 1 1年 4月厂 内共检测 7 6组 ， 具体检 测结果见表 3 ， 结果可知 ， 各时期用的粘土均达到一级 品的要求 。 表 3 中热水泥 生产过 程中粘土质置监控统计数据 名 称L o s s S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 O 3 C a O S O 3 Mg O ∑ 铁质校正原料是生产普通硅 酸盐熟料的主要辅助 原料 ， 是调整熟料率值 、 液相量的主要原料 ， 主要矿物是 F e O ， ， 其含量可达 7 0 ％左右。本工程用水泥原材料主 要采用铁矿石来补充配合生料中氧化铁的不足 ， 主要控 制 F e 2 O 3 ≥4 0 ％ ， 2 0 0 9年 1 0月 ～ 2 0 1 1年 4月厂内共检 测 7 6组 ， 具体检测统计结果见表 4 ， 结果 可知， 各时期 用的铁矿石均符合要求。 表 4 中热 水泥生产 过程中铁矿石的质量监控统计数据 2 ． 1 ． 2燃料质量控制 煤作为水泥熟料烧成的燃料 ， 供给熟料烧成所需的 热量 ， 其中所含的灰分 ， 绝大部分落入水泥熟料中， 影响 水泥熟料的成份和性质， 从这 一点讲 ， 煤又是生产水泥 的一种“ 原料” 。水泥生产 中的煤粉既提供热能 、 又提 供物料组份 ， 选择合理的原煤品种是生产优质水泥熟料 的必要条件。因此 ， 对于水泥厂用煤的质量也提出一定 的要 求 。 原煤 的主要质量控制项 目： 水份 、 灰份、 挥发份 、 发 热量 、 固定碳 、 全硫 等 是进 厂原 煤 的主要 控 制项 目。 2 0 0 9年 1 0月 ～ 2 0 1 1 年 4月 厂内共检测 9 5组 ， 具体检 测统计结果见表 5 ， 由检测结果可知， 各时期用 的燃煤 均符合要求 。 表 5 中热水泥生产过程 中燃料 的质量监控统计数 据 2 ． 1 ． 3 生产过程熟料质量控制 熟料质量对水泥质量起决定性作用 ， 熟料生产水泥 是物理变化过程 ， 其强度如何主要取决于熟料 的内在品 质 ， 而熟料质量直接受生料质量和煅烧质量 的影响 ， 因 此应严格控制好生料 的成分 和煤粉 的质量是确保熟料 质量的关键 。 在生产过程中严格控制熟料化学成份 ， 尤其是熟料 的 3个率值和 f —C a O、 Mg O含量。熟料 的 3个率值即 K H、 S M 和 I M是影响熟料质量 的重要 因素。K H值过 高熟料难烧 ， 使熟料 f —C a O偏高 ； K H值过低 ， 熟料 强 度差 ； S M值过高 ， 熟料 结粒差 ， 难烧 ； S M 值过低 ， 熟 料 强度差 ； I M值 过高 ， 熟料难烧 ； I M 过低 ， 窑 内易结块 。 因此 ， 合理 的熟料率值 ， 是保证熟料内在质量和 回转 窑 安全运转 的关键 。f —C a O是水 泥熟料 中的有害成份 ， ． 1 0 3 ． 2 0 1 2年 1月第 1期 广 东水利水 电 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 2 水化时易产生体积膨胀 ， 导致水泥强度下降 ， 甚至龟裂 、 崩溃 ， 因此必须控制其在一定范围内。f —C a O也是熟 料烧结质量 、 熟料率值是否正常 的反映。熟料率值正常 情况下 ， f —C a O偏高 ， 则属烧结不够 ， 属熟料率值不正 常 ， 应予调整生料成份 。M g O作 为熟料 的一种 有害成 份 ， 在熟料中以游离态的方镁石存在 ， 容易产生砼体积 膨胀 ， 造成安定性不 良。2 0 0 9年 1 0月 ～ 2 0 1 1年 4月厂 内共检测 1 5 2组 ， 具体检测统计结果见表 6 。 表 6 中热水泥生产过程 中熟料的质量监控统计 数据 ( 2 0 0 9 ． 1 0～ 2 0 1 1 ． 4) 2 ． 1 ． 4 石膏质量控制 大体积混凝土施工过程 中会掺用缓凝高效减水剂 ， 为确保 中热水泥与外加剂的适应性 ， 生产中严格控制石 膏的质量 ， 保证所用石膏为 G类二级 ， 实测的 1 9组石 膏检测统计结果见表 7 。生产过程中， 只要是 中热水泥 需采用的石膏 ， 均要求厂家尽量挑选品相好 的石膏 ， 以 确保水泥质量 。 表7 中热水泥生产过程中石膏的质量监控统计数据 ( 2 0 0 9 ． 1 0～2 01 1 ． 4) 提前 。在高温季节施工 ， 施工机械稍有故障 ， 就不能顺 利完成滑模摊铺及后续作业 。 