双掺高性能混凝土在11OkV输电线路基础工程的应用.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C 0NCRE T E AND CE ME NT P RODUC T S 2 01 4 No 8 Au g us t 双掺高性能混凝土在 1 1 O k V输电线路 基础工程的应用 徐 丽 ， 张新华 ， 汤 畅 。 ， 黄小永 ， 王 伟 ， 李 震 ( 1 国网智能 电网研究 院， 北京 1 0 2 4 0 1 ； 2 河南新乡华源电力勘察设计有限公司， 4 5 3 0 0 0 ； 3 北京科技大学 ， 1 0 0 0 8 3 ) 摘要 ：通过将粒化 高炉矿渣粉与粉煤灰按适 当比例掺入 混凝土 中，制备 出抗压强度和劈裂抗拉 强度 均满足 C 4 0要 求的高性 能混凝土 ， 并针对其特性 通过 有限元分析方 法优化 设计杆塔 基础尺寸 ， 成 功应用 于 1 l O k V 匡城一 T 接 长 垣 方 里 线路 工 程 。 关键词 ： 高性 能混凝土 ； 抗拉 强度 ； 刚性角 ； 杆塔基础 Ab s t r a c t ： I e h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e w h i c h s a t i s fi e s t h e c o mp r e s s i v e a n d t e n s i l e s t r e n g t h r e q u i r e me n t o f g r a d e C 4 0 i s p r e p a r e d b y t h e mi x o f s l a g p o w d e r a n d f l y a s h a t a p r o p e r p r o p o r t i o n Af t e r t h e o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f p o l e f o u n d a t i o n b y f i n i t e e l e m e n t m e t h o d a c c o r d i n g t o t h e i m p r o v e d c h a r a c t e r i s t i c ， i t h a s b e e n u s e d i n t h e p r o j e c t o f 1 l O k V l i n e f r o m Ku an g c h e ng t o Ch a ng y ua n Co u nt y Ru r a l Fa n l i Ke y wo r d s ：Hi g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ； Te n s i l e s t r e n g t h ； Wi d t h h e i g h t r a t i o ； P o l e f o u n d a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 8 2 3 0 4 0前言 近年来 ， 我 国电网建设 发展迅速 ， 在一定程度 上对 输变电工 程地基基础理论和工程技术改革提 出新的挑战 。作为输变电工程的重要组成部分 ， 杆 塔基础对工程造价 、 工期和环境保护等方面具有重 要影响， 其在设计方面也具有特殊 的要求【 l】 。 刚性基础是 目前输 电线路杆塔 主要基础形式 之一 ， 其特点是无需钢筋 ， 但混凝土消耗量大。增大 基础刚性角 、 减小基础设计尺寸可 以在一定程度上 减少混凝土总用量 ， 前提是混凝 土抗拉强度必须满 足基础上拔载荷 的设计要求 。最有效的方法是对混 凝 土材料进行改性 ，通过掺入适量的矿物掺合料 ， 在保证材料其 它使用性 能的基 础上提高混 凝土 的 抗 拉性 能 。 本研究将粒化高炉矿渣粉 与粉煤 灰共 同掺入 混凝土 中， 制备出抗压强度和劈裂抗拉强度均超过 C 4 0的塔基用混凝土 ，然后针对其特性通过有限元 分析软件优化设计基 础尺寸 ，并成功将 其应用 于 l l O k V匡城一 T接长垣方里线路工程 ， 不仅可 以节省 工程成本 ， 而且可 以实现节能减排 ， 具有一定 的推 广意 义。 