藏木水电站大坝掺石灰石粉混凝土性能研究.pdf

第 6 期 2 0 1 2年 1 2月 水利水运 工程学报 AND E口 NG No 6 De c 2 01 2 藏木水 电站大坝掺石灰石粉混凝 土性 能研究 李光伟 ，邓长军 ( 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都6 1 0 0 7 1 ) 摘要 ： 受客观条件的限制 ， 藏木水电站大坝混凝土掺和料不得不采用从内地长距离运输的方式获得， 这样既增 加了工程造价， 同时也存在着由于掺和料供应不及时而影响工程进度的风险 结合工程实际， 开展的大坝混凝 土性能试验研究结果表 明： 采用石灰 石粉作为 掺和料能 改善混凝 土 的孑 L 隙结构 ， 提高混 凝土 的性 能 ， 可以配制 满足设计要求的大坝混凝土 ， 将石灰石粉作为掺和料用于藏木水电站大坝混凝土在技术上是可行的 关键词 ： 水工材料； 石灰石粉； 掺和料 ； 藏木水电站 中图分类号 ： T V 4 3 1 文献标志码 ： A 文章编号：1 0 0 9 6 4 0 X( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 1 6 0 5 藏木水电站位于西藏山南地区加查县境 内， 为雅鲁藏布江中游沃卡河下游峡谷段最后一级电站 电站装 机容量 5 1 0 MW， 年发电量 2 5 0 8 9亿 k W h ， 以发 电为主 ， 兼有下游 防洪和灌溉等综合功能 水 电站挡水建筑 物为坝高 1 1 6 m的混凝土重力坝 ， 混凝土总量约 3 0 0万 m 。 ， 需掺合料约 2 0万 t 由于当地没有水工混凝土所 需的粉煤灰或矿渣掺和料 ， 大坝混凝土的掺和料需从 内地长距离运输 这样不仅增加了工程造价 ， 而且会受 客观条件的影响得不到有效保障 ， 进而影响工程建设进度 ， 因此大坝混凝土掺合料的选择是藏木水电站大坝 混凝 土设计的关键 石灰石粉主要指由石灰岩经机械加工后 的颗粒小于 0 1 6 m m的微细粒 大量 的试验研究成果 表 明： 石灰石粉不完全是一种惰性材料 ， 它具有一定的反应活性 ， 能缓慢地与水泥水化产物发生反应 ， 生成具有一 定强度的水化产物 ， 充填混凝土孔隙， 改善混凝土的孑 L 隙结构 ， 从而提高混凝土 的性能 近年来 ， 随着对石灰 石粉认识 的不断深入 ， 将石 灰石粉作 为混 凝土掺和料亦 开始被水电工程所接受 ， 并开展 了大量 的应用研 究 ， 但研究主要 围绕在碾压混凝土 中掺石灰石粉展开 ， 而对在常态混凝土中掺用石灰石粉则涉及较少 本文结合西藏地区石灰石储量丰富的实际 ， 开展石灰石粉作为单一掺合料用于大坝常态混凝土的试验研究 ， 并与掺 级粉煤灰混凝土进行 比较 ， 对石灰石粉用于藏木水 电站大坝混凝土的可行性进行探讨 1 混凝土原材料 试验采用 的主要胶凝材料为 P MH 4 2 5水泥和 级粉煤灰 ， 以及工程当地石灰岩加工而成的石灰石粉 ， 主要化学成分见表 1 其 中水泥的2 8 d抗压强度为5 2 0 MP a ， 抗折强度为 8 6 M P a 粉煤灰的细度为 1 5 ， 需 水量 比为 9 8 石灰石粉 的比表面积为 3 0 0 m k g ， 需水量 比为 9 7 试验采用花 岗岩人工骨料 ， 骨料的密度 为 2 6 6 k g m ， 人工砂的细度模数为 2 9 2 ， 石灰石粉含量为 1 1 5 图 1为石灰石粉和粉煤灰的颗粒形貌 ， 可见 ， 石灰石粉颗粒为不规则体 ， 表面粗糙 ， 颗粒表面有细微颗粒 吸附现象 ； 粉煤灰中含有大量 的球形颗粒 ， 表面致密 、 光滑 ； 从粒径看 ， 石灰石粉和粉煤灰 的颗粒粒径分布在 同一个量 级 内 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 0 5 作者简介： 李光伟( 1 9 6 2 一 ) ， 男， 湖北武汉人 ， 教授级高级工程师， 主要从事水工混凝土原材料及混凝土性能试验研究 E ma i l ：l g ua n g we i c h i d i t o m c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 2年 1 2月 酸钙( C - S H) 的成核基体 ， 降低了成核位垒 ， 加速 了水泥的水化 3 O 三2 0 匿1 0 0 皇2 遗 霎- j s 龄期 d ( a ) 抗压强度 ( b ) 抗拉强度 图2 掺石灰石粉对大坝混凝土强度性能的影响 F i g 2 I nflu e n c e o f l i me s t o ne p o wde r o n s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f d a m c o nc r e t e 采用石灰石粉作为掺和料对大坝混凝土变形性能的影响见图 3 可见 ： 与采用 级粉煤灰相 比， 采用石 灰石粉混凝土弹性模量和极限拉伸均有所提高， 其中 2 8和 9 0 d的弹性模量分别提高 了 1 8 6 和 7 9 2 8 和 9 0 d的极限拉伸分别提高了 1 4 6 和 2 8 g 2 o 1 0 歌 O 1 5 1 0 垂 嗟 0 5 J J J L J 0 L J L L L 2 8 d 9 0 d 。 