綠色高性能混凝土在五彩灣事故備用水池中的應(yīng)用

尤子睿 翟 超 焦 陽

（新疆昌源水務(wù)集團有限公司準(zhǔn)東供水有限公司 新疆 烏魯木齊 830000）

水泥工業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，數(shù)據(jù)分析表明，水泥工業(yè)的發(fā)展速度和國民經(jīng)濟發(fā)展速度密切相關(guān)，在我國國內(nèi)生產(chǎn)總值發(fā)展速度較快的時期往往也是水泥產(chǎn)量增長較快的時期，見如下圖1圖2。

圖1 我國不同時期水泥產(chǎn)量和GDP的關(guān)系

圖2 我國1978～2007年水泥產(chǎn)量

據(jù)初步統(tǒng)計，我國2007年水泥產(chǎn)量達(dá)到1316億t[1]，同比1978年增長了近21倍，從1978～2007年，我國水泥產(chǎn)量年均發(fā)展速度達(dá)到11%見圖1。

我國水泥工業(yè)的快速發(fā)展主要得益于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，同時又對我國經(jīng)濟保持快速發(fā)展提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)支持。2011年我國水泥總產(chǎn)量達(dá)到20.6億噸，約占全球總產(chǎn)量的60%，每生產(chǎn)1噸水泥熟料，約排放1噸CO2，生產(chǎn)水泥排放的CO2占國內(nèi)CO2排放量的10%，20.6億噸的CO2排放到大氣當(dāng)中，后果可想而知。

1 綠色高性能混凝土的“綠色”從何而來

當(dāng)前國際水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢是以“節(jié)能、降耗、環(huán)保、改善水泥質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率為中心，走可持續(xù)發(fā)展的道路”。從水泥行業(yè)理解，這將是今后努力的方向。由于水泥產(chǎn)量的基數(shù)大，生產(chǎn)需要的能源，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，依然很大。在本質(zhì)上要想改善目前的狀況，可以考慮控制水泥的產(chǎn)量，眾所周知，水泥工業(yè)是為混凝土工程服務(wù)的，綠色高性能混凝土能夠在保證設(shè)計要求的情況下，通過使用高效減水劑和高性能減水劑，達(dá)到要求坍落度情況下，減少用水量，水膠比不變時，減少水泥的用量；通過加入超細(xì)礦物摻合料等量代替水泥，從而減少水泥用量，又大量利用工業(yè)廢料，節(jié)約更多的資源、能源，將對環(huán)境的破壞降到最小，這不僅為混凝土和建筑工程的繼續(xù)健康發(fā)展，更是人類的生存和發(fā)展所必需，是大有可為的[2]。

2 超細(xì)礦物摻合料的定義和分類

超細(xì)摻合料是指在混凝土（或砂漿）攪拌前或攪拌中加入的、具有一定細(xì)度和活性的用于改善新拌混凝土性能的某些礦物類產(chǎn)品。

摻合料按其性質(zhì)可以分為兩類，即活性摻合料和非活性摻合料。目前使用的超細(xì)礦物摻合料絕大多數(shù)是具有一定活性的固體工業(yè)廢渣，如粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰、磨細(xì)石灰石等。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)孫兆雄教授研究發(fā)現(xiàn)，以烏魯木齊為例，烏魯木齊是水泥、鋼鐵、熱電生產(chǎn)的工業(yè)城市。寶鋼集團八一鋼鐵公司2007年將計劃生產(chǎn)340萬噸鋼鐵，同時排出100萬噸高爐?；V渣 （往年八鋼每年排出高爐?；V渣30萬噸～40萬噸）；三年后，鋼鐵生產(chǎn)每年達(dá)800萬噸時，每年將排出高爐粒化礦渣220萬噸，同時還有200萬噸鋼渣排出；烏市四個熱電廠（紅雁池一電、二電、葦電和石化熱電廠）平均每年排出粉煤灰70～80萬噸；還有新疆鋰鹽廠每年也排出數(shù)萬噸鋰渣。近幾年烏市地區(qū)的礦渣每年利用在15萬噸左右，粉煤灰20萬噸。這些數(shù)據(jù)說明，烏市既是工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)，也是環(huán)境污染重點區(qū)，既有水泥工業(yè)生產(chǎn)CO2等廢氣對大氣的污染，也存在著工業(yè)固體廢渣對環(huán)境的二次污染。無疑，要想減少烏昌地區(qū)水泥生產(chǎn)、節(jié)約資源和能耗，充分利用工業(yè)廢渣和防治廢渣對環(huán)境的污染，大力推廣應(yīng)用高性能混凝土具有很大作用和意義，另外，也說明烏市具有大力推廣應(yīng)用高性能混凝土的超細(xì)摻和料的充足資源條件。以水泥用量1噸的混凝土為例，摻合料摻量50%，可減少水泥用量50%，減少水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污染、能耗，即減少了半噸的CO2排放量，還能收集工業(yè)廢料，降低了廢料對環(huán)境的危害。不僅滿足國民經(jīng)濟的發(fā)展，又朝著節(jié)能、降耗、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展方向前進(jìn)。

