硅粉和大理石石粉取代粉煤灰对碾压混凝土性能的影响研究.pdf

赵冬生（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）摘 要矿物掺合料对水工碾压混凝土的性能存在显著影响，文中通过室内试验的方式，探讨了大理石石粉和硅粉单掺或复掺取代粉煤灰对碾压混凝土强度的影响，试验结论对理论研究和工程实践具有重要的支持和借鉴作用。关键词硅粉；大理石石粉；粉煤灰；碾压混凝土；性能中图分类号 TV431文献标识码B文章编号 10020624（2023）08004202硅粉和大理石石粉取代粉煤灰对碾压混凝土性能的影响研究0 引 言目前，碾压混凝土筑坝技术在水利工程建设领域已经获得了广泛的应用1，碾压混凝土的性能对大坝建设质量和耐久性存在直接影响。碾压混凝土的掺合料主要采用高掺粉煤灰，一般占到碾压混凝土制作过程中胶凝材料用量的60%左右2。粉煤灰具有水化慢、干缩性小的特点，在掺入混凝土后具有单位时间释放热量小、后期强度高的优势，可以有效降低大体积碾压混凝土的温度应力开裂，改善其和易性和耐久性，一直受到水利工程界的青睐3。近年来，随着碾压混凝土的广泛应用，部分粉煤灰资源缺乏区域在大坝建设中存在粉煤灰资源不足和长途调运不经济的问题。考虑到硅粉和石粉的易获得性及其对碾压混凝土性能的改善作用，已有学者主张在碾压混凝土制作过程中使用石粉代替粉煤灰，这不仅具有重要的经济意义，也具有十分显著的生态价值。基于此，此次研究通过室内试验的方式，探讨单掺和复掺硅粉和大理石石粉全部和部分取代粉煤灰对碾压混凝土性能的影响，为相关工程应用提供必要的支持和借鉴。1 材料与方法1.1 试验材料此次试验研究使用辽宁沈阳中北水泥有限责任公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，其技术指标满足GB 1752007 通用硅酸盐水泥，其中，硅酸钙矿物含量大于 66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0，烧失量为3.60%。试验中使用的矿物掺合料有电厂一级粉煤灰，其平均粒径不大于20 m，烧失量为1.55%；辽宁省盛德石材工程有限公司大理石加工过程中产生并筛分而来的大理石石粉，其平均粒径为16 m；埃肯硅粉。试验用细骨料为普通河沙，细度模数为2.65，为中砂，含泥量小于3%，堆积密度为2 570 kg/m3；试验用粗骨料为人工石灰岩碎石，粒径范围为520 mm，级配良好，压碎率小于5.00%。试验用减水剂为高效聚羧酸减水剂，推荐掺量为2 kg/m3；试验用水为普通自来水。1.2 试验方法碾压混凝土是一种干硬性水泥混凝土，在具体工程施工中需要利用机械进行碾压4。在室内试验过程中，不仅需要在浇筑过程中插捣，还需要东北水利水电水利科研2023年第8期 42利用压重块进行振动密实5。另外，与常态混凝土相比，碾压混凝土初凝快、终凝时间较长且后期强度高，因此，试验中需测试28 d和90 d抗压强度，养护试验也需要相对延长。试验中采用 150 mm150 mm150 mm 的立方体压重块。在试块制作过程中，首先将石子和沙子倒入搅拌机搅拌30 s，然后将水泥和掺合料加入搅拌机搅拌30 s，之后加入2/3拌合水和减水剂搅拌40 s，再加入剩下的1/3拌合水搅拌20 s。将制作完成的混凝土材料置于振动台上分层装料，每装一层都需要利用捣棒插捣4050次。在装料插捣完毕后，将表面整理平整并放上压重块，然后开始振动，直至表面泛浆为止。将成型的试件在阴凉通风处静置48 h后拆模编号，然后放入标准养护室养护至试验规定龄期。试件的抗压强度和劈裂抗拉强度试验按照DL/T 54332009 水工碾压混凝土试验规程 中的相关要求进行6。试验仪器采用WHC-2000型微机伺服多功能压力试验机，抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验过程中分别按照0.30，0.15 mm/min 的位移加载速度进行加载，计算获取不同试验方案的抗压强度值7。2 试验方案根据目前的工程经验和研究成果，大掺量粉煤灰对碾压混凝土强度的影响研究已经比较完善和成熟，但是针对石粉和硅粉等矿物掺合料取代粉煤灰的研究不多8。因此，此次研究的主要目的是探讨大理石石粉和硅粉取代粉煤灰对碾压混凝土强度的影响。研究中以不同的比例掺加大理石石粉和硅粉以取代不同量的粉煤灰，并对不同取代方案的碾压混凝土强度进行试验，通过对试验结果的分析，获得相应的变化规律，为相关研究和工程应用提供支持。具体的研究方案设计如表1所示。3 试验结果与分析计算获取各方案试件的抗压和劈裂抗拉强度值结果如表2所示。由表2可以看出，在单掺大理石石粉替代粉煤灰（方案 5-7）的条件下，无论是28 d还是90 d龄期的抗压和劈裂抗拉强度，均随着大理石石粉掺量的增加呈现出不断减小的变化特点，大理石石粉对碾压混凝土抗压强度的改善作用不及粉煤灰。