2 8 d 9 0d ( a ) 弹性模量 ( b ) 极 限拉伸 图 3 掺石灰石粉对大坝混凝土变形性能 的影响 F i g 3 I n fl u e n c e o f l i me s t o n e p o w d e r o n d e f o r ma t i o n p r o p e r t i e s o f d a n a c o n c r e t e 2 3对大 坝混 凝土 绝热 温升 的影 响 采用石灰石粉作为掺和料对大坝混凝土绝热温升 的影响见图 4 可见 ： 与采用 级粉煤灰相 比， 采用石 灰石粉混凝 土 7 d龄期前的绝热温升要略高 0 1 0 3 ， 其原 因在 于掺石灰石粉混凝 土的水泥用量较高 ， 且石灰石粉具有一定的加速水泥水化的效应 1 0 d龄期后 ， 其绝热温升 比掺粉煤灰混凝土有所降低 ， 到 2 8 d 龄期时低 0 3 0 4 ， 这是 由于粉煤灰后期参与水化的缘故 芝 8 1 2 鼎 6 24 1 8 、 隶 明1 2 矮 6 0 1 0 2 O 3 O 0 l 0 2 0 龄期 d 龄期 d ( a ) C 9 0 1 5 W4 F 1 0 0 ( b ) C g o 2 5 W8 F 1 5 0 图 4 掺石灰石粉对大坝混 凝土绝热温升的影 响 Fi g 4 I n flue nc e o f l i me s t o n e po wd e r o n d a m a d i a b a t i c t e mp e r a t u r e r i s e 2 4 对大坝混凝土体积稳定性的影响 采用石灰石粉作为掺和料对大坝混凝土体积稳定性的影响见图 5 可见 ： 采用石灰石粉混凝土的干缩变形 以及 自生体积收缩变形均要大于采用粉煤灰混凝土 这是 由于石灰石粉在加速水化硅酸钙和水化铝酸钙形成 的同时 ， 其 自身与氢氧化钙和水化铝酸钙发生反应生成水化碳铝酸钙晶体 ， 从而造成混凝土的收缩变形增大 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 李光伟 ，等 ： 藏木水 电站大坝掺石灰石粉 混凝 土性能研 究 1 9 、 。 呈 、 好 H _ 龄期 d ( a ) 干缩变形 2 、 士 H 皿 图 5 掺石灰石粉对大坝混凝土体积稳定性的影响 Fi g 5 I n flue n c e o f l i me s t o ne p o wde r o n s t a b i l i t y o f d a m c o nc r e t e v o l ume 2 5 对 大坝 混凝 土耐 久性 能 的影 响 采用石灰石粉作为掺和料对大坝混凝土耐久性能的影响见表 3 可见 ： 采用石灰石粉混凝土 的抗冻等级 可以满足设计 的要求( F I O 0F 1 5 0 ) 相同强度等级下 ， 采用石灰石粉混凝 土的渗透系数较采用粉煤灰混凝 土的小 ， 表明采用石灰石粉混凝土的抗渗透能力较强 这是 由于石灰石粉可 以提高集料的有效堆积 ， 在水泥 水化过程 中阻止毛细孔道的形成 ， 从而提高混凝土的抗渗性能 表 3石灰石粉对大坝混凝土耐久 陛能 的影 响 Ta b 3 I n flue nc e o f l i mes t o n e p o wde r on da m c o n c r e t e du r a b i l i t y 3 结 语 随着我国基础设施建设规模的扩大和水 电开发向西部欠发达地 区的转移 ， 使得粉煤灰 资源的紧俏和地 域性匮乏已影响到水工大坝混凝土的建设 ， 寻找一种容易获取 ， 优质廉价的新型混凝 土掺和料势在必行 与 水工混凝土常用的 级粉煤灰相比， 采用石灰石粉可以改善大坝混凝土的和易性 ， 提高大坝混凝土的抗渗能 力和早期 的力学性能 ， 减少大坝混凝土后期的绝热温升 ， 但 同时也存在着对大坝混凝土体积稳定性不利的 弊端 结合西藏藏木水电站实际工程 ， 开展 了采用石灰石粉作为大坝掺和料的试验研究 结果表 明： 在藏木水 电站采用石灰石粉作为掺和料可 以配制满足设计要求的大坝混凝土 ， 将石灰石粉作为掺和料用 于藏木水 电 站大坝混凝土在技术上是可行的 参考文献 ： 1 刘数华石灰石粉对复合胶凝材料水化特性的影响 J 建筑材料学报， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 2 1 8 2 2 1 ( L I U S h u h u a I n fl u e n c e o f l i m e s t o n e p o w d e r o n t h e h y d r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c o f c o mp l e x b i n d e r J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 2 1 8 2 2 1 ( i n C h i n e s e ) ) 2 李步新，陈峰石灰石硅酸盐水泥力学性能研究 J 建筑材料学报 ， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 1 8 6 1 9 1 ( L l B u x i n ， C H E N F e n g S t u d y o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y o f p o l a n d l i me s t o n e e e me n t J J o u r n a l o f