基 金 项 目 ： 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划( 8 6 3计 划 ) ( 2 0 1 2 AA0 6 2 4 0 5 ) 。 1 1 1 O k V输 电线路基 础 的材 料优 化设计 1 1 原材 料选 择 针对塔基设计的特点 ，试验采用粉煤灰一 矿渣 粉双掺胶凝材料体系。 ( 1 ) 本试验采用的水 泥是北京某水泥厂生产 的 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 粉煤灰 为北京某电厂 生产的 I级高钙粉煤灰 ， 矿渣粉为北京某公司生产 的 $ 9 5矿渣 粉 。 ( 2 ) 骨料 ： 实验中细骨料 采用大孤 山选矿厂 生 产 的铁尾矿 ， 工程应用 中采用 当地细 中砂 ， 细度模 数 为 2左右 ；粗骨料 采用碎 石 ，平均粒 径为 5 2 0mm 。 ( 3 ) 外 加 剂 ： 采 用 北京 某 公 司生 产 的 P V C减 水 剂 ， 使用量为胶凝材料 的 3 c 。 1 2 配合 比设 计 本项 目的混 凝 土基 准 设 计强 度 ，按 照 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 要求进行 ， 项 目 示范工程要求确定 ， 为 C 3 0标准强度设计值 ， 而 劈裂抗拉强度设计值为 C 4 0标准。经实验室试配及 检 验 ，优选 项 目配合 比为 ：每 m 胶凝材 料用 量 4 0 8 k g ，组分 比为水泥： 粉煤灰： 矿渣粉= 3 0 ： 3 5 ： 3 5 ， 砂 率为 0 4 ， 水胶 比为0 4 。 1 _ 3 混凝土性能指标 一 2 3 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 按照 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性 能试验方法标准 、 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( ( 普通混凝土力 学性能试验方法标准 及 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法标准要求 ， 使 用上述配合 比制备不同尺寸的试件 ， 经标准养护到 量 2 8 d龄期 后进 行混 凝土性 能 测试 ， 结果 如表 1 所 示 。 表 1 双掺混凝土性能指标 注 ： 为 保 证 数 据 科 学 性 ， 每 组 试 验 均 至 少 采 用 3个 试 块 的 平 均值作为各水平 的代表值 。 1 4矿物掺合料作用机理分析 针对本项 目的要求设计 了三组不 同配合 比净 浆试块 ，分别是 ： A为纯水泥组 ； B为单掺粉煤灰组 ( 粉煤灰掺量为 3 5 ) ； C为双 掺粉煤灰一 矿渣粉组 ( 粉煤灰 、 矿渣粉掺量均为 3 5 ) 。 通过 X R D、 D S C、 S E M 等检测 手段对其胶凝 材 料进行水化产物分析研究 ， 借此探索矿物掺合料的 作用机理。测试结果如图 1 、 图 2所示。 由图 1 可 以看 出，在纯水泥净浆试块标养 2 8 d 水化产物中， 除了 C H和 A F t 外 ， 还有一些未水化的 C s S 、 C ： S 。掺入粉煤灰和矿渣粉后 ， 虽然这些产物仍 然存在 ， 但是其衍射强度逐渐降低。 尤其是 C H衍射 峰 的变 化情 况 最 为 明显 ， 其 主要 原 因是 粉煤 灰 和 矿 渣粉 中的 活性 组 分在 水 化 后期 发 生 了碱 一 火 山灰 活 性反应 ， 吸收 了部分 C H， 导致其含量下 降 ， 同时生 成其它有益混凝土强度增长的物质闭 。 试样的水化产物 D S C图谱如图 2所示 在胶凝 材料的 D S C曲线 中， 1 1 0 1 3 0 的峰是少量 自由水 、 吸附水及 C S H、 A F t 的结合水脱除峰 ， 4 4 5 4 8 0 C 的峰是 C a ( O H) z 脱水峰 ， 7 2 0 - 7 5 5 o C的峰为 C a C O 3 分 解峰 。 2 8 d水化浆体 的 D S C图谱 中， C H脱水峰 面积 呈明显减弱趋势 。