石灰岩粉替代粉煤灰在碾压混凝土中的应用.pdf

试验与检测 石灰岩粉替代粉煤灰在碾压混凝土中的应用 躲宋荣礼 舒 江 晏洪伟 ( 中国水电建设集团国际工程有限公司) 1 概 述 甘 再水 电站位 于柬埔 寨王 国贡 布省 ( K a mp o t )境 内 甘再河 ( Ka mc h a y )干流上，距首都金边西南约 1 5 0 k m。 工程主要包括三大部分 ：首部重力坝枢纽、引水发电系 统和反调节堰枢纽。电站总装机容量 1 9 4 I MW。设计首 部重力坝高 1 1 2 m，混凝土 1 5 8 0 5万 r n 3 ，其中 C1 5 、C 2 0 碾压混凝土设计总量为 1 4 9 9 万 m3 。 由于甘再电站工程使用的粉煤灰运距远成本高 ， 考虑工程的经济效益，通过调研国内外类似工程情况 ， 施工采取就地取材在大坝非防渗区以石灰岩石粉部分取 代粉煤灰的技术措施。石灰岩石粉替代粉煤灰在以前的 混凝土生产中是少有的，目前又没有 明确的质量控制标 准，为了保证混凝土质量，节约原材料，降低混凝土造 价 ，现将实验及使用情况进行总结 。 本文石灰岩石粉 是指岩 石经 过机 械加 工后 的粒 径 为 4 5 t m筛余量不大于 2 5 的专门磨细的岩石粉末。石灰岩 石粉形貌与水泥颗粒相似，为形状不规则的多棱体。由于 碾压混凝土中胶凝材料和水的用量较少，虽然石粉是惰 性 材 料 ，不 能 与水 泥完 全 反应 ，但 石 灰 岩 石 粉 中小 于 1 6 t L m的细颗粒较多，可填充在水泥粒子之间或水泥与骨 料 的界 面之 间，改善混凝土基相材料的颗粒级配 ，从而改 善碾压混凝土 的和易性 ，增进 混凝 土的匀质 性 、密实性 、 抗渗性，提高混凝土的强度及断裂韧性，改善施工层面 的胶黏性能，减少胶凝材料用量，降低绝热温升。 2 石灰岩石粉理化分析 石灰岩经破碎到一定粒径后，采用雷蒙机或棒磨机 加工成的粒径小于 8 0 t m的粉状物料，其外观呈青灰色或 灰 白色 。 石灰岩 石粉 的物理 性质 ：松 散密 度小 于 1 1 o o k g m3 ， 比重与母岩接近 ：为 2 7 左右 。需 水量 比 1 0 1 1 0 5 ， 满足我国级粉煤灰对需水 比的控制要求。试验使用的 石灰 岩石 粉其 4 5 t L m 方 孔 筛筛余 为 2 3 ，比表 面积 3 7 3 c m2 g 。 石灰岩石粉化学成分：石灰岩石粉的化学成分主要 与母岩 的特性有关 ，主要 以 c a 0 、S i 0 2成分为 主 ，两者 的含量在 5 5 以上 ，石粉化 学成分分 析见表 1 。 表 1 石粉化 学成分分析 ( ) S i0 2 0 3 M g ) c a0 N a2 0 K 2 0 R 2 O W i0 2 IP 2 ( I M rt ) 9 l 烧 失 量 6 7 2 0 5 3 0 1 7 2 0 5 4 9 1 0 0 O 1 0 0 3 0 0 3 。 0 0 2 f 0 0 1 o 0 1 I 4 1 16 3 石灰 岩 石 粉 作碾 压 混 凝 土掺 合 料 试 验 论证 试验采用甘再电站工程使用的原材料，进行单掺粉 煤灰 、单掺石灰岩石粉、复掺粉煤灰和石灰岩石粉以及 采用不 同掺 量对 比试验 方案 的试 验研 究 ，从碾 压混 凝土 力学、热学、变形、耐久性等各方面性能进一步对石灰 岩石粉作为混凝土掺合料进行 了详细全面的论证。根据 当地水泥及气候特点，实验对极限拉伸值、绝热升温干 缩、混凝土 自身体积变形进行重点关注，主要实验结论 如下 。 在用水量相同时，石灰石粉取代量对碾压混凝土拌 和物 的 V C值 、和易性 和含气量影响较小 。 