B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 1 8 6 1 9 1 ( i n C h i n e s e ) ) 3 李悦 ，丁庆军 ， 胡曙光石灰 石矿粉在水泥混凝土 中的应用 J 武 汉理工 大学学报 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 3 5 41 ( L I Y u e ， D I N G 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 2年 1 2月 Q i n g - j u n ，H U S h u g u a n g U t i l i z a t i o n o f l i me s t o n e a s m i n e r a l a d m i x t u r e i n c e m e n t a n d c o n c r e t e J J o u rna l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 3 5 41 ( i n C h i n e s e ) ) 4 熊远柱， 万慧文石灰石粉对混凝土性能的影响 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 - 9 1 ( X I O N G Y u a n z h u ， WA N H u i w e n S t u d y o n p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e m i x e d w i t h l i me s t o n e p o w d e r J C o n c r e t e ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 - 9 1 ( i n C h i n e s e ) ) 5 饶美娟， 刘数华， 方坤河石灰石粉在水工混凝土中的应用研究综述 J 人民长江， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 4 1 43 ( R A O Me i - j u a n ， L I U S h u h u a ， F A N G K u n h e R e v i e w o f a p p l i e d r e s e a r c h o n l i me s t o n e p o w d e r i n h y d r a u l i c c o n c r e t e J Y a n g t z e R i v e r ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 4 1 43 ( i n C h i n e s e ) ) 6 陈改新， 孑 L 祥芝石灰石粉一种新的碾压7 昆 凝土掺和料 J 中国水利 ， 2 0 0 7 ( 2 1 ) ： 1 6 1 8 ( C HE N G a i x i n ， K O N G X i a n g z h i L i m e s t o n e p o w d e r ： a n e w t y p e o f R C C a d mi x t u r e J C h i n a Wa t e r R e s o u r c e s ， 2 0 0 7 ( 2 1 )： 1 6 1 8 ( i n C h i n e s e ) ) 7 刘数华 ，阎培渝石粉作为碾压混凝土掺合料 的利用 和研究综 述 J 水力发 电 ， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 6 9 - 7 1 ( L I U S h u h u a ， Y A N P e i y u S u mm a r i z a t i o n o f u t i l i z a t i o n a n d r e s e a r c h e s o n s t o n e p o w d e r u s e d a s m i n e r a d mi x t u r e s i n r o l l e r c o m p a c t e d c o n c r e t e J Wa t e r P o w e r ， 2 0 0 7 ( 1 )： 6 9 - 7 1 ( i n C h i n e s e ) ) 8 肖开涛， 董芸石粉替代部分粉煤灰对碾压混凝土性能的影响研究 J 水力发电， 2 0 0 7( 1 2 ) ： 8 5 8 8 ( X I A O K a i t a o ， D O N G Y u n S t u d y o n i n f l u e n c e o f l i m e s t o n e p o w d e r p a n i a l l y r e p l a c i n g fl y a s h o n R C C p e rf o rm a n c e J Wa t e r P o w e r ，2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 8 5 8 8 ( i n C h i n e s e ) ) 9 宋少 民， 刘娟 红 ， 徐国强石灰 石粉在 混凝土 中应用 的综述与研 究 J 混 凝土世 界 