随着龄期增长及活性的提高 ， 水 泥浆体中 C H含量呈递减变化。在双掺粉煤灰和矿 渣粉之后 ， C H含量最低 ， 说 明其活性较高 ， 促使更 一 2 4一 为 C a ( OH) 2 c 为 C 3 S 为 C 为 A F t 为 C 为石英 为 C 4 A F 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 2 0 。 图 1 不 同配合 比净浆试块 的 X R D图谱 放热 U 2 oU 4 0 0 6 0 0 8 o U l U U l J 温 度， 图 2 不 同配合 比净浆试块的 D S C图谱 多 C H参与了火山灰活性反应 。 这和之前 XR D的分 析结 果相 吻合 。 由图 3 ( a ) 、 图 3 ( b ) 所示 ， 复合胶凝材料养护 3 d 后 ， 仍有较多未水化 的水泥和粉煤灰颗粒 。粉煤灰 和磨细矿渣含有大量的硅铝玻璃体 ， 具有较高的 自 由焓 ， 反应 活性高 随着龄期的增长 ， 它们不断与液 相 中的 C a ( O H ) z 反应 ， 大部分水化产物开始以凝胶 状 出现 ， 并 逐 步 转 化成 纤 维 状 晶体 ， 其 数 量 不 断增 加 ， 晶体问相互交叉 ， 形成连锁结构 。 相 比图 3 ( c ) ， 后期生成的水化硅酸钙和水化硫 酸钙填充胶凝材料的孔隙，使双掺混凝土养护 2 8 d 后 的整体结构较 为致密 ，从而提高其强 度及抗掺 性 。具体性能比较如表 2所示 。 2 1 1 0 k V输 电线路 基础 的 结构优 化 设计 2 1 混凝土性能与刚性角的关系 刚性基础主要承受上拔力 、 下压力 、 倾覆力等 载荷 ， 一般 以自身重量和扰动的回填土来保证 上拔 稳定 ， 利用基础底部扩展部分不超过基础材料的刚 性角满足基础底面混凝土抗拉强度的要求嘲 。 如图 4 所示 ， 刚性 角 即为 基础 放 宽 的 引线 与立 柱 垂 直 线 赵书锋 ， 孙 勇 可再分散胶粉及矿物掺合料复掺对粘结砂浆性能影响的试验研究 砂浆 的物理与力学性能得到较大改善 ， 并 且取得叠 加 协 同 的效果 。 3结语 本试 验所选 的可再分散乳胶粉在 2 4 的较低 掺量下使砂浆拉伸粘结强度提高一倍 ， 粉煤灰和矿 粉应用到粘结砂浆 中 ， 可 以增大粘结流动性 ， 改善 泌水离析 ， 增加硬化后砂浆 的粘结强度 ， 提高其耐 久性 能。粉煤灰 、矿粉 单掺最佳掺量 分别为取代 2 5 、 1 0 的水泥量 。粉煤灰与矿粉复掺 ， 分别取代 3 0 和 1 0 水 泥 时达到 比较 好 的效果 ，粘 结 砂浆 的 成本降低 ， 砂浆 的和易性 、 抗折强度、 粘结强度等性 能得到较大幅度提高。 参 考 文献 ： 1 王学成， 李春珍， 高扬 影 响外墙外保 温系统保 温砂浆性 能 的因素 J 建筑节能， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 2 0 2 2 2 A J e n n i a ， R Z u r b r i g g e n ，L H o l z e r M He r w e g h C h a n g e s i n mi e r o s t r u c t ur e s a n d Ph y s i c a l p r o pe r t i e s o f p o l y me r-mo d i f i e d m o r t a r s d u r i n g w e t s t o r a g e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 7 9 - 9 0 3 韩晓东， 姚宏亮 低掺量胶 粉对 E P S系统粘结砂浆拉伸粘 结强 度的影 响 J 天 津职业 院校 联合 学报， 2 0 1 2 ， 1 4 ( 2 ) ： 4 7 4 9 4 张秀芳， 赵立群 建筑砂浆 技术解读 4 7 0问 M】 北京 ： 中 国建筑业 出版社 ， 2 0 0 9 ： 5 5 5 7 5 白金剑， 李帅 粉煤灰掺量 对相 同浆体体积 比砂浆性 能的 影响 J 河北工程大学学报， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 3 ) ： 9 - 1 2 6 罗慧 ， 张琳 浅析 X P S 板 薄抹灰保 温体系 中砂浆与与 X P S 板黏结性能的影响 因素【 J 建 筑节 能， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 4 1 4 3 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 5 2 7 作者简介 ： 赵书锋( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 讲师 、 工学硕士。 