新型TL摻合料在大壩碾壓混凝土中的應(yīng)用研究

葉 新，鄧擁軍，張 虹，董海英，武 玲

(1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650033；2.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南昆明650214)

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新型TL摻合料在大壩碾壓混凝土中的應(yīng)用研究

葉 新1，鄧擁軍2，張 虹1，董海英1，武 玲1

(1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650033；2.華能瀾滄江水電股份有限公司，云南昆明650214)

為充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，解決工程所在地區(qū)粉煤灰供應(yīng)緊張的問(wèn)題，考慮將鐵礦渣粉(T)和石灰?guī)r粉(L)作為碾壓混凝土復(fù)合摻和料應(yīng)用于水電工程建設(shè)中。首先對(duì)磨細(xì)鐵礦渣和石灰?guī)r粉的細(xì)度進(jìn)行優(yōu)選，然后對(duì)摻入TL摻合料的膠砂和碾壓混凝土各項(xiàng)性能展開分析，并與摻鐵礦渣(T)和粉煤灰(F)的碾壓混凝土性能進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明新型TL摻合料滿足摻和料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，應(yīng)用于實(shí)際工程中可減少工程投資，而且有利于環(huán)境保護(hù)。

鐵礦渣；石灰?guī)r粉；摻合料；碾壓混凝土；黃登水電站

黃登水電站位于云南省瀾滄江上游河段上，為瀾滄江上游古水至苗尾河段規(guī)劃七個(gè)梯級(jí)中的第五個(gè)梯級(jí)。壩址距營(yíng)盤鎮(zhèn)公路里程約12 km，距蘭坪縣城約67 km，距昆明市約631 km。樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪放空建筑物、左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。

粉煤灰作為碾壓混凝土摻合料的工程經(jīng)驗(yàn)已較為成熟，然而黃登水電站所在地區(qū)粉煤灰供應(yīng)緊張，其他電廠粉煤灰運(yùn)距又較遠(yuǎn)，因此必須研究新型摻合料，以滿足該工程碾壓混凝土筑壩的需求，本項(xiàng)目對(duì)工程所在地區(qū)的云南德勝鋼鐵有限公司鐵礦渣(T)和大格拉石料場(chǎng)石灰?guī)r粉(L)作為大壩碾壓混凝土復(fù)合摻合料進(jìn)行了可行性研究[1- 2]。

1 摻合料細(xì)度優(yōu)選

摻合料細(xì)度優(yōu)選時(shí)，先將鐵礦渣和石灰?guī)r分別磨制成5個(gè)不同比表面積和細(xì)度的樣品，鐵礦渣粉樣品比表面積在347 ～509 m2/kg之間，石灰?guī)r粉樣品細(xì)度在8.5%～17.6%之間。

(1)形貌分析。鐵礦渣粉-T2的掃描電鏡(SEM)照片見圖1。通過(guò)圖1可知，不同比表面積鐵礦渣粉的樣品顆粒形狀基本相同，主要由不規(guī)則塊狀顆粒組成，只是所含顆粒粒徑的大小有所不同，玻璃體含量為72%。

圖1 鐵礦渣粉-T2顆粒SEM照片(比表面積400～500 m2/kg)

(2)需水量比和活性指數(shù)。不同比表面積鐵礦渣粉的需水量比在100.0%～100.8%之間，比表面積對(duì)鐵礦渣需水量比的影響不大，不同細(xì)度石灰?guī)r粉的需水量比在100.8%～102.4%之間，石灰?guī)r粉的細(xì)度越小，需水量比越大。不同比表面積鐵礦渣粉的28d齡期活性指數(shù)為57.5%～68.0%、90 d為75.1%～83.5%、180 d為81.9%～89.0%，鐵礦渣粉比表面積越大，活性指數(shù)越高；不同細(xì)度石灰?guī)r粉的28 d齡期活性指數(shù)為33.0%～34.4%、90 d為34.0%～35.2%、180 d為34.3%～36.8%，石灰?guī)r粉細(xì)度越小，活性指數(shù)越高。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，鐵礦渣粉比表面積按380～450 m2/kg控制，石灰?guī)r粉細(xì)度按0.08 mm篩篩余量10%～15%控制。