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 3 8 -43 ( S O N G S h a o m i n ， L I U j u a n h o n g ，X U G u o - q i a n g S u m m a ri z e a n d r e s e a r c h o n a p p l i c a t i o n o f l i m e s t o n e p o w d e r i n c o n c r e t e J C h i n a C o n c r e t e ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 3 8 - 4 3 ( i n C h i n e s e ) ) 1 0 杨华山， 方坤河， 涂胜金 ， 等石灰石粉在水泥基材料中的作用及其机理 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 2 3 5 ( Y A N G H u a s h a n ， F A N G K u n h e ， T U S h e n g - j i n ， e t a 1 T h e e f f e c t a n d i t s m e c h a n i s m o f c a l c i u m c a r b o n a t e o n t h e c e me n t b a s e d ma t e ri a l s J C o n c r e t e ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 2 3 5 ( i n C h i n e s e ) ) Ex pe r i me nt a l s t u dy o n l i m e s t o ne p o wd e r i n Za n g mu h y d r o po we r s t a t i o n d a m c o nc r e t e L I G u a n g w e i ，D E N G C h a n g - j u n ( H y d r o C h i n a C h e n g d u E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， C h e n g d u 6 1 0 0 7 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： O w i n g t o o b j e c t i v e c o n d i t i o n r e s t ri c t i o n s ，d a m c o n c r e t e a d m i x t u r e h a s t o b e t r a n s p o r t e d f r o m a l o n g d i s t a n c e a w a y I t n o t o n l y i n c r e a s e s t h e p r o j e c t c o s t ， b u t a l s o a f f e c t s t h e p r o j e c t s c h e d u l e d u e t o u n t i me l y ma t e ri a l s u p p l y Ba s e d o n p r a c t i c a l e ng i n e e rin g c o nd i t i o n s，l i me s t o n e po wd e r a s a d a m c o nc r e t e a d mi x t u r e i s t e s t e d a n d t h e r e s u l t s s h o w t h a t l i me s t o n e p o wde r u s e d a s a d mi x t u r e c a n i mp r o v e c o n c r e t e p o r e s t r u c t u r e a n d t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e，a n d c a n b e f o r mu l a t e d t o me e t t he d e s i g n r e q u i r e me n t s o f t h e c o n c r e t e da m Li me s t o n e p o wde r a s t h e a d mi x t u r e f o r Za n g mu h y d r o p o we r s t a t i o n d a m c o n c r e t e i s f e a s i b l e f r o m t h e p o i nt o f v i e w o f t e c hn o l o g y Ke y wo r d s：h y d r a u l i c ma t e r i a l ；l i me s t o n e po wde r a b r a s i o n；a d mi x t u r e；Za n g mu h y d r o p o we r s t a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m