石灰巖粉替代粉煤灰在碾壓混凝土中的應用

李 月 華， 周 平， 鄭 強

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 概 述

南歐江五級水電站位于老撾豐沙里省境內，該省粉煤灰資源缺乏，若從中國、泰國或越南采購，其公路運輸距離均在700 km以上，僅運輸成本一項將大大增加混凝土造價[1]。該水電站從環保和節約投資的角度考慮，借鑒柬埔寨甘再水電站、蒙古泰西爾水電站的經驗，針對粉煤灰資源缺乏的具體情況，因地制宜地開展了采用磨細石灰巖粉作為混凝土摻合料的應用與研究。相關廠家因地制宜就近采用昂鄧料場和夢曬料場的石灰巖料源生產石灰巖粉，用罐車運至南歐江五級水電站拌和樓，距離僅58 km，有效降低了材料成本、運輸成本及轉運周期，為進一步研究石灰巖粉作為混凝土摻合料的新技術奠定了有利的先決條件。

國內研究石灰巖粉部分替代粉煤灰在碾壓混凝土大壩中的應用已有先例。但因國內規范的限制，暫無完全替代粉煤灰作為碾壓混凝土摻合料的工程實例。因此，該工程對石灰巖粉的使用在老撾的水電工程中尚屬首次。

2 應用目標

對碾壓混凝土涉及到的原材料進行品質檢測，其檢測結果應符合相關品質要求。當檢測骨料具有堿活性危害時，其不能作為石灰巖粉料源的生產或不能使用石灰巖粉作為混凝土的摻合料，應選擇抑制堿活性反應的粉煤灰作混凝土摻合料，從而為研究混凝土摻合料方向確定了目標。

根據對混凝土的設計要求進行相關配合比的參數設計，并經試驗論證分析出摻粉煤灰和石灰巖粉后混凝土性能的差異，從混凝土本身性能方面對石灰巖粉能否作為混凝土摻合料進行了評價，進一步肯定了石灰巖粉作為混凝土摻合料的實際意義。

通過對比摻粉煤灰和摻石灰巖粉混凝土的配合比及其性能試驗結果的差異，分析石灰巖粉作為混凝土摻合料的技術可行性。

在上述研究成果的基礎上，從原材料來源、原材料用量、設備投資、溫控措施費用等方面進行經濟比較，在綜合滿足各項要求的前提下，實現石灰巖粉替代粉煤灰作為碾壓混凝土摻合料的應用。

3 原材料[2]

3.1 水 泥

水泥采用越南生產的PC40(42.5級)硅酸鹽水泥，其比表面積為330 m2/kg，初終凝時間分別為138 min、187 min,28 d抗壓強度為47.1 MPa ,抗折強度為7.1 MPa,堿含量為0.71 kg/m3,安定性合格。

3.2 摻合料[3]

摻合料采用越南產Ⅱ級粉煤灰和老撾產石灰巖粉。

(1)粉煤灰性能為：細度15.8%，燒失量6.14%，需水量比93%，游離氧化鈣0.79%,含水量0.3%，；流動度比122%，堿含量1.38 kg/m3。

(2)石灰巖粉性能為：細度16.3%，密度2 710 kg/m3，需水量比98%，活性指數64%,含水量0.3%，流動度比122%，堿含量0.14 kg/m3。

摻入摻合料后的水泥膠砂強度見表1。

表1顯示：越南PC40水泥中摻入30%～60%的摻合料(粉煤灰、石灰巖粉)，水泥膠砂28 d、90 d抗壓強度及抗折強度隨摻合料的摻量增加而相應降低。

表1 摻合料對水泥膠砂強度影響的檢測結果表

比較石灰巖粉與粉煤灰作為水泥膠砂的摻合料：摻用石灰巖粉3 d、7 d齡期的強度普遍高于摻用粉煤灰的強度，而摻用石灰巖粉28 d、90 d齡期的強度大部分低于摻用粉煤灰的強度；水泥膠砂流動度隨摻合料(石灰巖粉摻60%除外)的摻量增加而普遍增大。

3.3 骨 料

骨料選用老撾南歐江五級水電站工程昂鄧料場生產的人工砂石骨料。相關試驗性能參數符合規范要求，質量較好。

(1)細骨料性能：Ⅱ區中砂，細度模數2.94，表觀密度2 690 kg/m3,堆積密度1 530 kg/m3，石粉含量8.4%，吸水率1.5%，粒徑小于0.075 mm的微細顆粒含量為3.4%。