在单掺硅粉替代粉煤灰（方案2-4）的条件下，无论是28 d还是90 d龄期的抗压和劈裂抗拉强度，均随着硅粉掺量的增加呈现出不断增大的变化特点，硅粉对碾压混凝土抗压和劈裂抗拉强度的改善作用要好于粉煤灰。从复掺替代方案（方案8-12）的试验结果来看，28 d和90 d龄期的试验结果略有不同。在28 d龄期条件下，随着复掺替代比例的增加，碾压混凝土的抗压和劈裂抗拉强度呈现出逐渐下降的变化特点；在90 d龄期条件下，随着复掺替代比例的增加，碾压混凝土的抗压和劈裂抗拉强度则呈现出不断增加的变化特征。另一方面，在复掺取代比例相同的条件下，随着大理石石粉掺量的增加（或硅粉掺量的减小），碾压混凝土的抗压强度呈现出先增大后小幅减小的变化特点。当大理石石粉和硅粉掺加比例相同时，碾压混凝土抗压强度值最大。表2 强度试验结果表1 研究方案设计表方案编号123456789101112粉煤灰掺量6040200402000002040大理石石粉掺量00002040602030402010硅粉掺量02040600004030202010%方案编号123456789101112抗压强度值28 d12.4211.4311.1911.6911.317.997.888.119.139.129.589.6090 d18.5918.3919.6620.7514.7512.9212.8513.0816.8213.0413.0213.01劈裂抗拉强度值28 d1.691.711.681.751.701.201.031.221.371.371.441.4490 d2.792.762.833.112.212.111.931.962.521.961.951.95MPa（下转第67页）2023年第8期水利科研东北水利水电 43收稿日期 2023-03-02表1 不同保证率的月来水量表经计算，75%设计代表年水库蓄至死水位的时间为20 d、蓄至正常库容的时间为294 d；50%设计代表年蓄至死水位的时间为 10 d，蓄至正常蓄水位的时间为 264 d。在水库大坝建成后的初蓄期间，下游河道水量明显减小，对于蒲家沟而言，由于下游沿河无其他用水户取水，不存在对下游用水户的影响问题，金龙水库取水对区域水资源量有一定影响，但影响较小。5 结 语综上所述，金龙水库运行中，95%设计保证率以内年份或时段，水库应按设计供水要求保证正常供水；即使是丰水年份，亦应严格按用水计划供水；95%设计保证率以外的年份或时段，应根据水库蓄水情况和水文中期预报酌情限制供水。通过分析，金龙水库运行对区域水资源总量、下游生态、水温、局部气候、防洪及用水等影响较小，工程建设运行效益显著。水库运行调度方式对水库工程效益发挥影响极大，合理的运行调度方式可以充分利用水库的库容，产生更大的经济、生态效益，具有十分重要的意义1-3。建议在后续的运行中结合水库工程需求，进一步进行优化水库运行调度，发挥水库工程的综合效益。参 考 文 献1高小云，李慧.基于元启发式算法（MHAs）的水库供水运行调度优化综述 J.水利水电快报，2022，43（4）：5.2徐凌云，丁玲，史云鹏.基于原水水质安全的金泽水库运行调度优化方案 J.净水技术，2019，38（9）：91-99.3王方方，鲍正风，许浩.气候变化对三峡水库运行调度的影响及对策研究 J.水电与新能源，2019，33（3）：23-27.雨云月份9101112123456P=75%20.148.113.05.610.911.411.811.651.354.6P=50%39.036.123.510.216.29.119.423.161.1104m3收稿日期 2022-07-13（上接第43页）4 结 语此次研究通过室内试验的方式，探讨了大理石石粉和硅粉取代粉煤灰对碾压混凝土强度的影响。在单掺取代条件下，硅粉对碾压混凝土强度的改善效果优于粉煤灰，而大理石石粉不及粉煤灰；在复掺取代方案下，增加复掺取代比例不利于早期碾压混凝土强度的提升而有利于后期强度的提升。在复掺取代方案下，建议采取大理石石粉与硅粉等量取代的掺加方式，以有效提升碾压混凝土的强度。参 考 文 献1蔡畅，路明.大古水电站碾压混凝土试验研究 J.水利建设与管理，2020，40（3）：45-52.2张钊，鹿永久，朱浩，刘尚坤，杨英姿.低石粉含量人工砂拌制低热水泥碾压混凝土试验 J.人民长江，2020，51（S2）：300-303.3郭仪.西安市李家河水库大坝碾压混凝土现场生产性试验分析 J.中国水能及电气化，2017（3）：58-62.4冉光俊.白云岩骨料碾压混凝土配合比设计研究 J.小水电，2017（5）：73-75.5陈佳礼，周星任.大型水利工程碾压混凝土工艺试验探究 J.黑龙江水利科技，2017，45（9）：4-13.6李友彬，王玲玲，唐晓玲，张毅，罗健，周涛.大掺量白云岩石粉高性能碾压混凝土试验研究 J.施工技术，2018，47（14）：124-127.7龚英，曹洁，丁晶晶.石粉对碾压混凝土性能及微观孔结构的影响 J.水利与建筑工程学报，2019，17（3）：121-124.8张思远.某水利工程混凝土碾压工艺试验 J.黑龙江水利科技，2017，45（7）：19-21.2023年第8期工程建设与管理东北水利水电 67