CN100999394A - 水电工程用混凝土掺合料及应用 - Google Patents

水电工程用混凝土掺合料及应用 Download PDF

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Abstract

本发明是一种水电工程用混凝土掺合料及其应用。该掺合料由磨细矿渣粉和磨细石灰石粉混合而成,磨细矿渣粉与石灰石粉的混合比例为4∶6~7∶3。可根据工程设计要求调整掺合料中石灰石粉的比例,得到不同活性的混凝土掺合料,以30%~70%的掺量使用,不增加混凝土用水量,并能降低混凝土干缩。铁(锰铁)矿渣来源于具有潜在活性的钢铁等冶炼工业废渣,来源丰富,有利于环境保护和变废为宝;石灰岩在我国储量丰富,分布广泛,石灰石粉易于粉磨加工,能耗低;采用本发明,水电工程建设中可充分利用当地地域情况生产掺合料,可以减少长距离的粉煤灰运输,经济实惠,减少由于粉煤灰供应及运输所带来的不利影响。因此本发明所述的掺合料在我国具有良好推广应用价值。

Description

水电工程用混凝土掺合料及应用
技术领域
本发明涉及混凝土掺合料,尤其是一种能代替粉煤灰用作水电工程用混凝土的掺合料及应用。
背景技术
自1986年我国建成第一座碾压混凝土大坝以来,碾压混凝土筑坝技术在我国便获得迅速发展和推广应用。到目前为止,我国已建成碾压混凝土坝40余座,十余座在建。碾压混凝土筑坝技术的特殊施工工艺决定了大坝碾压混凝土可以采用低水泥用量、高掺合料掺量的配合比。已建成的碾压混凝土大坝中,除了大朝山水电站碾压混凝土坝使用了PT掺合料外(由磨细磷渣和磨细凝灰岩粉以等比例混合而成),其他碾压混凝土大坝均采用了低水泥用量、高掺粉煤灰方案。但有时粉煤灰资源非常匮乏,工程所用粉煤灰需要从外地调运,长距离运输不仅费用昂贵,而且还可能有因道路临时阻断而影响施工进度的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土掺合料,不增加混凝土用水量,并能降低混凝土干缩,减少由于粉煤灰供应及运输所带来的不利因素,经济实惠,并且各项指标均符合国家标准。
本发明的技术方案是:由磨细石灰石粉和磨细矿渣粉混合而成,其中石灰石粉与磨细矿渣粉的混合比例范围为4∶6~7∶3(以质量计);石灰石粉由可用作大坝混凝土骨料的石灰岩粉磨而成,石灰石粉的细度应满足“全部通过0.16mm筛,0.080mm筛余不大于12%”的要求;磨细矿渣粉由的冶炼工业废渣(包括粒化高炉矿渣、钢渣、电炉粒化磷渣等)粉磨而成,磨细矿渣粉的勃氏法比表面积不小于300m2/kg。
掺合料外观为类似水泥的灰白色粉状物。在水泥胶砂流动度试验中,以20%~70%掺量(以质量计)替代水泥,胶砂流动度不降低,或保持胶砂流动度不变,在20%~70%掺量条件下的需水量比小于100%。掺合料可以代替粉煤灰用作大坝碾压混凝土的掺合料,掺量以胶凝材料用量计为40%~70%,也可以用作大坝、厂房等工程常态混凝土的掺合料,掺量以胶凝材料用量计为30%~40%。可根据工程设计要求调整掺合料中石灰石粉的比例,得到不同活性的混凝土掺合料,以30%~70%的掺量使用,不增加混凝土用水量,并能降低混凝土干缩。铁(锰铁)矿渣来源于具有潜在活性的钢铁等冶炼工业废渣,来源丰富,有利于环境保护和变废为宝;石灰岩在我国储量丰富,分布广泛,石灰石粉易于粉磨加工,能耗低;采用本发明,水电工程建设中可充分利用当地地域情况生产掺合料,可以减少长距离的粉煤灰运输,经济实惠,减少由于粉煤灰供应及运输所带来的不利影响。因此本发明所述的掺合料在我国具有良好推广应用价值。
具体实施方式
实施例1:磨细矿渣粉为电炉粒化磷渣,将磨细石灰石粉和磨细矿渣粉按7∶3的比例混合(质量比)后得掺合料。
应用:将掺合料以一定量拌和在大坝碾压混凝土或大坝常态混凝土中,在大坝碾压混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的70%,在大坝常态混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的30%。拌制的混凝土能满足碾压混凝土大坝对混凝土掺合料的有关技术要求,也能满足水电工程用大多数混凝土(含大坝及厂房等工程用常态混凝土)对混凝土掺合料的有关技术要求。
实施例2:磨细矿渣粉为钢渣,将磨细石灰石粉和磨细矿渣粉按4∶6的比例混合(质量比)后得掺合料。
应用:将掺合料以一定量拌和在大坝碾压混凝土或大坝常态混凝土中,在大坝碾压混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的40%,在大坝常态混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的40%。拌制的混凝土能满足碾压混凝土大坝对混凝土掺合料的有关技术要求,也能满足水电工程用大多数混凝土(含大坝及厂房等工程用常态混凝土)对混凝土掺合料的有关技术要求。
