石灰岩石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水电站大坝碾压混凝土中的应用

石灰岩石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水电站大坝碾压混凝土中的应用

西北水电·2011年·增刊27文章编号：1006-2610(2011)S2—_0oo7—O6石灰岩石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水电站大坝碾压混凝土中的应用皇甫拴劳(中国水利水电建设工程咨询西北公司，西安710065)摘要：柬埔寨甘再水电站工程拦河重力坝是百米级全断面碾压混凝土坝，由于当地无粉煤灰、火山灰等掺合料，参照中国石灰石硅酸盐水泥研究成果，进一步试验研究石灰岩粉代替粉煤灰，并逐步实施。探索出一条用石灰岩石粉替代粉煤灰的新路子。经实践证明技术经济效果明显。关键词：石灰岩石粉；粉煤灰；碾压混凝土；甘再水电站中图分类号：TV423文献标识码：AApplicationoflimestonepowderinKamchayRCCdaminsteadofflyashHUANGPUShaan—lao(NorthwestWaterandHydropowerEngineeringConsulting&SupervisionCompany，Xian710065，China)Abstract：Theover100mhighKamchaygravitydamisafullsectionRCCdaminCambodia．Inviewofnomixedmaterialsofflyashandvolcanicashinlocal，researchandtestsaremadeonreplacingflyashwithlimestonepowderaccordingtotheresearchresultsofpoalandlimestonecementinChina．Itisprovedthatthereplacementofflyashwithlimestonepowderhasremarkabletechnicalandeconomicre—suits．Keywords：limestonepowder；flyash；RCC；Kamchayhydropowerstation试验检测资料表明，同中国水泥相比：①该水1问题的提出泥细度偏细；②1～7d龄期强度试验检测值偏高，甘再水电站工程碾压混凝土重力坝设计方量是属早强型；③按中国方法检验28d龄期强度始终维159万m。91％是碾压混凝土，约需胶凝材料27持在64MPa以上，相对应的美国波兰特水泥质量标万t，其中水泥11万t，掺合料16万t。混凝土原材准(ASTM)是45MPa水泥。料选择如下。1．2掺合料1．1水泥柬埔寨境内没有所需要的混凝土掺和料及水泥本工程初期选用泰国《大象》牌水泥。2008年混合材料。只能选择与其相邻的泰国及中国南部沿2月21日开始使用泰国大象集团参股的柬埔寨贡海的粉煤灰。泰国粉煤灰质量指标属于三级灰。工布《KTC}水泥。新建水泥厂与泰国大象牌水泥所执程初期经过施工技术与经济成本对比，结合试验检行的水泥标准都是美国ASTM《波特兰水泥技术规测成果选择了广西田东粉煤灰(二级灰)。范》(C150—05)，相当于中国的62．5MPa纯熟料硅其活性指标试验检测见表2。酸盐水泥。1．3外加剂水泥物理力学试验检测成果见表1。