通讯 地址 ： 河南 省开封市东京大道开封大学新校 区土木 建筑工程学院 联 系电话 ： 1 3 5 6 9 5 2 5 7 9 0 E mai I ： 3 9 6 3 7 8 1 2 1 q q c o m ，)1)l ， ， l ， ， ， l l ) ) 1) l l l ib ， ( 上 接 2 5页 ) 地 区在地貌单元 黄河 冲积平原 ， 海拔高度 5 9 6 2 m。 线路地基土在勘察深度 7 m范围内揭露的土层依次 主要为粉 土 、 粉质粘土 ， 该场地在勘察期间地下水 自起点至终点逐渐升高 ，由 6 0 m左右升至 3 0 r n左 右 。 本 次工程示范选用三基直线塔 ， 采用 优化混凝 土配方进行基础施工 ， 经放线 、 定位 、 开挖 ， 现场坍 落度测试合格后进行支模及基础的浇制 ， 施工完成 并 回填 ， 到指定养护龄期后进行组塔 、 架线。 3 2 工 程应 用总 结 ( 1 ) 根据不 同工程 、 不 同部位及不 同技术要求 采用不 同的取代量 ， 水胶 比、 砂率和外加剂用量可 根据具体情况微调。 ( 2 ) 混凝土搅拌时需适 当延长搅 拌时间 ， 保证 矿物掺合料均匀混合 。 ( 3 ) 严格依据 G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ( 大体积混凝土施 工规范 标准 ， 施工时采用整体分层连续浇筑法 。 4结论 ( 1 ) 粉煤灰和矿渣粉 中的活性组分在水化过程 中可 以吸收部分 C H， 导致其含量下降 ， 同时生成其 它有益混凝 土强度增长 的物质。在胶 凝体系 中用 3 5 粉煤灰和 3 5 矿渣粉替代水泥 ，可制备抗压强 度和劈裂强度满足 C 4 0要求的高性能混凝土。 ( 2 ) 通过提高混凝土 的抗拉性 能 ， 可在输 电线 路杆塔设计时增大基础刚性角 ，减小基础尺寸 ， 从 而 减 少 混凝 土 用 量 ， 达 到节 约成 本 、 节 能 减 排 的 目 的。 ( 3 ) 本研究采用的双掺混凝土及优化设计的基 础经实验室一系列的性能测试 、有限元理论分析 、 现场基础真型试验研究分析验证后 ， 已成功应用 于 1 1 0 k V匡城一 T接长垣方里线路工程。 参考文献 ： 1 杨捷 耐 于输 电线路铁 塔结构设计 的探析 【 J 黑 龙江科 技信息 ， 2 0 1 0 ( 3 6 ) ： 8 6 8 7 【 2 】K E H a s s a n ， J G C a b r e r a ，R S Ma l i e h e T h e e f f e c t o f mi n - e r a 1 a d mi x t u r e s o n t h e p r o p e rti e s o f h i g h - p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J C e me n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 0 ( 2 2 ) ： 2 6 7 - 2 7 1 3 宋相道 ， 李华亭 刚性基础设计 中的一些 问题 J 建筑结 构 2 0 0 4 ， 3 4 ( 4 ) ： 5 1 5 3 4 】秦娟 混凝土 刚性基础 的有 限元分析 【 D 】 重庆 ：重庆大 学 ，2 0 0 6 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 2 8 作者简介 ： 徐丽 ( 1 9 7 5 一 ) ， 女 ， 工学博士 、 高级工程 师。 通 讯地址 ： 北京市 昌平区北七家镇未来科技 城北 区国 网 智能 电网研究 院 E -ma i l ： 2 3 1 0 81 2 8q q c o m 一 3 3