铜镍高炉矿渣粉作为碾压混凝土掺合料在严寒地区的应用.pdf

水利水电施工2 0 1 1 第 1 期总第 1 2 4期 袁 2 不同细度铜镍 高炉矿渣粉 的 胶砂 强度 和流动度 抗压强度 ( MP a ) 抗折强度 ( MP a ) 流动度 检测项目 7 d 1 4 d 2 8 d 9 0 d 7 d 1 4 d 2 8 d 9 0 d ( ram ) 基准 ( 不掺) 3 O 6 4 1 2 4 8 6 6 8 2 7 7 8 6 9 6 9 9 1 7 1 粉磨 3 0 mi n 、比 1 2 5 1 5 o 2 0 6 3 3 2 3 1 3 7 4 9 7 0 1 9 5 表 面积 3 0 0 m2 k g 粉磨 4 5 mi n 、比 1 2 6 1 8 6 2 5 7 4 O 3 3 4 3 9 5 4 8 3 2 0 7 表丽积 4 1 0 m k g 粉磨 6 0 rai n 、比 1 3 9 1 9 5 2 6 7 4 3 5 3 4 4 1 5 6 8 7 2 1 1 表面积 4 6 () m k g 粉磨 9 0 mi n 、比 1 2 6 1 8 6 2 8 6 4 6 8 3 5 4 4 6 0 9 O 2 2 1 表面积 6 3 0 m0 k g 粉煤灰 1 5 8 2 2 1 2 9 6 4 7 3 3 8 4 7 6 1 8 5 2 0 9 表 7 不同掺 量的铜镍 高炉矿渣 粉水化 热检 测结果 ( k g ) 龄 基准 铜镍高炉矿渣 粉煤灰 总掺量 4 O ， ( 不掺掺 铜镍高炉矿 期 2 O 4 O 6 O 2 O 4 O 6 O 渣和粉煤灰 合料) 料各半 1 d 1 5 8 1 1 3 3 2 1 0 9 4 8 9 5 1 2 8 3 1 0 3 9 8 3 6 1 1 3 5 3 d 2 3 8 7 2 0 2 3 1 7 2 3 1 4 0 0 1 9 4 1 1 6 5 3 1 3 2 5 1 7 4 0 5 d 2 8 0 2 2 3 9 0 2 0 3 2 1 6 7 O 2 3 2 5 1 9 5 4 1 6 O 0 2 0 5 3 7 d 2 9 2 0 2 5 8 4 2 2 0 9 1 7 6 9 2 4 9 3 2 1 3 5 1 7 O 0 2 2 4 8 3 6 铜镍高炉矿渣粉的安定性试验结果 ( 见表 8 ) 表 8 铜镍高炉矿渣粉的安定性试验结果 矿渣粉掺量 ( ) O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 O 沸煮法结果 合格 合格 合格 压蒸发结果 ( ) 0 0 5 2 0 0 2 5 0 0 1 2 0 0 0 4 O O 1 O 0 0 3 2 表3 铜镍高炉矿渣粉需水量比等检测结果4 铜镍高炉矿渣粉作为碾压混凝土掺合料 比表面积 需水量比 密度 含水量 项 目 ( m2 k g ) ( ) ( k g m3 ) ( ) 结果 4 6 0 9 7 7 3 4 7 0 0 2 3 3 化学成分检测 参照 水泥化学分析方法 对其进行检测，结果见 表 4 。 表 4 铜镍高炉矿渣粉化学成分 ( ) 项目 S i O 2 AI 2 0 3 F e 2 ( ) 3 Mg ( ) K 2 O C a O S O 烧失量 结果 3 5 6 1 4 O 9 4 4 5 9 5 5 1 0 3 3 5 6 6 O 1 0 5 8 5 3 4 重金属检测 对铜镍高炉矿渣粉重金属检测 ，结果见表 5 。 表 5 铜镍高炉矿渣粉重金属检测结果 检测项目 C u B a C r S b Hg C d P b S e AS 结 果 0 1 7 4 1 0 5 0 6 未检 0 7 未检 未检 未检 ( mg k g ) 出 出 出 出 将铜镍高炉矿渣粉配制成碾压混凝土，对硬化后混 凝土水溶物重金属进行检测结果，见表 6 。 