3 綠色高性能混凝土在五彩灣事故備用水池應(yīng)用實例

3.1 工程概況

“500”東延供水工程是準(zhǔn)東地區(qū)煤電、煤化工工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)、生活及環(huán)境保護用水的長距離管道輸水工程。

五彩灣事故備用水池為“500”東延供水工程的組成部分，水池的有效容積為180萬m3，正常水位512.5m，壩軸線長2015.393m，最大壩高14m，壩頂寬度6m，壩頂高程515m，有效庫容192萬m3，最大水面面積27.8萬m2，最小水面面積24.3萬m2。承擔(dān)五彩灣工業(yè)園區(qū)部分冬季供水。

該水池位于新疆昌吉州吉木薩爾縣五彩灣鎮(zhèn)東北28km，主要由擋水壩、水池進(jìn)水口、供水兼放空及防洪建筑物組成。

五彩灣事故備用水池位于準(zhǔn)噶爾凹陷帶北緣臺地上，利用天然沖洪溝四面填筑而成。主要建筑物有：擋水壩、進(jìn)水建筑物、供水兼放空建筑物及供水管道。

3.2 原材料及配合比

1）水泥：新疆屯河水泥廠生產(chǎn)的32.5R高抗硫硅酸鹽水泥，對水泥的物理技術(shù)性能和化學(xué)成分的測定結(jié)果見下表。

密度（g/cm3）比表面積（m2/kg)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(%)安定性硬結(jié)時間(h：min)抗折強度(MPa)抗壓強度(MPa)初凝 終凝 3d 28d 3d 28d 3.1 341 26 合格 2：36 4：15 4.0 8.1 22.7 43.2

2）粉煤灰：烏魯木齊晨科粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，技術(shù)指標(biāo)見下表。

3）砂：當(dāng)?shù)亓蠄龅奶烊还橇?，技術(shù)指標(biāo)見下表。

4）石子：當(dāng)?shù)亓蠄龅奶烊还橇?，質(zhì)地堅硬的砂礫石，技術(shù)指標(biāo)見下表。

骨料品種（mm）表觀密度（kg/m3）針片狀含（%）飽和面干吸水率（%）含泥量（%）泥塊含量（%）壓碎值堅固性5-20 2720 5 1.6 0.8 0 2.5 1.9 20-40 2740 6 1.2 0.6 0 2.5 1.5

5）水：混凝土試驗拌合用水是烏魯木齊地下水。

6）外加劑：新疆余玉鑫蕊科技公司生產(chǎn)的引氣減水劑JC-1。

7）配合比。

水膠比 砂率 粉煤灰摻量每立方米混凝土材料用量/kg 減水劑/kg水泥 粉煤灰 水 砂 小石 中石0.39 34% 20% 265 66 129 699 678 678 1.66 0.36 32% 20% 294 73 132 644 684 684 1.84

8）抗壓強度實驗結(jié)果

抗壓強度Mpa 3d 28d 0.39 19.7 29.5 0.36 26.7 35.1

4 結(jié)論

4.1 五彩灣事故備用水池建成至今，混凝土工程未發(fā)生強度和耐久性方面的事故，高性能混凝土在此工程使用效果很好。

4.2 高性能混凝土中大摻量超細(xì)摻和料通常采用等量代替水泥的方式摻入，摻和料大多又是工業(yè)廢渣，其成本主要是加工磨細(xì)和分選，價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥；高性能混凝土應(yīng)用地和生產(chǎn)地距離超細(xì)摻和料來源地或加工地很近，運費很低。因此高性能混凝土在此工程的使用是一種比較經(jīng)濟的混凝土。

［1］國家統(tǒng)計局，編.中國統(tǒng)計摘要（2008）[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2008.

［2］吳中偉.綠色高性能混凝土：混凝土的發(fā)展方向[J].