选用中国四川长安育才建材有限公司生产的《GK一4A》高效缓凝减水剂，据检测该外加剂在减水收稿日期：2011-09-03率20％～22％，30℃的环境下，混凝土初凝时间大于作者简介：皇甫拴劳(1952一)，男，西安市人，高级工程师，从事水利水电工程项目管理工作．8hn表2粉煤灰28d龄期强度比成果表裹湿润砂的空隙、水泥砂浆包裹石子的空隙。分析煤灰掺量材料用量／g28d抗压强度活性指数廿日各胶材的细度，中国国内使用的水泥颗粒20～90⋯／％(KTC)水泥煤灰标准砂水／MPa／％埘LLtxm，甘再水电站工程用水泥比此细一些。粉煤灰要对比胶砂0450—135022558．4一一田东灰30315135135022548．884一求是45m筛余，小于12％时是一级灰，小于20％由表2可见，活性指数>70％。是二级灰，石粉宜是以45m筛筛余小于20％，同1．4研究课题的提出二级灰。我们将使用石粉代替粉煤灰，物理上满足当地水泥合同价$85，约合人民币580t。但包裹理论。由于粉煤灰运到工地已达650～700t。在中国国进一步比较石粉和粉煤灰，众所周知，粉煤灰在内的通常作法是混凝土中掺人粉煤灰掺合料，降低混混凝土中有3种效应：微珠效应、活性效应和微集料凝土水化热而降低工程成本，在这里需另辟蹊径。专效应。石粉仍有微集料效应，无活性效应。故称其家组提议参照国外(巴西)经验，在混凝土中掺人石粉为准惰性材料。没有微珠效应，故用水量稍大一些。代替粉煤灰。由此工程问题提出研究课题。在水化热方面，粉煤灰在常态混凝土中水化热是水2宏观上理论分析掺石粉的可行性泥的45％，在碾压混凝土中是水泥的30％，而石粉是准惰性，基本不起化学反应，水化热为零。2．1满足水灰比强度理论总之，石粉掺人混凝土满足包裹理论，粒度同水泥混凝土的主要理论之一是水灰比强度理论，其粉煤灰，同粉煤灰相比，仅有微集料效应，无水化热。代表的公式为：2．3混凝土耐久性的分析R=AR{(C+，)／一B}(1)由于石粉是准惰性材料，基本不与其他材料起化学反应，故不会影响混凝土的性能。不放心的是修改为：R=AR{(C+F+P)／W—B}(2)会不会有碱骨料反应，故做试验后验证无碱活性反式中：R为混凝土强度；A为系数，一般取0．46～应。0．52；为水泥强度；R为水泥稀释后强度；(C+2．4可借鉴的应用成果F)／为水胶比的倒数(使用水泥及粉煤灰)；(C+F中国有石灰石硅酸盐水泥(1995年标准)内掺+P)／为式(1)加入石粉；B为系数，对于常态混凝石灰岩石粉10％～25％；欧洲有此水泥标准，内掺土取0．52。石粉量最大30％，此水泥等同普通硅酸盐水泥使掺人石粉，相当于水泥被稀释，降低了标号。我用。国内外已有此水泥标准，可借鉴。至于掺量借们认为石粉是准惰性材料，若加入30％～50％的石鉴粉煤灰的应用也是可行的。在粉煤灰水泥标准里粉，相应水泥标号降到原标号的50％～70％。现水粉煤灰最大掺量是40％，而甘再工地已掺到60％～泥标号65MPa，稀释降低后仍为32．5～45．5MPa。65％(碾压混凝土)。石粉在水泥标准里最大是按中国国内经验P·032．5水泥配碾压混凝土是可25％～30％，在工地30％～50％也应可行。行的。例如，令水胶比为0．6，掺50％石粉代人上浙江省长兴县煤山水泥厂生产的石灰石硅酸盐式，则混凝土的强度为17．1MPa，满足大坝基础混水泥相对与普通水泥早强，模板拆除早，被宁波市广凝土C15的强度要求。泛使用，已有10多a。2．2满足包裹理论混凝土的主要理论之二是包裹理论。即水泥包n西北水电·2011年·增刊29下特点¨：3国内外石灰石硅酸盐水泥与混凝土(1)塑态混凝土和易性好、早期强度增长快、泌发展及研究成果水率降低、标准稠度用水量减少；国外现行的石灰石硅酸盐水泥已列入欧洲试行(2)干硬性混凝土的干缩、抗碳化、抗冻同普通标准ENV一197，属于通用水泥。