劉　豫

摘 要：石粉作為一種摻合料在水工碾壓混凝土中大量添加，在國內(nèi)工程中尚不多見。通過試驗(yàn)結(jié)果，石粉代替粉煤灰作為摻合料，其摻加量可達(dá)膠凝材料總量的30%。經(jīng)過各項(xiàng)指標(biāo)分析表明，石粉代替粉煤灰作為摻合料在水工碾壓混凝土中方案可行、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，對簡化碾壓混凝土施工溫控措施，增強(qiáng)碾壓混凝土的可碾性，起到很好的作用。

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于石粉基本屬惰性材料，采用摻石粉代替粉煤灰，它的微集料效應(yīng)和自身的密度對早期強(qiáng)度的影響接近粉煤灰，但對砼后期強(qiáng)度發(fā)展無顯著貢獻(xiàn)。當(dāng)水灰比0.6、粉煤灰和石粉摻量分別30%時(shí)，極限拉伸和絕熱溫升值可同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：石粉；粉煤灰；摻合料；水工碾壓混凝土

1 引言

在水工混凝土應(yīng)用的材料中，目前主要使用的摻合料有活性和非活性摻合料兩種。其中活性摻和料以及石英巖、石灰石、砂巖、黏土以及不符合技術(shù)要求的?；郀t礦渣和火山灰質(zhì)材料已有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，而石粉作為一種摻合料在水工碾壓混凝土中大量添加，在國內(nèi)工程中尚不多見。我們通過試驗(yàn)結(jié)果，石粉代替粉煤灰作為摻合料，其摻加量可達(dá)膠凝材料總量的30%。經(jīng)過各項(xiàng)指標(biāo)分析表明，石粉代替粉煤灰作為摻合料在水工碾壓混凝土中方案可行、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，對簡化碾壓混凝土施工溫控措施，增強(qiáng)碾壓混凝土的可碾性，起到很好的作用。

非活性摻合料作為水工混凝土的填充料，可增加混凝土中0.08mm以下的細(xì)顆粒的含量，以改善混凝土的和易性和可碾性，對其品質(zhì)要求，主要是材料的細(xì)度以及不得含有對水泥和混凝土有害的成分。在《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL.T5112-2000)中，5.4.9條規(guī)定，“人工砂的石粉(d≤0.16mm的顆粒)含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。”而對石粉作為摻合料未作規(guī)定。

筆者現(xiàn)在非洲加納共和國的布維水電站從事施工技術(shù)工作，該工程為一個(gè)EPC項(xiàng)目，由于非洲經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，其工業(yè)很落后，且存在自然資源和原材料嚴(yán)重短缺的問題。中國水電建設(shè)集團(tuán)承建的布維水電站總裝機(jī)容量400MW，由最大壩高108m的RCC碾壓混凝土大壩，引水發(fā)電系統(tǒng)，兩座堆石副壩等水工建筑物組成。其中碾壓混凝土92萬方，常態(tài)混凝土28萬方。在壩址附近選定砂巖作為骨料。

工程開工前，經(jīng)過大量的市場調(diào)查，初步選定其國家生產(chǎn)硅酸鹽GHACEM42.5Mpa水泥、山東日照粉煤灰、石家莊育才廠緩凝高效減水劑、水電八局生產(chǎn)的引氣劑為主進(jìn)行常態(tài)和碾壓砼配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)。由于所用的水泥熟料從他國進(jìn)口，煤灰需從中國進(jìn)口，膠凝材料到工地的價(jià)格均比較高，故在召開幾次專家會(huì)議后，專家們提出了用石粉代粉煤灰的方案。

水泥檢驗(yàn)結(jié)果表明，GHACEM42.5Mpa水泥屬低堿水泥，其早期強(qiáng)度發(fā)展快、水化熱高、溫升快。堿含量約為0.4%，7d水化熱值294J/g，最高溫升17.3℃，歷時(shí)13.6h。

試驗(yàn)用粉煤灰為山東日照粉煤灰廠粉煤灰，粉煤灰的品質(zhì)檢驗(yàn)達(dá)到中國Ⅰ級灰標(biāo)準(zhǔn)通。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，碾壓混凝土技術(shù)要求見表1。

下面以布維水電站工程試驗(yàn)成果為例闡述石粉代灰的可行性。

2 石粉代替部分粉煤灰的可行性試驗(yàn)