83 水利水 电施工 2 0 1 0 第 4期 总第 1 2 1 期 碾压混凝土掺 4 O 石粉和 2 O 粉煤灰 ，9 O 1 8 0 d强 度增长系数可达 1 2 4 ，极限拉伸值在 2 8 d时达到 0 5 0 1 O ，全掺 5 0 石粉的混凝土 9 0 d龄期后强度无增长， 极限拉伸值在 2 8 d时达到 0 5 7 1 0 ，说明掺石粉全部 替代粉煤灰，对混凝土后期强度发展无显著贡献。 碾 压 混 凝 土 水 胶 比 0 6 0 、粉 煤 灰 2 0 与 石 粉 4 O 混 掺，2 8 d绝 热温升 为 1 3 6 8 ；水 胶 比 0 5 5 ， 全掺 石粉 5 O ，2 8 d 绝 热温 升值 为 1 7 4 O ；9 0 d 抗 渗 等级 均超 过 W4 ，抗 冻 等 级 满 足 F 5 0的 要 求 。 以石 灰 石粉全部或部分替代粉煤灰 ，对碾压混凝土的抗渗、 抗冻 性影 响较小 ，且 混凝 土 具 有较 高 的抗 渗性 能和 抗 冻 性 能 。 碾压混凝土在单掺 5 O 石粉和双掺粉煤灰 2 O 、石 粉 4 O 的情况下，两者相比，自身体积变形无显著变化， 呈膨胀 型 ，早期 随着 龄期 的增 长而增 长 ，4 2 d后 趋 于稳 定。单掺石粉比双掺石粉和粉煤灰的干缩值要大。 柬埔寨甘再项 目专家组于 2 0 0 9年 8月根据实验资料 及现场实际考察肯定 了在大坝非 防渗 区采用胶凝材料 1 3 4 k g的 4( 水泥)： 3( 粉煤灰)： 3( 石粉)的配比。在 经过半 年实施 ，2 o 1 0年 2月 专家组 再次到工 地后 ，建议 在大坝 1 2 3 m高程后采用 5( 水泥)： 0( 粉煤灰)： 5( 石 粉 )的配比。 4 石灰岩石粉作碾压混凝土掺和料工程 实 施情况 柬埔寨甘再水电站大坝从 5 8 m 高程开始 ，就地取材 ， 采用粉煤灰和石灰岩石粉各 5 O 作为碾压混凝土掺合料 应用在大坝工程的施工中，到 8 2 m高程已经铺筑混掺石 粉、粉煤灰的碾压混凝土约3 9 万 m3 。使用的工程施工配 合比见表 2 ， 拌和机口随机取样的混凝土试件抗压强度列 于表 3 。 袁 2 甘再电站工程 R C C混凝土混掺石粉施工配合比表 混凝土 配合比参数 每方材料用量 ( 1 g m0 ) 设计等级 石粉+粉煤灰 ( ) 砂率 ( ) G K一 4 A ( ) T G一 1( ) 水 水泥 石粉 粉煤灰 砂 石 减水剂 引气剂 石子级配 水胶比 C1 8 0 1 5 W 4 O 6 O 3 0 [phone] 3 4 3 6 7 2 1 5 6 C 1 7 2 0 2 8 6 碾压混凝 土 表 3 甘再电站工程 R C C混凝土混掺石粉机 口取样抗压强度统计表 配合比参数 强度统计内容 混 凝土 石粉+粉 砂率 GK一4 A T G一1 最小值 最大值 平均值 标准差 设计等级 石子级配 水胶 比 龄期 ( d ) 组数 煤灰 ( ) ( ) ( ) ( ) ( M a ) ( a ) ( MP a ) ( M【P a ) 2 8 4 3 8 1 1 4 2 1 1 1 1 5 9 1 Ci 8 o 1 5 W 4 O 6 O 3 O 十3 O 3 1 1 2 0 0 0 2 碾压混凝土 9 0 4 1 3 1 l 5 8 1 4 5 甘再水电站碾压混凝土用石灰岩石粉部分替代粉煤 灰的实践表明：石灰岩石粉替代部分粉煤灰用作碾压混 凝土掺合料，对其和易性、抗渗、抗冻性能影响较小， 混凝土的凝结时间变短，绝热温升降低，但碾压混凝土 的力学性能随石灰岩石粉掺量的增加而减小。而石灰岩 石粉 中的微细颗 粒填充 了混凝 土 中的大量 孑 L 隙，故 以石 灰岩石粉代替部分粉煤灰对混凝土的抗渗性能、抗冻性 能影响较小。