表 6 硬化后混凝土水溶物重金 属检测结果 检测项目 C U B a C r S b Hg C d P b S e As 结果 0 1 8 2 0 2 6 3 0 0 3 7 未检 未检 未检 未检 未检 未检 ( mg k g ) 出 出 出 出 出 出 3 5 铜镍高炉矿渣粉的水化热检测 按 水泥水化热测定方法 ( 溶解热法) 对不同掺量 的铜镍高炉矿渣粉进行水化热检测 ，其结果见表 7 。 3 6 的配合比试验研究 4 1 混凝土配合 比参数选择 铜镍高炉矿渣粉的密度比粉煤灰大 1 3 ，高达 3 3 0 0 3 5 0 0 k g r n 3 ，作为掺合料后胶凝材料总体积变小，用水量 降低，混凝土的砂率有所增加。经试拌 ，冲呼尔水位变 化区C 1 8 o 2 0 W8 F 3 0 0的碾压混凝土配合比参数如下：中小 石比例 5 O： 5 0 ；砂率 3 7 左右 ；用水量 8 5 k g m。左右； 高效减水剂掺量 0 6 左右；引气剂掺量 0 8 左右。 4 2 试验组合安排 采用正交设计进行试验组合安排，见表 9 。 表 9 正交设计水平因素 因素 矿渣粉掺量 水胶比 空列 空列 水平 ( ) 1 0 4 0 4 0 1 l 2 0 4 5 5 0 2 2 3 O 5 0 6 0 3 3 4 3 各项试验结果 试拌混凝土配合比及其拌和物性能结果见表 1 O 。 混凝 土强度结果见表 l 1 。 由上结果可知：矿粉掺量是影响强度的主要 因素； 在水胶 比0 4 5 、矿粉掺量 5 O 时，其 9 o d的抗压强度已 大于配制强度 2 4 2 MP a ，说明可以作为施工的配合比。 混凝土弹性模量、极限拉伸和抗渗结果见表 1 2 。 以上试验结果可知：9 0 d的极限拉伸值和抗渗指标均 大于设计值 0 8 5 1 0 和 W8 。 混凝土抗冻试验只选择水胶比 0 4 5 、矿粉掺量 5 0 的试拌配合比进行试验，结果见表 1 3 。 从上述结果可知：满足 3 0 0次抗冻要求。 表 1 0 试拌混凝土 配合 比及 性能结果 混凝 土工程 矿粉掺量 减水剂 引气剂 砂率 各材料用量 ( k g m。 ) V C值 含气量 试拌编号 水胶比 ( ) ( ) ( X o) ( ) 水泥 水 矿粉 砂 小石 中石 减水剂 引气剂 ( s ) ( ) 1 0 4 0 4 0 O 6 0 8 3 6 1 2 7 5 8 5 8 5 7 7 1 7 0 1 7 0 6 1 2 7 5 0 1 7 0 2 9 5 2 2 0 4 5 4 0 0 6 O O 6 3 7 1 1 3 3 8 5 7 5 6 8 0 0 6 9 6 7 O 1 1 1 3 3 0 1 1 3 3 3 4 4 5 3 0 5 O 4 0 O 6 O O 4 3 7 1 0 2 8 5 6 8 8 0 6 7 O 1 7 0 6 1 O 2 0 0 0 6 8 0 3 4 3 8 4 0 4 0 5 0 0 6 O O 8 3 6 1 0 3 8 8 3 1 0 3 7 7 7 5 7 0 5 7 1 O 1 6 6 0 O 1 6 6 O 3 O 5 2 5 O 4 5 5 0 O 6 O 0 6 3 7 9 2 2 8 3 9 2 2 8 0 4 7 0 0 7 0 5 1 1 0 6 O 1 1 0 6 3 7 4 5 6 O 5 O 5 0 O 6 O O 5 3 7 8 3 8 3 8 3 8 1 0 7 0 4 7 1 O O 9 9 6 0 0 8 3 0 3 6 4 7 7 0 4 0 6 0 0 6 O 0 8 3 6 8 1 8 1 1 2 1 5 7 8 0 7 0 8 7 1 3 1 2 l 5 O 1 6 2 0 3 1 4 5 8 O 4 5 6 0 O 6 O O 6 3 7 7 2 8 1 1 0 8 8 0 8 7 0 3 7 0 8 1 0 8 0 0 1 0 