2.1 石粉的品質(zhì)檢測試驗(yàn)

首先，試驗(yàn)重點(diǎn)安排開展了石粉品質(zhì)試驗(yàn)檢測，以研究應(yīng)用石粉的實(shí)施技術(shù)方案。

石粉由與骨料同一來源的砂巖料場取料后采用收塵器從砂石加工系統(tǒng)通過風(fēng)選獲得，石粉粒徑控制在0.08mm以內(nèi)，試驗(yàn)同時(shí)也對棒磨機(jī)制砂時(shí)收集的石粉進(jìn)行了化學(xué)成分分析和物理試驗(yàn)。石粉各項(xiàng)檢測結(jié)果見表2、表3。

2.2 摻石粉對混凝土強(qiáng)度的影響

通過以石粉和粉煤灰摻量30%對膠砂強(qiáng)度的影響對比試驗(yàn)，得出7天膠砂強(qiáng)度比摻粉煤灰時(shí)為73.9%，摻石粉時(shí)為72%左右。

另一方面，根據(jù)得出的抗壓強(qiáng)度結(jié)果整理分析：當(dāng)水灰比為0.65、粉煤灰和石粉各摻30%時(shí)，碾壓混凝土7d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為0.59，90d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為1.44，不摻石粉時(shí)90d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為1.63；當(dāng)水灰比為0.6、粉煤灰和石粉各摻30%時(shí)，碾壓混凝土7d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為0.7，90d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為1.43，不摻石粉時(shí)90d強(qiáng)度齡期發(fā)展系數(shù)為1.57。結(jié)果表明，采用石粉代替部分粉煤灰的砼后期強(qiáng)度增長相對較少，全摻石粉砼90天強(qiáng)度發(fā)展甚微，這充分表明，石粉為惰性混合材，對砼后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小，但充分磨細(xì)的石粉，由于它的微集料填充效應(yīng)，對砼的早期強(qiáng)度影響接近粉煤灰，因此，施工中對摻石粉的砼，應(yīng)主要以28天強(qiáng)度進(jìn)行控制。

2.3 石粉對骨料堿活性及抑制試驗(yàn)的結(jié)果

在歐洲、北美等地，水工混凝土建筑物由于堿骨料反應(yīng)而破壞的實(shí)例較多，近年來大中型工程設(shè)計(jì)和施工中越來越重視這個(gè)問題。

在砂石骨料品質(zhì)檢驗(yàn)中，水電八局科研設(shè)計(jì)院按《砂、石堿活性快速試驗(yàn)方法》(CECS48：93)進(jìn)行了堿活性判定檢驗(yàn)，結(jié)果表明骨料料場存在堿活性。為研究摻合料對堿骨料反應(yīng)的抑制作用，又進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。

表4中序號1為不摻混合材的試驗(yàn)結(jié)果，其14天試件伸長率分別達(dá)0.382和0.308，遠(yuǎn)大于0.1的判定標(biāo)準(zhǔn)，表明料場骨料確存在堿活性。

同時(shí)通過表4試驗(yàn)結(jié)果表明，凡摻有粉煤灰的試驗(yàn)組其14天或21d試件伸長率均小于0.1%，達(dá)到堿活性抑制作用，而單摻石粉在30%以內(nèi)沒有表現(xiàn)出抑制作用，單摻石粉50%時(shí)，一組結(jié)果顯示沒有抑制作用，一組結(jié)果顯示有抑制作用，結(jié)果不一致，但從變化趨勢來看，單摻石粉14天試件伸長率隨石粉摻量的增加而減小。

2.4 摻加石粉對碾壓混凝土力學(xué)及變形性能

根據(jù)工程要求，碾壓砼試驗(yàn)考慮到不同混合材摻量及石粉不同代灰比例的情況，試驗(yàn)配合比列于表5。

由于碾壓砼大量摻用石粉可參考的資料不多，為盡早掌握石粉代灰的碾壓砼性能，試驗(yàn)主要依據(jù)7天強(qiáng)度初步選擇試驗(yàn)配合比，進(jìn)行碾壓砼性能試驗(yàn)，28天強(qiáng)度結(jié)果得出后，又進(jìn)行了配合比適當(dāng)調(diào)整。

