綠色高性能混凝土在五彩灣事故備用水池中的應用

尤子睿 翟 超 焦 陽

（新疆昌源水務(wù)集團有限公司準東供水有限公司 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排放到大氣當中，后果可想而知。

1 綠色高性能混凝土的“綠色”從何而來

當前國際水泥工業(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 超細礦物摻合料的定義和分類

超細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、磨細礦渣、硅灰、磨細石灰石等。新疆農(nóng)業(yè)大學孫兆雄教授研究發(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100萬噸高爐粒化礦渣 （往年八鋼每年排出高爐粒化礦渣30萬噸～40萬噸）；三年后，鋼鐵生產(chǎn)每年達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用高性能混凝土的超細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。

3 綠色高性能混凝土在五彩灣事故備用水池應用實例

3.1 工程概況

“500”東延供水工程是準東地區(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)性能和化學成分的測定結(jié)果見下表。

密度（g/cm3）比表面積（m2/kg)標準稠度用水量(%)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)指標見下表。

3）砂：當?shù)亓蠄龅奶烊还橇希夹g(shù)指標見下表。

4）石子：當?shù)亓蠄龅奶烊还橇希|(zhì)地堅硬的砂礫石，技術(shù)指標見下表。

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和分選，價格遠遠低于水泥；高性能混凝土應用地和生產(chǎn)地距離超細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].