(2)粗骨料性能：采用5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm三級粒徑組成的合成級配，其中三級配5～20 mm碎石占比20%,20～40 mm碎石占比30%, 40～80 mm碎石占比50%，孔隙率為46%，吸水率為0.82%，含泥量為0.6%，針片狀顆粒含量為3.3%，壓碎指標9.2%。二級配5～20 mm碎石占比40%，20～40 mm碎石占比60%。孔隙率為42%，吸水率為0.95%，含泥量為0.5%，針片狀顆粒含量為3%，壓碎指標為9.4%。

3.4 骨料的堿活性

昆明勘測設計研究院出具的《采用石灰巖粉作為混凝土摻合料研究專題報告》指出：經砂漿長度法檢測評定為非活性骨料(堿-硅酸反應)；“混凝土棱柱體法試驗”38周齡期混凝土最大膨脹率為0.020 8%，初步判定其不具有堿活性。為保證工程質量，仍然要求對混凝土總堿量進行控制。

3.5 外加劑

外加劑采用成都雙利新型建材有限公司生產的SL-4緩凝高效減水劑、SL引氣劑，其試驗性能參數如下：

(1)SL-4緩凝減水劑：減水率18%，泌水率比52%，含氣量3.3%，凝結時間之差初凝+280 min，終凝+260 min；3 d、7 d、28 d抗壓強度比分別為136%、134%、130%。

(2)SL引氣劑：減水率7.9%，泌水率比55%，含氣量4.8%，凝結時間之差初凝+6 min，終凝-5 min；3 d、7 d、28 d抗壓強度比分別為96%、96%、96%。

3.6 拌和及養護用水

符合要求的飲用水。

4 碾壓混凝土配合比

4.1 碾壓混凝土設計技術指標[4]

根據昆明勘測設計研究院編制的圖紙及有關技術要求，南歐江五級水電站碾壓混凝土設計技術指標為：強度等級C18015W2F50，三級配；強度等級C18020W6F50，二級配。設計齡期及保證率均為180 d,P=80%，VC值均為20～12 s，坍落度均為40～60 mm。

4.2 碾壓混凝土拌和物性能

碾壓混凝土拌和物性能成果見表2。

表2 碾壓混凝土拌和物性能成果表

4.3 碾壓混凝土力學性能及耐久性性能試驗成果[5]

碾壓混凝土力學性能及耐久性性能試驗取得的抗壓強度、劈拉強度、彈性模量、干縮(濕脹)率、抗滲、抗凍等各項性能成果見表3。

由上述試驗結果得出以下結論：摻石灰巖粉和粉煤灰的碾壓混凝土各項性能均較好，摻石灰巖粉碾壓混凝土的各項性能可以滿足碾壓混凝土的設計指標要求，符合作為碾壓混凝土摻合料技術的可行性；但摻石灰巖粉的碾壓混凝土拌合物性能、力學性能、穩定性能、耐久性性能均略低于摻粉煤灰的碾壓混凝土性能，變態混凝土強度高于碾壓混凝土。

表3 碾壓混凝土力學性能及耐久性性能試驗成果表

4.4 碾壓混凝土配合比

在實際施工中使用的碾壓(變態)混凝土配合比見表4。

表4 碾壓(變態)混凝土配合比表

老撾南歐江流域發電公司《南歐江五級水電站石粉作為摻合料的混凝土配合比咨詢評審會會議紀要》(NamOu-MM-O-01(2014))的內容：經充分的試驗及技術論證，流域公司規劃的在南歐江五級水電站采用石灰巖粉作為混凝土摻合料是可行的。

5 實際效果及經濟效益分析

老撾南歐江五級水電站于2014年4月開始采用石灰巖粉做為碾壓混凝土摻合料，自施工以來，通過對試驗檢測、芯樣檢測、壩體安全運行及經濟效益等相關數據進行分析得知其結果達到預期效果。

膠材到貨成本分別為：水泥95美元/t、石灰石粉57美元/t、粉煤灰108美元/t，工程各部位合計碾壓混凝土量為21萬m3(碾壓混凝土級配比例為二級配∶三級配=25%∶75%)，在碾壓混凝土中摻合料分別使用石灰巖粉和粉煤灰時的經濟對比情況見表5。

表5 石灰巖粉與粉煤灰經濟對比表

從表5得知：碾壓混凝土中使用石灰巖粉做為摻合料比使用粉煤灰做為摻合料節約成本634 462美元。

6 結 語

在滿足設計要求、保障構筑物質量和安全的同時，將石灰巖粉作為碾壓混凝土摻合料的應用技術可行，對解決缺乏粉煤灰資源、降低工程造價及節能減排以及經濟效益和綠色環保具有重要的意義，所取得的經驗可在類似工程推廣應用。