实施例3:磨细矿渣粉为水淬锰铁矿渣,将磨细石灰石粉和磨细矿渣粉按5∶5的比例混合(质量比)后得掺合料。
应用:将掺合料以一定量拌和在大坝碾压混凝土或大坝常态混凝土中,在大坝碾压混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的60%,在大坝常态混凝土中,掺合料用量为混凝土胶凝材料总量的30%。拌制的混凝土能满足碾压混凝土大坝对混凝土掺合料的有关技术要求,也能满足水电工程用大多数混凝土(含大坝及厂房等工程用常态混凝土)对混凝土掺合料的有关技术要求。
以上所述的石灰石粉由可用作大坝混凝土骨料的石灰岩粉磨而成,石灰石粉的细度应满足“全部通过0.16mm筛,0.080mm筛余不大于12%”的要求;磨细矿渣粉的勃氏法比表面积不小于300m2/kg。
工程应用实例:1.所用的混凝土原材料为:水泥:42.5级中热硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥;掺合料:本发明的掺合料(实施例1-3);骨料:(1)景洪市澜沧江心滩砂砾料场天然砂砾料;(2)景洪水电站坝基开挖的闪长岩人工粗骨料和心滩砂砾料场的天然砂。
外加剂:(1)常态混凝土采用四川冶建特种材料有限公司的JG-3缓凝高效减水剂和浙江龙游五强混凝土外加剂有限责任公司的ZB-1G引气剂;(2)碾压混凝土采用江苏博特新材料有限公司的JM-II缓凝高效减水剂和浙江龙游五强混凝土外加剂有限责任公司的ZB-1G引气剂。
2.混凝土原材料性能:(1)水泥物理检测结果表明:中热、普硅水泥的比表面积、凝结时间、安定性分别满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》GB200-2003标准和《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999标准要求。
(2)水泥化学成分检测结果表明:中热、普硅水泥的碱含量、MgO、烧失量、SO3含量分别满足GB200-2003标准和GB175-1999标准要求。
(3)水泥强度等级检测方法采用ISO法(GB/T17671-1999)进行。水泥强度等级检测结果表明:普洱中热水泥强度等级满足GB200-2003国标要求,强度等级合格。普洱普硅水泥强度等级满足GB175-1999标准要求,强度等级合格。
(4)中热水泥水化热检测结果表明:中热水泥3天、7天龄期的水化热满足GB200-2003标准要求。
(5)缓凝高效减水剂、引气剂检测结果表明:满足国家对混凝土外加剂的技术要求。
(6)骨料检测结果表明:景洪心滩天然砂的坚固性为1%,满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对天然砂的要求(≤8%);心滩天然小石的坚固性为0%,满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对粗骨料的要求(≤5%)。骨料坚固性试验表明,骨料对混凝土的抗冻性能没有不良影响。
(7)按照国家《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2000标准对上述两种掺合料分别开展了物理性能检测。检测结果(见表1)表明,细度、密度、比表面积、含水率均满足GB/T18046-2000标准的要求。
(8)掺合料化学成分检测结果表明:水淬铁矿渣CaO、SiO2、Al2O3的含量占总量的92.66%,碱含量0.54%,MgO含量1.47%,MnO含量1.48%,TiO2含量1.49%,烧失量-0.62%,SO3含量0.03%。两种铁矿渣的烧失量和SO3含量均满足GB/T18046-2000标准要求。根据《用于水泥中的粒化高炉矿渣》GB/T203-94标准计算其质量系数为1.37。[质量系数=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)]。石灰岩粉的烧失量为42.11%,石灰岩粉主要成分为CaO,石灰岩粉中CaO含量为53.77%。掺合料化学成分检测结果如表2所示。
(9)两种水淬铁矿渣的活性指数(即抗压强度比)检测结果表明:两种水淬铁矿渣的7天、28天活性指数(即抗压强度比)均达到GB/T18046-2000对S75的要求。
(10)以下是本发明的掺合料的性能实验数据:表1  掺合料物理性能
表2  掺合料的化学成分检测结果(%)
3.混凝土的配合比:如以下表1和表2所示。
表1  景洪水电站工程碾压混凝土配合比
表2  景洪水电站工程常态混凝土配合比