为降低水泥温度 ， 满足出厂温度小于 7 0 ℃ ， 在本工 程 中主要采取了以下措施 ： ①熟料冷却 ： 提前 生产好 中 热水泥熟料 ， 摊铺在 中转棚 中， 使用风扇或 自然 降温至 5 0 ％ ～ 6 0 ~ C后再进行成品磨细 ； ② 专用水泥库 ： 使用 5 个专用水泥库贮存 中热水泥 ， 总存 量可达 4 O 0 0 t ， 这样 可尽量延长水泥 的贮存 时间 ， 放水泥 时也 可轮换水 泥 库 ； ③磨头 、 磨壳和输送带通冷却水降温 ： 要求水泥厂进 行适当的设备改造 ， 在水泥磨进 口处、 磨外部 和水泥出 磨入库 的通道 中布置冷却水管 ， 通水降温 ； ④倒库 ： 在以 上措施均无法满足要求达到的水泥温度时， 采取将水泥 装车重新倒库的措施 ， 可有效降低水泥温度 1 5 ％ 以上 ； ⑤调节运输时段 ： 由于水泥厂距工地 只有 2 0多 k m， 可 避开夏季 白天的高温时段运输 ， 尽量在早上 、 傍晚或晚 上运输水泥。 水泥在入储罐前经第三方检测单位现场检测水泥 温度 ， 在 2 0 0 9 ． 1 0～ 2 0 1 1 ． 4期间测得的温度统计 数据如 表 8所示 ， 结果可见 ， 入储罐温度均达到 了质量要求 ， 有 效保证了在高温时段碾压混凝土施工的温度控制。 表 8 中热水 泥生产过程中水泥入储罐温 度监 控统计数据 名 称 L o s s S i O ：M 2 0 3 e o 3 C a O r a g O S 0 3 ∑ 结晶 水 不 溶 物 3 中热水泥的入场第三方检测 石膏l 9 6 8 5 ． 4 5 1 ． 4 3 0 ． 8 2 3 1 ． 9 1 0 ． 8 2 3 8 ． 1 2 9 8 ． 2 3 1 5 ． 1 2 0 ． 8 2 2 ． 2 中热水泥的出磨质量控制 2 ． 2 ． 1 比表面积控制 为了达到水泥比表面积为2 8 0 — 3 0 0 m ／ k g 的要求， 对生产普通硅酸盐水泥粉磨 系统 的钢球级配和选粉机 的参数进行了调整 ， 在大规模生产之前通过试验及计算 确定球磨机参数及粉磨时间 ， 保证 出磨水泥细度适 中， 在生产过程中定期取样检验 ， 及时调整粉磨时间 ， 从而 控制好 比表面积 。 2 ． 2 ． 2 水泥出厂温度控制 刚出厂的水泥没有足够的时间冷却 ， 运到施工现场 温度很高 ， 高温水泥对混凝土的施工和易性 、 凝结时间 、 弯拉强度影响较大 。主要表现为拌合用水量增加较多 ， 实际施工的水灰 比与设计值偏差较 大， 普遍增大 1 2 ％ 1 7 ％ 。同时 由于水 泥用量较大 ， 出机混凝 土发热量 高， 蒸发速度快 ， 维勃稠度 ( 坍落度 ) 损 失快 ， 初凝时 间 l 0 4 水泥运至施工现场后 ， 建设单位委托 1 0 0 ％第三方 检测单位 进行批次取样检 测 ， 于 2 0 0 9年 1 O月 ～2 0 1 1 年 4月厂内共检测 1 6 2组 ， 具体检测统计结果见表 9， 由检测结果可知 ， 水泥 的比表面积控制在预定要求 ， 标 准稠度较普通硅酸盐水泥有所降低 ， 3 d与 7 d的水化放 热比国内其它工程 中热水泥低 ， 抗折抗压强度也有较大 富余 ， 各时期入场的中热水泥均达到了国家标准及工程 质量要求。 表 9 中热水泥的入场第三方检测统计数据 ( 2 0 0 9 ． 1 0～ 2 0 1 1 ． 6 ) ， m 2 ． k g - 1 )萋 繁 凝 结 时 间 水 化 热 抗 折 强 度 抗 压 强 度 (h：min) ／(kJkg一 ) ／MPa ／MPa 初凝 终凝3 d 7 d 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 最大值 3 1 0 2 5 ． 0合格 2 ： 5 0 4 ： 2 7 2 1 2 2 5 9 4 ． 6 6 ． 3 8 ． 2 2 1 ． 8 2 9 ． 4 4 9 ． 3 最小值 2 8 2 2 4 ． 4合格 2 ： 2 0 3 ： 0 8 2 0 6 2 3 9 4 ． 1 5 ． 6 7 ． 4 2 0 ． 4 2 7 ． 2 4 6 ． 2 平均值 3 0 3 2 4 ． 8合格 2 ： 3 4 3 ： 3 0 2 0 9 2 4 2 4 ． 4 5 ． 8 8 ． 0 2 0 ． 7 2 8 ． 4 4 8 ． 7 2 0 1 2年 1月 第 1 期 广东水利水 电 4 拦河坝碾压混凝土质量检测结果分析 乐 昌峡水利枢纽拦河坝使用 3种碾压混凝土 ， 分别 为 C 9 0 1 0 W2 F 5 0、 C 9 0 1 5 W4 F 5 0与 C 。 