中国在1995年制硅酸盐水泥混凝土相当，抗渗、抗硫酸盐优于普通硅定了石灰石硅酸盐水泥建材行业标准C600—1995，酸盐水泥混凝土；经过多年的使用总结，修订为C600—2002。(3)石灰石与水泥中铝酸盐生成碳铝酸盐产欧洲试行标准ENV一197规定石灰岩石粉最大物。掺量为30％。比中国标准C600—1995及C600—4掺石灰岩石粉的碾压混凝土性能2002高5％。并且增加了“亚甲兰”试验检测方法试验研究及质量标准，其目的在于试验检测石灰岩石粉中的黏土成分。黏土成份超过1．4％对混凝土抗冻的指为进一步落实使用，在专家咨询小组王圣培老标有影响。中国石灰石硅酸盐水泥建材行业标准司长与方坤河教授指导下，中国水电第八工程局有C600—1995规定：石灰岩石粉达到CaCO≥75％，限公司科研设计院对石灰岩石粉应用于碾压混凝土A1，O≤2％，比表面积≥35013q／kg，就可以10％～中的性能进行了试验与研究，成果如下J。25％的比例掺入水泥熟料中。4．1碾压混凝土力学及变形性能试验结果中国国内研究成果表明石灰石硅酸盐水泥有以碾压混凝土力学及变形性能试验结果见表3。表3碾压混凝土力学及变形-眭能试验结果表石灰岩石粉属于准惰性材料，替代后对碾压混土干缩变形同三峡工程没有掺石灰岩石粉的碾压混凝土后期强度发展无显著贡献。石灰岩石粉对混凝凝土。值得进一步探索与研究的是干缩值和水灰比土早期强度的微集料效应接近粉煤灰。的关系，水灰比愈小干缩值就愈小。该结论同中国试验检测使用的泰国水泥为纯熟料水泥，其28国内建材行业对石灰石硅酸盐水泥的研究成果是一d强度达到64MPa，约同于中国62．5硅酸盐水泥。致的。中国国内研究还表明：混凝土干缩值在2×石灰岩石粉对水泥起稀释作用，对水泥的强度降低10～～6×10之间。本次研究院试验检测成果显示有限，不会影响碾压混凝土的功能强度，这也是本工干缩值不大。混凝土暴露在50％相对湿度的空气程使用石灰岩石粉有利的一面。中，混凝土干燥深度达到7cm需要1个月，达到704．2混凝土干缩试验成果cm需要10a。甘再水电站工程拦河大坝地处常年混凝土干缩试验成果，见表4。空气相对平均湿度接近80％，拦河大坝长期在水下表4混凝土干缩试验成果表不易产生干缩7-9]。序混凝土水胶煤灰掺量石粉掺量王塑：!号种类比／％／％3d7d14d28d60d90d4．3石灰岩石粉的化学、物理及胶砂强度试验石灰岩石粉化学成分分析见表5，石灰岩石粉物理性能检验成果见表6，石灰岩石粉对胶砂强度影响的检验成果见表7。石灰岩石粉的细度与粉煤灰、水泥相当。甘再与中国国内已竣工工程相比，石灰岩石粉混凝水电站加工的石灰岩石粉试验检测用45m筛孔、n10皇甫拴劳．石灰岩石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水电站大坝碾压混凝土中的应用其筛余量为34．4％，80m筛余量为7．4％。石灰岩石粉的胶砂强度比粉煤灰低，28d强度表5石灰岩石粉化学成分分析表／％约低20％，胶砂强度比小于70％。4．4碾压混凝土自生体积变形性试验碾压混凝土自生体积变形性试验检测成果(KTC水泥+田东灰+石粉)见表8¨。甘再水电站碾压混凝土半掺、全掺石粉，其自身体积变形呈膨胀。掺粉煤灰的常态混凝土则收缩。石粉来源塑鏖需水量密度比表4．5骨料碱活性反应试验45m筛余80m筛余0．16m筛余／％／(g·咖-3)面积经武汉大学与中国水电第八工程局科研院共同研究，使用的4号料场骨料属非活性骨料。拟使用的1号料场骨料具有碱硅酸盐反应，但双掺各20％表7石灰岩石粉对胶砂强度影响的检验成果表后可抑制。4．