大摻量磨細礦渣雙摻混凝土在工程中的應用

□文/馬雪紅

1 工程概況

南水北調中線一期工程天津干線廊坊市段以現(xiàn)澆凝土有壓輸水箱涵為主，采用C30W6F150混凝土。

該標段沿線地下水位較高，主體箱涵混凝土埋于地下水位以下，長期受地下水環(huán)境中硫酸根離子、氯離子等侵蝕。同時標段所處的京津冀地區(qū)分布有大量堿活性骨料，采用的骨料存在疑似堿骨料反應。采用大摻量磨細礦渣雙摻混凝土可以有效抗地下水化學侵蝕和抑制堿骨料反應解決上述問題，既提高了箱涵混凝土的質量和耐久性，也有助于降低工程造價。

2 原材料

1）水泥。選用低堿硅酸鹽水泥（含堿量＜0.6%）的水泥。

2）粉煤灰。混凝土中摻入優(yōu)質的粉煤灰可以改善混凝土的和易性，減少混凝土水化熱，有效控制混凝土內部溫升，避免和減少溫度和干縮裂縫的產生，在進行配合比試驗時摻入Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰需水量比為100%，細度為 7.8%。

3）磨細礦粉。根據技術條款要求本工程混凝土及鋼筋混凝土必須摻加磨細礦渣，級別不低于S95級，比表面積不低于400 m2/kg。混凝土中摻入優(yōu)質礦粉摻合料可以增大混凝土密實性、增強耐久性能，有效抑制堿骨料反應，提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕性，減少混凝土水化熱等。

4）骨料。骨料采自中易水砂料場（Ⅲ區(qū)）、半壁店人工骨料場，因工程所在地京津冀地區(qū)分布有大量堿活性骨料，為有效抑制堿骨料反應，混凝土粗細骨料必須滿足南水北調中線干線工程《預防混凝土工程堿骨料反應技術條例》（試行）的有關規(guī)定。

5）外加劑。水利工程混凝土尤其是箱涵混凝土，外加劑主要采用高效減水劑。高效減水劑對水泥有強烈分散作用，可大大提高水泥拌和物的流動度，在混凝土坍落度相同時，能大幅降低用水量并顯著提高混凝土各齡期強度，進而減少膠凝材料用量，節(jié)約成本。在強度恒定時，采用較少的外加劑摻量就可以節(jié)約水泥用量，有效地降低混凝土內部溫升。

為保證工程的耐久性，在混凝土中還必須摻入引氣劑以引入結構合理的氣泡，使混凝土達到合適的含氣量，因此還應選用品質優(yōu)良的引氣劑。

本工程混凝土試驗階段在混凝土中摻用外加劑為山西凱迪建材有限公司生產KDNOF-2緩凝高效減水劑和KDSF引氣劑。

3 配合比

經過為期3個多月的試驗，比選出了品質較好、適應性滿足設計施工要求的原材料。配合比設計采用高摻合料技術路線，有利抑制堿骨料反應，提高混凝土的抗裂性能。混凝土性能試驗結果表明：優(yōu)選的配合比（不同材料組合常態(tài)混凝土配合比、泵送混凝土配合比等）適用于本工程有關部位及不同施工手段，配合比的各項性能指標滿足施工設計要求。配合比見表1。

表1 C30W 6F150雙摻配合比

4 拌和樓布置

由于雙摻的需要，需增加一個儲存礦粉的膠凝材料罐，根據膠凝材料儲存的需要，每套拌和樓系統(tǒng)設有4個直徑為2.8 m，100 t級的膠凝材料罐。其中2個為水泥罐、1個為粉煤灰罐、1個為礦粉罐。

天津干線TJ4-4標段混凝土澆筑總量為35.116萬m3，最高月澆筑量為1.98萬m3。根據混凝土澆筑強度，共設置2座HZS90型拌和站。

5 大摻量雙摻混凝土的技術特點分析

1）施工性能較好。雙摻混凝土施工性能較好，由于雙摻混凝土膠凝材料用量較大（350～388 kg/m3）、和易性好，在合適的坍落度情況下對澆筑和正道程序及密實度有很好的保證。

通過調整水膠比，雙摻混凝土的各項強度指標與普通混凝土相似。由于水泥用量的減少，混凝土的水化熱降低，雙摻混凝土抗裂性能大大提高。

2）抑制堿骨料反應。雙摻混凝土微觀結構得到改善，降低了堿在混凝土內部的移動速度，同時，由于對堿的固結作用，大大降低了混凝土孔溶液堿離子濃度，有效的抑制堿骨料反應的發(fā)生，可避免工程由于使用活性堿骨料造成的堿骨料反應破壞。

3）抵抗硫酸根離子破壞。雙摻混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕能力高。由于混凝土密實性的提高，硫酸根離子進入混凝土內部變得困難，這樣就消除或減少了高硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）形成的可能性，阻礙高結晶型侵蝕的發(fā)生，大幅度減少混凝土膨脹，使混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕的能力大大提高。

4）抗氯離子滲透。由于混凝土密實性提高，氯離子擴散系數大幅度降低，從而使混凝土抗氯離子滲透能力得到提高，將延緩和推遲鋼筋銹蝕的時間。

6 社會效益和經濟性

6.1 社會效益

本工程用于混凝土的礦物摻合料，主要有粉煤灰、礦粉，粉煤灰是火電廠的副產品，是由大小不等的球狀顆粒的玻璃體組成，表面光滑致密，在混凝土拌和物中，具有增大混凝土的流動性、減少泌水、改善和易性，提高可泵性的作用。礦粉是煉鐵時排出的廢渣，經過粉磨加工而成的具有一定細度和顆粒級配的微粉，礦粉摻入混凝土中具有“微集料效應”和“火山灰效應”。

6.2 經濟效益分析

利用礦粉和粉煤灰的上述特性，采用雙摻技術等量取代部分水泥配制混凝土，充分發(fā)揮礦粉和粉煤灰的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，配制出工作性能好、強度較高、耐久性更強的混凝土。

根據工程所在地材料市場價格，大摻量磨細礦渣雙摻混凝土采用粉煤灰、礦粉取代部分水泥，較大地降低了本標段混凝土使用成本，35.016萬m3混凝土，成本節(jié)約計算見表2和表3。

表2 雙摻混凝土膠凝材料費計算

表3 雙摻混凝土膠凝材料費節(jié)省計算

7 總結

通過大摻量磨細礦渣雙摻混凝土在南水北調天津干線TJ4-4標項目中的成功應用可見，礦粉和粉煤灰雙摻混凝土的應用在經濟、技術上是可行的。

大摻量磨細礦渣雙摻混凝土不但達到南水北調天津干線對混凝土抑制堿骨料反應和抗地下水化學侵蝕的要求，提高了混凝土的質量。還利用了工業(yè)廢料，減少了環(huán)境污染，節(jié)約了能源，降低了混凝土的造價，給施工企業(yè)帶來了經濟效益。因此，這是一項可持續(xù)發(fā)展的先進技術，值得大力推廣。