8 0 3 6 4 5 9 O 5 O 6 O 0 6 O O 5 3 7 6 4 8 8 1 9 7 2 8 l 3 7 0 8 7 1 3 0 9 7 2 O O 8 1 O 3 5 4 7 表 1 1 混 凝 土 强 度 结 果 抗压强度 ( MP a ) 劈拉强度 ( MP a ) 编号 水胶比 矿粉掺量 ( ) 7 d 1 4 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 1 0 4 0 4 0 2 6 1 3 3 5 3 5 3 2 7 6 2 9 4 2 0 45 4 0 1 7 8 2 2 0 2 3 5 3 1 5 3 2 3 2 O 3 2 6 3 2 7 3 3 O 5 O 4 0 1 9 4 2 4 6 2 7 8 2 3 2 2 6 4 4 0 4 0 5 O 2 2 6 2 7 9 31 4 2 5 2 2 8 2 5 O 4 5 5 0 1 3 2 1 7 O 1 8 9 2 5 9 2 7 2 1 6 4 2 4 6 2 7 7 6 O 5 O 5 0 1 5 4 1 9 7 21 7 1 6 7 2 5 6 7 0 4 0 6 0 1 8 O 2 2 7 2 5 4 2 21 2 6 9 8 O 4 5 6 0 8 0 1 3 2 1 4 5 1 9 1 2 1 2 0 9 9 1 4 7 2 1 9 9 O 5 O 6 0 1 2 6 1 5 6 1 8 7 1 O 3 6 1 8 6 表 1 2 混凝土弹性模量、极限拉伸和抗渗试验结果 极限拉伸 ( 1 0 ) 弹模 ( G P a ) 抗渗 编号 水胶 比 矿粉掺量 ( ) 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 9 0 d 1 8 0 d ( 1 8 0 d ) 2 0 4 5 4 0 0 8 8 1 _ 1 2 1 1 5 3 7 3 3 6 9 1 2 5 O 4 5 5 0 0 8 2 1 O O 1 O 3 3 5 6 3 5 8 1 2 8 O 4 5 6 0 0 6 1 0 9 4 O 9 3 3 2 5 3 5 2 1 2 表 1 3 抗冻结果 2 5 次 5 0 次 7 5 次 1 0 0 次 1 2 5 次 1 5 0 次 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) O 3 9 7 O O 3 9 6 0 O 7 9 4 9 1 6 9 4 2 1 8 9 3 7 2 3 9 3 0 1 7 5 次 2 0 0 次 2 2 5 次 2 5 0 次 2 7 5次 3 0 0 次 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 质量损失 相对动弹 ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) ( ) 模 ( ) 2 5 9 2 4 2 8 9 1 8 3 1 9 1 3 3 9 8 8 6 4 2 8 7 O 4 8 8 6 7 5 混凝 土配合 比选择 根据上述试验资料推荐配合比见表 1 4 。 表 1 4 推 荐 混 凝 土 配 合 比 矿粉掺量 减水剂 引气剂 砂率 各材料用量 ( k g m。 ) 密度 ( k g m3 ) 设计要求 水胶比 ( ) ( ) ( ) ( ) 水泥 水 矿粉 砂 小石 中石 计算 实测 C1 8 o 2 0 W 8 F3 0 0 O 4 5 5 0 O 6 6 3 7 9 2 8 3 9 2 8 0 4 7 0 0 7 0 5 2 4 7 6 2 4 6 8 ( 下转 第 7 1页) 3 7 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