表1 膠凝材料化學(xué)成分 %

2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)原材料包括：云南紅塔滇西水泥廠的42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥，宣威發(fā)電有限責(zé)任公司的分選Ⅱ級(jí)粉煤灰，云南德勝鋼鐵有限公司的鐵礦渣粉，大格拉石料場(chǎng)石灰?guī)r骨料磨制的石灰?guī)r粉，膠凝材料主要化學(xué)性能見表1；采用大格拉石料場(chǎng)石灰?guī)r人工骨料，骨料表觀密度為2 640 kg/m3；采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-Ⅱ(R)碾壓混凝土高效減水劑及該廠生產(chǎn)的JM-YQJ引氣劑。

3 TL摻合料對(duì)膠砂性能的影響

將較優(yōu)細(xì)度的鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉分別按4∶6、5∶5、6∶4的質(zhì)量比例進(jìn)行混摻(以下簡(jiǎn)稱為TL46、TL55、TL64)，對(duì)摻不同TL摻合料的膠砂性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并與摻TF(鐵礦渣和粉煤灰)摻合料的膠砂性能進(jìn)行對(duì)比分析。

(1)膠砂強(qiáng)度比較分析。摻合料的摻量越大，抗壓強(qiáng)度比和抗折強(qiáng)度比越小。摻合料在不同摻量下的膠砂抗壓強(qiáng)度變化曲線如圖2所示。相同摻量情況下，TL摻合料中鐵礦渣比例越高，膠砂抗壓強(qiáng)度越高，摻TL摻合料和TF摻合料的膠砂前期強(qiáng)度相差不大，摻TF摻合料膠砂的后期抗壓強(qiáng)度略高?？傮w而言，摻合料中鐵礦渣粉質(zhì)量比例不小于50%，膠砂中摻合料摻量為30%時(shí)，28d齡期膠砂抗壓和抗折強(qiáng)度比大于85%，摻量為50%時(shí)，90d齡期膠砂抗壓和抗折強(qiáng)度比大于85%。

圖2 摻合料在不同摻量下的膠砂強(qiáng)度

(2)水化熱比較分析。摻合料摻量越大，水化熱降低幅度越大。摻合料在不同摻量下的膠砂水化熱變化曲線如圖3所示?？芍嗤瑩搅壳闆r下，摻TL雙摻料后膠砂水化熱大小順序?yàn)椋篢L64>TL55>TL46；摻TF雙摻料后膠砂水化熱大小順序?yàn)椋篢F55>TF64；摻TF摻合料的水化熱略高于摻TL摻合料的膠砂水化熱。

圖3 摻合料在不同摻量下的膠砂水化熱

4 對(duì)碾壓混凝土性能的影響

(1)碾壓混凝土配合比。在滿足碾壓混凝土摻合料性能要求的情況下，摻TL摻合料和TF摻合料的碾壓混凝土用水量相差不大，配合比參數(shù)基本相同，水膠比為0.50的三級(jí)配碾壓混凝土用水量約80 kg/m3，VC值在4.3～7.0 s之間，含氣量在3.5%～4.2%之間，摻合料和易性較好，摻合料性能比較接近。

表2 碾壓混凝土強(qiáng)度 MPa

(2)力學(xué)性能。摻TL摻合料和摻TF摻合料的碾壓混凝土強(qiáng)度和彈性模量結(jié)果見表2、3。由表2、3可知，TL雙摻料碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度隨TL雙摻料中鐵礦渣粉比例增加而增大，同條件下，摻TL雙摻料的碾壓混凝土28 d齡期抗壓強(qiáng)度與摻TF雙摻料混凝土相近，90、180 d齡期抗壓強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)低于摻TF雙摻料混凝土。水膠比為0.5，雙摻料摻量為50%的碾壓混凝土90 d齡期抗壓強(qiáng)度均大于30.0 MPa，強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)約為1.20，抗拉強(qiáng)度均大于2.00 MPa，靜壓彈模和軸拉彈模均達(dá)到40 GPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 碾壓混凝土彈性模量 104MPa

(3)變形性能。① 極限拉伸值。TL雙摻料碾壓混凝土的極限拉伸值隨TL雙摻料中鐵礦渣粉比例增加而增大，同條件下，摻TL雙摻料的碾壓混凝土極限拉伸值略小于摻TF雙摻料的碾壓混凝土極限拉伸值，90、180 d齡期的極限拉伸值均大于80.0×10-6。② 干縮。同條件下，摻TL雙摻料碾壓混凝土干縮率略大于摻TF雙摻料碾壓混凝土，120 d齡期的干縮率在143×10-6～185×10-6之間，由混凝土干縮曲線來(lái)看，60天前干縮變形速率較快，后期干縮變形速率減緩，測(cè)至120 d時(shí)，干縮變形仍有增長(zhǎng)趨勢(shì)，干縮率曲線見圖4。

