釩鐵渣在七星水庫(kù)面板加固中的應(yīng)用

劉伍根

(上饒市水利科學(xué)研究所，江西 上饒334000)

摘要：釩鐵渣作為水泥基材料的摻和料，有明顯的補(bǔ)償收縮和提高抗裂性作用。單摻粉煤灰、復(fù)摻釩鐵渣和粉煤灰混凝土的壓拉強(qiáng)度比(抗壓強(qiáng)度/劈拉強(qiáng)度)均高于純水泥混凝土，尤其以復(fù)摻釩鐵渣和粉煤灰混凝土更優(yōu)。將其應(yīng)用于混凝土面板中，能夠抑制收縮，減少裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

關(guān)鍵詞：釩鐵渣；補(bǔ)償收縮；面板加固

中圖分類號(hào)：TV42+3

Application of Vanadium Iron Slag in Qixing Reservoir Panel

Reinforcement

LIU Wu-gen

(ShangraoHydraulicResearchInstitute,Shangrao334000,China)

Abstract：Vanadium iron slag, as admixture of cement-based materials, has prominent effects of shrinkage compensation and crack resistance improvement. Compression tensile strength ratio of single mixture of fly ash, mixture of vanadium iron slag and fly ash concrete (compressive strength/splitting tensile strength) is higher than pure cement concrete. Mixture of vanadium iron slag and fly ash concrete have better performance especially. It can be applied in concrete panel for inhibiting contraction, reducing fractures and improving the durability of concrete structures.

Keywords：vanadium iron slag; shrinkage compensation; panel reinforcement

1工程概述

七星水庫(kù)位于廣豐縣銅鈸山鎮(zhèn)境內(nèi)的信江上游豐溪河支流十五都港上游，距廣豐縣城約51km，地理位置為東經(jīng)118°20′、北緯28°10′。壩址以上控制流域面積219km2，水庫(kù)正常蓄水位339.50m，相應(yīng)庫(kù)容9528萬(wàn)m3，總庫(kù)容9993萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)灌溉面積1.49萬(wàn)hm2，電站裝機(jī)9600kW，是一座具有灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。

大壩采用防滲面板進(jìn)行壩身防滲，采用無(wú)砂混凝土排水管進(jìn)行壩身排水。防滲排水體系施工質(zhì)量存在嚴(yán)重的缺陷，從現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果看，大壩下游面有明顯的析鈣現(xiàn)象，多處壩塊表面濕潤(rùn)；左壩段廊道進(jìn)口上方存在集中滲漏點(diǎn)，漏水量較大，沿壩面汨汨流下。從觀測(cè)資料分析看，大壩存在滲漏通道，331.00m高程以上尤其嚴(yán)重，大壩壩身防滲體系不完善。

此次七星水庫(kù)大壩防滲面板加固主要是大壩上游面重新加設(shè)C25混凝土防滲面板，新建防滲面板緊貼現(xiàn)狀大壩上游壩面，上至壩頂，下至壩腳趾板。面板頂部厚度采用0.5m，底部最大厚為1.306m。新建混凝土面板的抗?jié)B等級(jí)設(shè)計(jì)指標(biāo)：死水位310.00m以下采用W8，死水位310.00m以上采用W6。

2混凝土面板裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

混凝土是一種由集料、水泥石、氣體、水分等組成的非均質(zhì)固體材料。裂縫是固體材料的某種不連續(xù)現(xiàn)象，從混凝土的結(jié)構(gòu)特征分析，可知混凝土的裂縫主要有三種：黏著裂縫、水泥漿裂縫、骨料裂縫。

在這三種裂縫中，前兩種較多，后一種出現(xiàn)的較少。混凝土的裂縫主要指黏著裂縫和水泥漿裂縫。裂縫的存在，對(duì)混凝土的基本性質(zhì)如彈塑性、徐變、各種強(qiáng)度、變形、泊松比、結(jié)構(gòu)剛度等都會(huì)產(chǎn)生重要影響。

導(dǎo)致大體積面板混凝土容易開(kāi)裂的原因有：?水化放熱大、體積變化大；?存在約束，無(wú)法自由收縮；?混凝土的抗拉強(qiáng)度低；?面板混凝土縱橫向尺寸相差較大，混凝土面板的縱向尺寸都比較大，一般都有上百米甚至幾百米，而橫向尺寸(即厚度)一般只有幾十厘米，這種比例的失調(diào)，使得混凝土面板縱橫向受力不一，使面板橫向容易開(kāi)裂。