石灰岩石粉部分替代粉煤灰在柬埔寨甘再 电站大坝工程施工的应用，对我国碾压混凝土高掺粉煤 灰筑 坝新技术有 所创新 和发展 ，积 累 了一定经 验并 取得 较好的技术经济效果。 ( 1 ) 对石灰岩石粉的现场质量控 制，可根据工 程情况 参照国家标准 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 ( GB T 1 5 9 6 -2 0 0 5 )和 建 材 行 业 标 准 石 灰 石 硅 酸 盐 水 泥 ( J C 6 0 0 -2 0 0 2 ) ，制定适合工程的质量控制标准。 ( 2 )石灰岩石粉需磨细后进行使用，磨得越细，其微 集料效应越得到充分发挥，但磨得过细将增加加工成本， 经济效益得不到体现，应从技术、经济两方面考虑找出 适宜的石灰岩石粉比表面积，从而改善、提高混凝土综 合性能。 8 4 ( 3 )根据石灰岩石粉在甘再电站工程中的使用经验， 石粉 的 质 量 控 制 标 准 宜 为 ：C a C O a 7 5 ；A】 2 2 o ；4 5 m的筛余量 1 5 2 5 ；含泥量1 ( 用亚 甲蓝法试验) 。 ( 4 )在碾压混凝土硬化以前，粉煤灰主要发挥 “ 填充 效应” ，保证碾压混凝土的和易性和可碾性。碾压混凝土 硬化以后，粉煤灰还能发挥 “ 火山灰活性效应” ，使碾压 混凝土获得较高的后期强度增长。石灰岩石粉没有 “ 火 山灰活性效应” ，在保持水泥用量不变的条件下，用石灰 岩石粉部分替代粉煤灰，最大替代量 以基本不降低碾压 混凝土工作性和力学强度为限，或以能满足设计要求为 限。南于石灰岩石粉属惰性材料，掺入混凝土中对混凝 土后期强度影响不大，故在应用前应根据工程设计和施 工要求确定合适的掺加方法及掺量。 5 石灰岩石粉用作碾压混凝土掺和料经济 性分析 甘再水 电站项 目砂石生产系统 的石 灰 岩 石 粉生产设 ( 下接 第 8 7页) 造成成本增加，加之其他原材料价格也在上涨，这些因 素都将造成工程进度支付情况与实际承包方资金周转压 力的调整有所不适应 。 ( 2 )汇率风险对国外项 目合同管理造成不可预见压 力。甘再项目合同规定人民币对换美元汇率为 1： 8 2 5， 合同价格为人民币，结算支付 5 O 美元 ( 按 1： 8 2 5计 算)5 0 人民币。项 目大 部分 原材 料从 国内进 口，面对 美元贬值、人民币升值压力，结算款项 5 O 美元部分实 际价值缩水 。 企业经营与项 目管理 ( 3 )资源组织方面的风险，包括施工设备、原材料 等 ，主要依 赖从 国 内采购 ，必须 经 过 国 内运 输 、海运 、 清关 、当地运输 等多个 环节 ，任何一 个环 节 出现问题都 将影 响到现场施工进度调整 。 ( 4 )政治风险在项目建设中多表现为当地政府及当地 住户对项 目的支持程度，在施工过程中可能影响到当地 住户的生活，正常施工受到当地住户的阻挠等，此类问 题的解决关系到两国关系，需要政府支持，所以与外界 协调工作显得尤为重要 。 ( 上接 第 8 4页 ) 备为 4台雷蒙磨 ，日生产 量 约 1 0 0 t ，生产 效率 低 ，所加 工的石粉 4 5 1 m以下的颗粒 7 0 ，产量不能满足月施工 1 O万 m3 碾压混凝土的强度。为此项 目公司决策另行组 织生产，经过招投标，中标单位澜沧江水电公司用 2个 月时间 ( 2 0 0 9年 9月 6日1 O月 1 5日)就建成投产满 足各项指标要求 、日产量 2 0 0 t 的石灰 岩石粉厂 ，石 粉单 价为运抵 拌和楼 石粉 罐 4 4美 元 t 。截至 目前，按照 C a C O 7 5 、A1 2 O 3 2 0 、4 5 t m的筛余量 1 5 2 5 、含泥量1 ( 用亚甲蓝法试验)的标准每 1 0 0 t 石 粉抽检 ，石灰岩石粉成品抽样送柬埔寨公共工程部中心 试验 室和中国水 电建设 集 团国际工程 有 限公司 甘再项 目 部实验室检测，筛余量和含泥量符合要求。