4.掺合料的水泥净浆物理性能、安定性和水泥胶砂强度试验:掺合料的水泥净浆物理性能、水泥压蒸安定性和水泥胶砂强度检测试验成果分别见表3、表4和表5。其中,掺合料的水泥净浆物理性能参照国家关于混凝土掺合料的技术要求检测,掺合料的水泥压蒸安定性指标按照《水泥压蒸安定性试验方法》GB/T750-92检测,掺合料的水泥胶砂强度按照国家关于混凝土掺合料的技术要求检测。检测结果表明,水淬铁矿渣和石灰岩粉双掺料(混掺比例为5∶5)、水淬锰铁矿渣和石灰岩粉双掺料(混掺比例为5∶5)的水泥净浆物理性能、水泥压蒸安定性和水泥胶砂强度均符合国家相关技术标准。
表3  掺合料的水泥净浆物理性能检测结果
表4  掺合料的水泥压蒸安定性检测结果
5.掺合料混凝土性能试验方案:(1)混凝土配合比设计指标:C9015,W6,F50,三级配(Dmax=80mm),碾压混凝土(试验做到180天龄期,抗冻试验做到F100)(坝体内部大体积混凝土);C9020,W8,F100,二级配(Dmax=40mm),碾压混凝土(试验做到180天龄期)(上游侧迎水面混凝土);C9020,W8,F100,三级配(Dmax=80mm),常态混凝土(坝项、上游迎水面混凝土、底板、厂房内部大体积混凝土、齿槽混凝土);C2820,W6,F100,二级配(Dmax=40mm),常态混凝土(坝顶混凝土、尾水闸墩及尾水管边周边混凝土);C2825,W8,F100,二级配(Dmax=40mm),常态混凝土(厂房板梁柱结构混凝土)。
(2)混凝土强度保证率P及离差系数Cv值:C9015:采用P≥80%,Cv=0.2;C9020:采用P≥85%,Cv=0.18;C2820:采用P≥95%,Cv=0.12;C2825:采用P≥95%,Cv=0.12。
(3)混凝土配制强度:C9015:R配=R标/(1-t·Cv)=18.0MPa;C9020:R配=R标/(1-t·Cv)=24.6MPa;
C2820:R配=R标/(1-t·Cv)=24.9MPa;C2825:R配=R标/(1-t·Cv)=31.2MPa。
(4)常态混凝土坍落度:4.0cm~6.0cm。
(5)碾压混凝土工作度(Vc值):3s~15s。
(6)混凝土湿筛含气量:(4.0±0.5)%。
6.掺合料碾压混凝土的试验结果本发明的双掺合料碾压混凝土抗压强度、劈拉强度、轴拉强度、极限拉伸值、弹模、干缩、抗冻、抗渗、线膨胀系数、比热、导热系数、绝热温升、自生体积变形等试验结果均满足设计要求。各项性能试验结果表明,本发明的掺合料碾压混凝土的各项性能与采用粉煤灰作为掺合料的混凝土相近。本发明的掺合料碾压混凝土的各项性能试验检测结果分别如表5至表16所示。
表5  掺合料碾压混凝土抗压强度试验结果
表6  掺合料碾压混凝土劈拉强度试验结果
表7  掺合料碾压混凝土轴拉强度和极限拉伸值试验结果
表8  掺合料碾压混凝土的拉压比试验结果
表9  掺合料碾压混凝土的弹模试验结果
表10  掺合料碾压混凝土的干缩试验结果
表11  掺合料碾压混凝土的抗冻性能试验结果
表12  掺合料碾压混凝土的抗渗性能试验结果
表13  掺合料碾压混凝土的线膨胀系数试验结果
表14  掺合料碾压混凝土的比热、导热系数试验结果
表15  掺合料碾压混凝土的绝热温升试验结果
表16  掺合料碾压混凝土的自生体积变形试验结果
表17  掺合料常态混凝土的抗压强度试验结果
表18  掺合料常态混凝土的劈拉强度试验结果
表19  掺合料常态混凝土的轴拉强度和极限拉伸值试验结果
表20  掺合料常态混凝土的拉压比试验结果
表21  掺合料常态混凝土的弹模试验结果
表22  掺合料常态混凝土的干缩试验结果
表23  掺合料常态混凝土的抗冻性能试验结果
表24  掺合料常态混凝土的抗渗性能试验结果
表25  掺合料常态混凝土的线膨胀系数试验结果
表26  掺合料常态混凝土的比热、导热系数试验结果
表26  掺合料常态混凝土的绝热温升试验结果
表27  掺合料常态混凝土的自生体积变形试验结果

Claims (5)

1.一种水电工程用混凝土掺合料,其特征在于该掺合料由磨细矿渣粉和磨细石灰石粉混合而成,磨细矿渣粉与石灰石粉的混合比例为4∶6~7∶3。
2.根据权利要求1所述的水电工程用混凝土掺合料,其特征在于石灰石粉由可用作水电工程大坝混凝土骨料的石灰岩粉磨而成。
3.根据权利要求1所述的水电工程用混凝土掺合料,其特征在于磨细矿渣粉由冶炼工业废渣粉磨而成,包括粒化高炉矿渣、钢渣、电炉粒化磷渣等中的一种或几种。
4.权利要求1所述的水电工程用混凝土掺合料应用,其特征在于所述的掺合料可以代替粉煤灰用作大坝碾压混凝土的掺合料,掺合料的用量为碾压混凝土胶凝材料总量的40%~70%。
5.权利要求1所述的水电工程用混凝土掺合料应用,其特征在于所述掺合料可以代替粉煤灰用作大坝常态混凝土的掺合料,掺合料的用量为常态混凝土胶凝材料总量的30%~40%。
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