6石灰岩石粉碾压混凝土推荐配合比石灰岩石粉碾压混凝土推荐配合比，见表9。试验检测成果显示，甘再水电站工程碾压混凝土重力坝使用石灰岩石粉替代粉煤灰是可行的，混凝土龄期强度及耐久性等指标能满足设计指标。表8碾压混凝土自生体积变形性试验检测成果表(KTC水泥+田东灰+石粉)5．1砂内有石粉外掺粉煤灰碾压混凝土配合比的5掺石灰岩石粉混凝土的实践使用经研究试验、专家组审定配合比后，分3步实甘再水电站工程初期没有加工出来石灰岩石施。①在石粉未生产出来以前，大坝基础部位使用粉。“二枯”施工期间3，4，5号坝段高程59m以下水泥+粉煤灰+砂中石粉的配合比；②在123m高程及6，7号坝段高程73ITI以下共浇筑碾压混凝土约以下使用水泥+粉煤灰+砂中及外掺石粉的配合比。30万m，使用的是外掺粉煤灰的配合比。2009年1③在高程123～153m段使用水泥+砂中及外掺石月20日施工方在《柬埔寨甘再水电站混凝土配合粉的配合比。具体分述如下。比设计试验报告》基础上，结合当地原材料的变化n西北水电·2011年·增刊2进行校核性试验后形成配合比(见表10中1)。为合比和易性优、施工方便。2009年5月4号料场出了降低温控负担，节约工程成本，管理部有关专家提露大面积的碳泥及煤矸石夹层，对此工程管理部调出将干法生产砂中的石粉计人胶材，施工方经试拌整了配合比以应对这一不利因素(见表10中3)。于3月20日上报新的配合比(见表1O中2)。该配表10甘再水电站大坝实用碾压混凝土施工配合比表由表10中2，3可知，表面看胶凝材料仅130成的。碾压浇筑效果良好、可碾性强、和易性优、碾kg／m，小于中国RCC平均173kg／m的水平，相当压混凝土施工仓号未出现泌水现象。后来考虑到碳于日本水平。实际上人工砂中石粉含量大于12％，泥的影响，水泥用量由60kg／m提高到66kg／m。其中0．75mm以下(相当水泥细度的)占一半以上，目前使用的C。15W4及C。10W4半掺石粉的否则要增加胶凝材料。这就保证了水泥级细料有配合比见表11中4，5。160kg／1TI以上，胶材少而混凝土眼观效果又好。用水量比掺粉煤灰的碾压混凝土配合比大，每5．2碾压混凝土半掺石粉配合比的应用方多增加了2～3kg／m水。当水泥用量降到7O2009年12月下旬球磨机加工的石灰岩石粉成kg／m以下时，对应的碾压混凝土绝热温升值28d功投入使用，使用碾压混凝土外半掺石灰岩石粉配仅有17℃，满足不大于17℃的温控设计要求(约束合比。区内)。(1)对石粉的质量标准控制为：CaCO≥75％、5．3碾压混凝土全掺石灰岩石粉配合比的使用A1，0≤2．0％(参照石灰石硅酸盐水泥标准)，细度当水灰比小于0．65时，全掺与半掺石灰岩石粉45m筛余≤25％；含水率≤l％(参照粉煤灰标的碾压混凝土干缩没有明显差别。准)；含泥量≤1．4％(亚甲兰试验检测质量标准)。半掺及全掺石灰岩石粉碾压混凝土，自生体积(2)碾压混凝土半掺石灰岩石粉配合比是在变形均为微胀性，这是石灰岩石粉掺入混凝土中生《柬埔寨甘再水电站混凝土配合比设计试验报告》成少量碳铝酸钙的缘故，在高程123～153In段使用基础上，结合当地原材料的变化校核性试验后而形全掺石粉的碾压混凝土配合比见表11中6。表1l甘再水电站大坝实用碾压混凝土配合比强度和温度计算及实测表5．4实用配合比强度公式待定及水化热计算水泥仅73kg，水灰比0．65，水泥强度65MPa。计算根据试验资料，掺石粉混凝土早强，180d相对如下：28d强度仅上升约10％。故应以28d设计及控制，R=0．46×65×73／173(1／0．65一O_52)=12．8MPa还是以公式(2)计算其28d强度。不过要将砂内含试验检测28d强度值也是12．8MPa。