对 C a C O 3和 A l ( ) 3 的含量 ，由中国国土资源部郑州矿产资源监督检测 中心河南省矿物测试 中心进行检测 ，石灰岩原材料 C a C ( 3 含 量 为 9 3 4 4 9 3 5 5 ，A l 2 ( ) 3含 量 为 0 2 6 0 8 ，满 足要求 。 通过对供应甘 再 电站 的中 国广 西 田东粉煤 灰 、泰国 粉煤灰与澜沧江水电公司生产的石灰岩粉进行比价分析， 袁 4 甘再 电站混凝土胶凝材料单价 到港价 到工地清关及运费 最终价 胶凝材料品种 ( 美元 t ) ( 美元 t ) ( 美元 t ) KT C水泥 O O 8 5 O 田东粉煤灰 7 7 0 1 5 4 9 2 4 泰国粉煤灰 6 8 0 1 5 4 8 3 4 澜沧江石粉 O O 4 4 0 若采用全掺粉煤灰：其每立方米水泥用量为 4 6 k g m。 ， 粉煤灰 8 5 k g ma ；混掺石灰岩粉 与粉煤灰：其每立方米 水泥 4 8 k g m。 ，粉煤灰与石灰岩粉各为 3 6 m3 ；全掺石 粉：水泥 与石灰岩 粉各 7 0 k g ma 。C 1 8 o 1 0( 高程 8 4 1 5 3 m坝顶)碾压混凝土方量为 5 9 3 8 5 4 m3 ，胶凝材料单 价列于表 4 。以目前供应甘再电站的广西田东电厂粉煤灰 进行经济分析 ，经济对照表 见表 5 。 截至 2 0 1 0年 7月 2 5日实际已使用石粉替代粉煤灰 2 8 5 4 3 t ，节约投资 1 3 8 1 5 万美元 。 6 结语 综上所述，石灰岩石粉用作混凝土掺合料在柬埔寨 甘再水电站工程上使用技术上是可行的，并且取得初步 成功 。石灰岩石粉 生产投 资少且 简单 易行 ，使 用石 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 工程上的灰源短缺 问题，还可获得技术、经济、环保等 方面 的综合效益 ，具有推广 意义 。 甘再项目采用石灰岩石粉替代粉煤灰仅使用于碾压 混凝土，石灰岩石粉用作混凝土掺合料在常态混凝土中 替代 粉煤灰 只进行 了试验研 究 尚未进 行实 际使用 ，有 待 进一步深入研究。中国水电建设集团实施 “ 国际业务优 先发展战略” ，集团海外市场营销已形成进一步巩固非洲 和东南亚传统市场，大力开发中东、中亚市场，积极进 军拉 美市场 的态势 。这些地 区经 济发 展相对 滞后 ，工程 建设原材料 限制较 大 ，总结并 深入研 究石 灰岩石 粉用作 混凝 土掺合料有较广 阔的应用前景 。 表 5 甘再 电站混凝 土掺合料 经济 分析 比较 掺合料掺量 ( ) 工程所耗胶凝材料量 ( T Y t ) 工程所耗胶凝料费 ( 万美元) 合计 方案 水泥 粉煤灰 石粉 水泥 粉煤灰 石粉 水泥 粉煤灰 石粉 ( 万美元) 1 4 0 6 0 0 2 7 3 5 O 5 0 2 3 2 O 5 4 6 6 6 2 O 6 9 8 6 7 2 4 0 3 0 3 0 2 8 5 2 1 4 2 1 4 2 4 2 2 5 1 9 7 7 4 9 4 1 6 5 3 4 1 5 3 5 0 O 5 0 4 1 6 O 4 1 6 3 5 3 6 O 1 8 3 0 4 5 3 6 6 4 说明： 1 若采用石灰岩粉部分替代粉煤灰即方案 2 ，可节余工程投资 6 9 8 6 7 5 3 4 1 5 =1 6 4 5 2( 万美元) 。 2 若采用石灰岩粉全部替代粉煤灰即方案 3 ，可节余工程投资 6 9 8 6 7 -5 3 6 6 4 =1 6 2 0 3( 万美元) 。 8 7