圖4 碾壓混凝土干縮率與齡期曲線

材料類型90d抗凍性能90d抗?jié)B性能相對(duì)動(dòng)彈模/%質(zhì)量損失率/%25次50次75次100次25次50次75次100次平均滲徑/mm抗?jié)B等級(jí)TL4695.8983.0781.0176.870.200.440.460.72137.0>W8TL5599.0793.2592.9392.730.020.020.120.15115.0>W8TL6494.1292.2889.1187.600.020.070.730.95114.2>W8TL7396.9194.1890.5789.28000.270.42106.3>W8TF5593.9791.0090.5589.220.100.330.450.52137.2>W8

(4)耐久性。摻TL摻合料和摻TF摻合料的碾壓混凝土抗?jié)B、抗凍性能結(jié)果見表4，可知，抗?jié)B、抗凍性能相差不大，90 d齡期抗?jié)B等級(jí)大于W8，抗凍等級(jí)大于F100，能夠滿足工程的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論和展望

(1)根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，綜合考慮混凝土性能要求及施工控制等因素，鐵礦渣粉比表面積按380～450 m2/kg控制，石灰?guī)r粉細(xì)度按0.08 mm篩篩余量10%～15%控制。

(2)TL雙摻料中鐵礦渣粉比例越高，活性指數(shù)越大，摻量為30%時(shí)，28 d齡期的抗壓強(qiáng)度比大于85%，TL雙摻料活性指數(shù)略低于TF雙摻料。摻TL雙摻料和TF摻合料均能有效降低水泥水化熱，摻量越大，水化熱降低幅度越大。

(3)摻TL雙摻料混凝土的抗壓強(qiáng)度隨TL雙摻料中鐵礦渣粉比例增加而增大，摻TL雙摻料的碾壓混凝土28 d齡期抗壓強(qiáng)度與摻TF雙摻料混凝土相近，90、180 d齡期碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)低于摻TF雙摻料混凝土，極限拉伸值均大于80.0×10-6，抗?jié)B等級(jí)大于W8，抗凍等級(jí)大于F100。

總體來(lái)看，摻TL摻合料的膠砂性能和碾壓混凝土性能均能滿足工程中技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，TL摻合料可用作黃登水電站碾壓混凝土的摻合料，并能帶來(lái)一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[3- 5]。

[1]方坤河. 碾壓混凝土材料、結(jié)構(gòu)與性能[M]. 武漢： 武漢大學(xué)出版社， 2004．

[2]于忠政， 陸采榮. 大朝山水電站碾壓混凝土新型PT摻合料的研究和應(yīng)用[J]. 水力發(fā)電， 1999(9)： 15- 17．

[3]張虹， 葉新， 董海英， 等. 電廠灰渣在大壩碾壓混凝土中的應(yīng)用研究[J]. 人民長(zhǎng)江， 2015， 46(7)： 92- 94．

[4]劉數(shù)華， 閻培渝. 石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述[J]. 水力發(fā)電, 2007(1)： 69- 71．

[5]肖開濤， 董蕓， 楊華全. 石灰石粉用作碾壓混凝土摻和料的試驗(yàn)研究[J]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)， 2009， 26(4)： 44- 46．

(責(zé)任編輯 王 琪)

Application Research of New TL Admixtures in Roller Compacted Concrete of Hydropower Station

YE Xin1, DENG Yongjun2, ZHANG Hong1, DONG Haiying1, WU Ling1

(1. PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650033, Yunnan, China;2. Huaneng Lancang River Hydropower Co., Ltd., Kunming 650214, Yunnan, China)

In order to make full use of local resources and solve the problem of insufficient supply of fly ash in project region, the iron slag powder (T) and limestone powder (L) are considered as the composite admixture of roller compacted concrete used in hydropower project construction. The optimal fineness of iron slag powder and limestone powder is firstly chosen through tests, and then various properties of glue sand and roller compacted concrete which mixed with TL admixture are analyzed and are compared with the performances of concrete mixed with iron slag powder and fly ash. The analysis results indicate that new TL admixture can meet the requirements of various technical indicators of concrete admixture. The application of TL admixture in practical engineering can hot only reduce construction cost, but also conducive to environmental protection．

iron slag; limestone powder; admixture; roller compacted concrete; Huangdeng Hydropower Station

2015- 09- 09

葉新(1985—)，男，湖北仙桃人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樗そY(jié)構(gòu)材料研究．

TV431.6(274)

A

0559- 9342(2016)06- 0042- 04