3釩鐵渣對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

釩鐵渣是冶煉釩鐵的固體廢棄物。冶煉釩鐵時(shí)在電弧爐中用五氧化二釩、硅鐵、硅鋁鐵、石灰、鋼屑等原料，五氧化二釩與還原劑硅鐵、硅鋁鐵等反應(yīng)生成釩鐵，造渣劑石灰和SiO2和Al2O3結(jié)合形成釩鐵渣，渣分離經(jīng)貧渣罐而排出。釩鐵渣的主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3和MgO等，主要礦物組成為C2S，當(dāng)冷卻至500℃后，產(chǎn)生β-C2S向γ-C2S的晶型轉(zhuǎn)變。

為檢驗(yàn)釩鐵渣對(duì)混凝土力學(xué)性能是否存在影響，通過(guò)以下兩種試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

a.玻璃瓶實(shí)驗(yàn)。圖1為玻璃瓶試驗(yàn)情況，由該試驗(yàn)可以定性說(shuō)明釩鐵渣的補(bǔ)償收縮作用。與水泥凈漿相比，摻釩鐵渣的凈漿收縮更小，且釩鐵渣摻量越多，收縮越小。當(dāng)釩鐵渣摻量30%時(shí)，凈漿幾乎不收縮，即補(bǔ)償收縮效果最好。

圖1　玻璃瓶實(shí)驗(yàn)

圖2　混凝土試件收縮率

b.混凝土收縮實(shí)驗(yàn)。圖2為三組混凝土試件從成型至90d的收縮率?？梢钥闯?，雖然三組混凝土配合比基本相同，且隨著齡期的增長(zhǎng)收縮率有增大的趨勢(shì)，但釩鐵渣摻量越大，混凝土的收縮率越小。齡期60d時(shí)，1、2、3組混凝土試件的收縮率分別為285×10-6、185×10-6、103×10-6，復(fù)摻20%釩鐵渣和10%粉煤灰的混凝土收縮率比摻30%粉煤灰的混凝土減少35.1%，而摻30%釩鐵渣的混凝土收縮率比摻30%粉煤灰的混凝土減少63.9%；齡期90d時(shí)，1、2、3組混凝土試件的收縮率分別為334×10-6、243×10-6、165×10-6，復(fù)摻20%釩鐵渣和10%粉煤灰的混凝土收縮率比摻30%粉煤灰的混凝土減少27.2%，而摻30%釩鐵渣的混凝土收縮率比摻30%粉煤灰的混凝土減少50.6%。由于收縮是導(dǎo)致混凝土(尤其板狀形式的大體積混凝土結(jié)構(gòu))開(kāi)裂的主要原因，因此，摻入釩鐵渣對(duì)補(bǔ)償混凝土收縮、避免混凝土開(kāi)裂具有良好的作用。

前期研究表明[1]：利用冶煉釩鐵產(chǎn)生的固體廢棄物釩鐵渣作為摻合料，不僅具有一定的水化活性，還可以有效補(bǔ)償收縮，基本保持混凝土不收縮。因此，釩鐵渣有可能成為可以替代目前工程中常用的硫鋁酸鈣類膨脹劑，且性能更加優(yōu)異的摻合料。釩鐵渣可作為提高大表面積混凝土面板抗裂性的礦物摻合料。

4釩鐵渣在七星水庫(kù)面板中的應(yīng)用

4.1面板混凝土原材料及配合比

七星水庫(kù)面板混凝土(死水位以上)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25 ，抗?jié)B等級(jí)為W6，強(qiáng)度保證率不低于95%。采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比小于0.47，入倉(cāng)混凝土的坍落度為180～220mm。

根據(jù)該工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及試驗(yàn)成果，工程應(yīng)用的面板混凝土配合比見(jiàn)表1。

4.2摻釩鐵渣混凝土力學(xué)性能指標(biāo)

摻釩鐵渣混凝土物理力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表1　七星水庫(kù)面板混凝土配合比

表2　摻鋇鐵渣混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

注抗壓強(qiáng)度/劈拉強(qiáng)度在后文中簡(jiǎn)稱拉壓比。

摻釩鐵渣面板混凝土芯樣力學(xué)性能見(jiàn)表3。

表3　摻釩鐵渣混凝土芯樣現(xiàn)場(chǎng)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4.3試驗(yàn)結(jié)果分析

a.摻釩鐵渣混凝土的基本性能。由表1、表2及表3可知，摻釩鐵渣混凝土與基準(zhǔn)混凝土的拌和物工作性能、硬化后混凝土的強(qiáng)度及抗?jié)B性能均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但摻釩鐵渣混凝土的膠凝材料用量比基準(zhǔn)混凝土(粉煤灰)少60kg/m3，水泥用量少114 kg/m3。

b.摻釩鐵渣混凝土的抗裂性能。由表2可知，摻釩鐵渣混凝土和基準(zhǔn)混凝土的劈拉強(qiáng)度均隨著齡期的增長(zhǎng)不斷增大；摻釩鐵渣混凝土的壓拉比也隨著齡期的增長(zhǎng)不斷減小，但基準(zhǔn)混凝土的壓拉比呈現(xiàn)隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸增大的趨勢(shì)；相同齡期摻釩鐵渣混凝土的劈拉強(qiáng)度明顯高于基準(zhǔn)混凝土，壓拉比明顯小于基準(zhǔn)混凝土。由此可見(jiàn)釩鐵渣在混凝土中起到了補(bǔ)償收縮的作用，大大提高了混凝土的抗裂性能。