碾壓砼性能試驗(yàn)中，減水劑摻量為0.8%，引氣劑按砼含氣量3～5%控制摻量，碾壓砼力學(xué)及變形性能試驗(yàn)成果見表6、表7。

由已獲得的試驗(yàn)結(jié)果來看，不同混合材摻量及不同石粉代灰量的砼強(qiáng)度及極限拉伸值均可滿足設(shè)計(jì)要求，90天極限拉伸值達(dá)0.71×10-4，沒有富裕量。同時(shí)從試驗(yàn)結(jié)果分析，粉煤灰和石粉摻量各占摻合量的50%時(shí)混凝土性能較佳，增加石粉摻量不利于砼性能發(fā)展。

2.5摻加石粉對碾壓混凝土絕熱溫升的影響

針對甘再工程條件及所選原材料的特點(diǎn)，水電八局科研設(shè)計(jì)院對碾壓混凝土熱學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和早期得出的砼有關(guān)性能結(jié)果初選試驗(yàn)配合比進(jìn)行試驗(yàn)。

按表8配合比進(jìn)行的混凝土絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果列于表9。

從試驗(yàn)結(jié)果來看，水膠比0.6、煤灰與石粉摻量分別為30%的砼28天絕熱溫升僅13.8℃，滿足設(shè)計(jì)要求的16℃以下，同時(shí)，該配合比砼的其它力學(xué)及變形性能也都滿足設(shè)計(jì)要求。

3 石粉代替粉煤灰的經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)在《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL.T5112-2000)中，6.0.4條規(guī)定，“大體積永久建筑物碾壓混凝土的膠凝材料不宜低于130Kg/m3?！钡珡谋?～表9中的成果分析，摻加石粉后，水泥和煤灰的總量可控制在107Kg/m3左右，水泥、煤灰和石粉的總量在153Kg/m3左右，可見水泥和總膠材的用量也控制在國內(nèi)類似工程的水平，對比國內(nèi)已建或在建碾壓混凝土工程來看，水泥和煤灰的總用量大大降低。

根據(jù)我們的經(jīng)濟(jì)分析，如果從中國運(yùn)輸粉煤灰至工地，每噸粉煤灰價(jià)格約180美元左右，而每噸石粉生產(chǎn)成本折合人民幣約175元左右，相對于使用煤灰的成本折合人民幣至少降低約1058元左右(按人民幣兌美元匯率6.85：1計(jì)算)。

通過粗略估算，在國內(nèi)的大中型碾壓混凝土工程中如使用石粉代煤灰，其經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。

4 石粉的生產(chǎn)和添加工藝

石粉生產(chǎn)車間可建在砂石生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)，利用多余生產(chǎn)的砂采用收塵器收集后通過風(fēng)選獲得，小于0.08mm的顆粒含量大于80%，小時(shí)生產(chǎn)率約10～12t。生產(chǎn)后采用散裝水泥運(yùn)輸車送入拌和樓內(nèi)的儲(chǔ)罐，再經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入拌和樓。但在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中，應(yīng)當(dāng)注意防潮，并采取措施以防止石粉板結(jié)。

5結(jié)語

根據(jù)綜合經(jīng)濟(jì)分析和試驗(yàn)結(jié)果，采用石粉代灰有以下特點(diǎn)：

(1)由于石粉基本屬惰性材料，采用摻石粉代替粉煤灰，對砼后期強(qiáng)度發(fā)展無顯著貢獻(xiàn)，但由于它的微集料效應(yīng)和自身的密度對早期強(qiáng)度的影響接近粉煤灰。

(2)當(dāng)水灰比0.6、粉煤灰和石粉摻量分別占膠材總量的30%時(shí)，極限拉伸和絕熱溫升值可同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，但極限拉伸值富裕量小。

(3)可以大量降低水泥、煤灰的用量，對混凝土溫控有利，特別是高溫條件下的施工，從而可簡化溫控措施，在溫控方面滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，也可節(jié)約成本。

(4)當(dāng)石粉摻量達(dá)到一定值時(shí)，對抑制堿-骨料反應(yīng)有明顯的效果。

(5)增加混凝土中0.08mm以下顆粒含量，從而可增強(qiáng)混凝土和易性和可碾性。

(6)生產(chǎn)和添加工藝簡單。

綜上所述，在水工碾壓混凝土中用石粉代灰的方案可行，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，在大中型水電工程中可進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)并推廣。