80m以下的石粉及外掺石粉计入总胶材，计算稀按石粉无水化热、粉煤灰水化热是水泥的30％’释后水泥的强度，计算及测试结果对比见表12。计。水化温升结果见表11。由此水化热计算大坝例如：全掺石粉的配合比为6，总胶材173kg，坝内温度是44℃，实测最高也是44℃。n皇甫拴劳．石灰岩石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水电站大坝碾压混凝土中的应用限拉伸值、抗渗指标、弹性模量等物理力学指标符合6碾r,．-t琵嘞坝质量检查成果汇设计指标。6．1碾压混凝土重力坝碾压混凝土机口取样试验7使用石粉的经济效益检测成果统计甘再水电站使用石粉的效益有2部分。碾压混凝土抗压强度机口检测成果统计见表(1)砂中石粉替代胶凝材料的效益。由于将粉12，碾压混凝土其他物理力学性能检测成果见表13。煤灰+水泥降到130kg／m；将水泥+粉煤灰+石粉降表12碾压混凝土抗压强度机口检测成果统计表到134～143kg／m；将水泥+石粉降到143kg／ITI，按每方混凝土20计，节约1400万元(140万m×0．02t／1TIx516t)。(2)从部分到全部用掺石粉代替粉煤灰，约可节约人民币1500～1800万元。综合以上2项，合计效益3000万元。8结语室堡堡鳖圭苎室兰：堂壁墨室(1)甘再水电站拦河大坝设计为碾压混凝土重—塑———堕_—型盟力坝clOW4W42093081516615380)50，需大量混凝土掺合料，当地无粉煤灰及火山灰180≥．(一)(一>⋯⋯”⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯C18o15W4≥W5192(318-141)67．3(6083)>60等，经深入研究试验，采用石粉代替粉煤灰，已浇筑三：!型：!：型!：!!：：!混凝土满足设计要求。6·2碾压混凝土重力坝钻子L芯样检测成果(2)以石粉代替粉煤灰取得了较大的经济效大坝碾压混凝土取芯检测成果见表l4。益。试验检测资料显示：碾压混凝土的抗压强度、极表14大坝碾压混凝土取芯检测成果表能混凝土研究[J]．武汉理工大学学报，2010，(21)：22—26．参考文献：[7]刘数华，方坤河．石灰石粉和粉煤灰对干燥状态下砂浆性能的影响[J]．水力发电，2009，(6)：41—43．杨建森，张祖绵．石灰石硅酸盐水泥性能及其水化研究[J]．水[8]阎培渝，陈志城．含不同矿物掺合料的高强混凝土的自收缩特泥，1996，(10)：10—14．性[J]．T业建筑，2011，(6)：124—127．郑雯．矿粉一粉煤灰一石灰石粉胶凝体系耐低温硫酸盐腐蚀研[9]贾兆武．粉煤灰抑制骨料碱活性反应的有效性研究[J]．西北究[J]．城市道桥与防洪，2010，(11)：水电，2009，(03)：38—40．贾兆武．骨料碱活性检测方法及在玛尔挡水电工程中的应用[1O]金勇刚，肖佳，勾成福，许彩云．石灰石粉一粉煤灰对水泥浆[J]．西北水电，2009，(03)：55—58，63．体性能的影响[J]．粉煤灰，2011，(1)：6—10．94—96．罗伟，巩宁峰．石粉作为碾压混凝土掺合料的试验研究[J]．混何秋海．双掺石灰石粉和粉煤灰自密实混凝土的应用研究凝土，2010，(11)：82—86．[J]．粉煤灰，2010，(4)：33—34．岳瑜，张兰芳．磨细粉煤灰与石灰石粉复合配制C80高性能混[12]刘建刚．粉煤灰及石粉对人工砂高性能混凝土影响研究[J]．凝土的研究[J]．粉煤灰综合利用，2011，(4)：20—21．甘肃科技纵横，2009，(3)：106．徐国强，刘娟红，乔兰，杨柳．双掺石灰石粉和粉煤灰绿色高性