5經(jīng)驗(yàn)和建議

a.釩鐵渣作為水泥基材料的摻合料，有明顯的補(bǔ)償收縮和提高抗裂性作用，尤其以復(fù)摻釩鐵渣和粉煤灰混凝土更優(yōu)。將其應(yīng)用于混凝土面板中，能夠抑制收縮，減少裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

b.目前釩鐵渣的主要處置方式為堆積或填埋，已成為造成環(huán)境污染的固體廢棄物。尋求釩鐵渣在水泥基材料中的應(yīng)用，探索其改善水泥基材料性能的途徑和機(jī)理，對(duì)于節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

c.在工程應(yīng)用試驗(yàn)中，因現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，未對(duì)釩鐵渣混凝土面板進(jìn)行水化熱、變形及裂紋情況等混凝土參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有點(diǎn)單一，同時(shí)還需對(duì)面板試驗(yàn)段進(jìn)行長(zhǎng)期的觀測(cè)，為釩鐵渣混凝土在其他工程的應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)

胡喬思. 釩鐵渣摻合料物理力學(xué)性能及其對(duì)混凝土補(bǔ)償收縮研究[D]. 南昌:南昌大學(xué)， 2012.

世界首臺(tái)最高電壓等級(jí)最大容量立體卷鐵心變壓器研制成功

2015年2月15日，世界首臺(tái)最高電壓等級(jí)、最大容量的40000千伏安、110千伏三相有載調(diào)壓立體卷鐵心電力變壓器一次試驗(yàn)成功，產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該產(chǎn)品的成功研制，實(shí)現(xiàn)了立體卷鐵心技術(shù)在110千伏電力變壓器領(lǐng)域應(yīng)用的再一次突破。

據(jù)了解，立體卷鐵心是一種新型的變壓器鐵心，采用三相對(duì)稱立體式結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的疊鐵心式變壓器相比，立體卷鐵心變壓器磁路中無(wú)空氣隙，卷繞更緊密，無(wú)廢料加工，材料利用率接近100%，可節(jié)省硅鋼片量25%~30%、銅用量5%~8%，可減少5~6道工序，全面提高了生產(chǎn)效率,節(jié)約了原材料。此外，立體卷鐵心結(jié)構(gòu)不僅大幅度降低了空載損耗，還具有很強(qiáng)的抗短路能力，且運(yùn)行噪音低于45分貝。

由于具有顯著的節(jié)能、節(jié)材、低耗、噪聲小、體積小等優(yōu)點(diǎn)，立體卷鐵心變壓器迅速引領(lǐng)了世界節(jié)能變壓器的發(fā)展方向，也成為當(dāng)前電力工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。

限于技術(shù)原因，目前立體卷鐵心變壓器主要應(yīng)用于配電變壓器領(lǐng)域，電壓等級(jí)在35千伏及以下。特變電工衡變公司通過(guò)消化、吸收再創(chuàng)新，對(duì)110千伏立體卷鐵心變壓器關(guān)鍵技術(shù)和制造工藝進(jìn)行攻關(guān)，掌握了立體卷鐵心變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、電磁分析與損耗控制技術(shù)、抗短路技術(shù)和產(chǎn)品制造核心工藝，實(shí)現(xiàn)了立體卷鐵心技術(shù)在110千伏電力變壓器領(lǐng)域應(yīng)用的再一次突破。

該產(chǎn)品的成功研制，大幅度降低了變壓器的損耗，有利于減少用于發(fā)電的燃料消耗。該產(chǎn)品的推廣應(yīng)用將為國(guó)家節(jié)省大量能源，有效降低用戶運(yùn)行成本，同時(shí)減少污染氣體的排放，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益非常顯著。該產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)還將提升我國(guó)在節(jié)能變壓器領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，有利于我國(guó)搶占世界節(jié)能輸變電領(lǐng)域技術(shù)制高點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展和推進(jìn)“兩型社會(huì)”建設(shè)起到至關(guān)重要的作用。

來(lái)源：天山網(wǎng)2015年02月25 日

http://news.ts.cn/content/2015-02/17/content_11032775.htm