0 2 0 W6 F 1 0 0 ， 抗 压强 度等级不高 ， 对抗渗分别为 W2 、 W4和 W6 ， 抗冻等级为 F 5 0和 F 1 0 0 。碾压 混凝土配合 比设 计 中， 为 了保 证大 坝强度且不易开裂 ， 掺加 了大量的粉煤灰 ， 降低 了水泥 用量 ， 对大坝的温控防裂起到了关键的作用。在施工期 间， 按照规程规范 ， 第三方检测单位对大坝碾压混凝土 进行了现场取样 和室内检测 ， 检测的统计结果见表 1 O 。 结果表 明： 采用该中热水泥拌制的碾压混凝土强度均达 到了设计要求 ， 平均强度较设计强度有较大 的富余 ， 混 凝土抗压强度保证 率均超过 9 5 ％， 多项的 中热水泥控 制措施对保证施工的整体质量起到了很大的作用。 表 1 O 碾压混凝土的第三方检测抗压 强度统计 结果 ( 2 0 0 9 ． 1 0— 2 0 1 1 ． 6 ) 于 2 0 0 9年 1 0月 ～ 2 0 1 1年 4月第三方检测单位对 该拦河坝碾压混凝土的力学及耐久性指标进行取样检 测 ， 共检测 2 1 0组 ， 具体检测统计结果见表 1 1 ， 检测 结 果表明： 各种力学指标符合设计要求 ， 混凝土质量达到 验收标准。 5结 论 1 )按照工程实际情况制定 的工程质量控制要求 ， 即符合 国家规程规范 ， 并对碾压混凝土有影响起关键作 用的指标进行有效控制 ， 为保证工程质量起到了关键作 用 。 表 l 1 碾压混凝土的第三方检测抗压强度统计结果 ( 2 0 0 9 ． 1 0— 2 0 1 1 ． 6 ) 2 )乐 昌峡水利枢纽拦河坝工程碾压混凝土用 中热 硅酸盐水泥 ， 通过生料 、 燃料 、 熟料及石膏等原材料的控 制 ， 以及出磨 与入场管理等措施 ， 经第三方检测 1 4 2组 各种物理力学指标均合格， 符合规范和工程质量要求。 3 )中热硅酸盐水泥优异的物理性能 ， 较低 的入罐 温度及较小的水化热 ， 有效地保证了拦河坝碾压混凝土 的工程质量 ， 各种物理力学指标均达 到设计 和规范要 求 。 参 考文 献 ： [ 1 ] 随同波 ， 文寨军， 王 晶， 等 ．水泥品种与性能[ M] ．北京： 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 叶雯， 周晓龙， 张强 ， 等 ．建筑施工技术[ M] ．北京： 北京大 学 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 罗翥 ， 赵尚传 ．高温水泥对混凝土路面性能影响试验研究 [ J ] ．施工技术， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 4 ) ： 1 0 5—1 0 6 ． ( 本文责任编辑王瑞 兰) ( 上接 第 9 1页) 6结语 分布式光纤测温系统在乐昌峡水利枢纽的碾压 混 凝土大坝中大规模 的应用是成功的， 实测大坝混凝土温 度数据能够准确地反映浇筑面中混凝土 的实际温度状 态 ， D T S理论完善 、 信息量大 、 线性连续响应速度快、 空 间定位准确 、 抗干扰性强、 施工简单 ， 反映了现代科技成 果。数据具有较高的真实性 ， 能正确地反映混凝土浇筑 层面温度的变化规律。且光纤敷设简单 ， 与土建施工相 互干扰较少 ， 从 2 0 1 0年 7月 ～1 1月已经完成光纤铺设 数千米。 光纤实测大坝混凝土 的温度值反映 了碾压混凝土 内部温度场的分布规律 ， 为混凝 土性能分析 、 施工管理 的质量 、 温度控制等方面提供了依据 ， 尤其在施工期监 测方面提供了大量数据资源 ， 也为深入研究混凝土浇筑 层面的变化规律 、 提高施工质量提供 了有效的方法 ， 是 对大坝温度监测传统仪器、 理论 和方法 的变革和创新 。 所优选的光纤分布式温度测量系统安装方便 ， 可快捷 、 准确地检测到坝体混凝土结构 内部温度场的变化 ， 这对 大坝的健康诊断和安全运行十分有利。 参考文献： [ 1 ] 周柏兵， 万永波， 徐国龙， 等． 分布式光纤监测系统在混凝 土坝的研究与应用[ J ] ． 水利信息化， 2 0 1 0 ， ( 5 ) ： 3 2— 3 6 ． [ 2 ] 徐卫军 ， 李端有， 侯建国． 分布式光纤测温系统在混凝土温 度监测的应用[ J ] ．云南水力发电， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 4 2— 4 6 ． ( 本文责任编辑马克俊) 1 0 5