绿色高性能混凝土在五彩湾事故备用水池中的应用

尤子睿 翟 超 焦 阳

（新疆昌源水务集团有限公司准东供水有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000）

水泥工业是我国国民经济发展的重要基础性产业，数据分析表明，水泥工业的发展速度和国民经济发展速度密切相关，在我国国内生产总值发展速度较快的时期往往也是水泥产量增长较快的时期，见如下图1图2。

图1 我国不同时期水泥产量和GDP的关系

图2 我国1978～2007年水泥产量

据初步统计，我国2007年水泥产量达到1316亿t[1]，同比1978年增长了近21倍，从1978～2007年，我国水泥产量年均发展速度达到11%见图1。

我国水泥工业的快速发展主要得益于我国经济的快速发展，同时又对我国经济保持快速发展提供了重要的物质基础支持。2011年我国水泥总产量达到20.6亿吨，约占全球总产量的60%，每生产1吨水泥熟料，约排放1吨CO2，生产水泥排放的CO2占国内CO2排放量的10%，20.6亿吨的CO2排放到大气当中，后果可想而知。

1 绿色高性能混凝土的“绿色”从何而来

当前国际水泥工业的发展趋势是以“节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，走可持续发展的道路”。从水泥行业理解，这将是今后努力的方向。由于水泥产量的基数大，生产需要的能源，以及生产过程中产生的污染，依然很大。在本质上要想改善目前的状况，可以考虑控制水泥的产量，众所周知，水泥工业是为混凝土工程服务的，绿色高性能混凝土能够在保证设计要求的情况下，通过使用高效减水剂和高性能减水剂，达到要求坍落度情况下，减少用水量，水胶比不变时，减少水泥的用量；通过加入超细矿物掺合料等量代替水泥，从而减少水泥用量，又大量利用工业废料，节约更多的资源、能源，将对环境的破坏降到最小，这不仅为混凝土和建筑工程的继续健康发展，更是人类的生存和发展所必需，是大有可为的[2]。

2 超细矿物掺合料的定义和分类

超细掺合料是指在混凝土（或砂浆）搅拌前或搅拌中加入的、具有一定细度和活性的用于改善新拌混凝土性能的某些矿物类产品。

掺合料按其性质可以分为两类，即活性掺合料和非活性掺合料。目前使用的超细矿物掺合料绝大多数是具有一定活性的固体工业废渣，如粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、磨细石灰石等。新疆农业大学孙兆雄教授研究发现，以乌鲁木齐为例，乌鲁木齐是水泥、钢铁、热电生产的工业城市。宝钢集团八一钢铁公司2007年将计划生产340万吨钢铁，同时排出100万吨高炉粒化矿渣 （往年八钢每年排出高炉粒化矿渣30万吨～40万吨）；三年后，钢铁生产每年达800万吨时，每年将排出高炉粒化矿渣220万吨，同时还有200万吨钢渣排出；乌市四个热电厂（红雁池一电、二电、苇电和石化热电厂）平均每年排出粉煤灰70～80万吨；还有新疆锂盐厂每年也排出数万吨锂渣。近几年乌市地区的矿渣每年利用在15万吨左右，粉煤灰20万吨。这些数据说明，乌市既是工业发达区，也是环境污染重点区，既有水泥工业生产CO2等废气对大气的污染，也存在着工业固体废渣对环境的二次污染。无疑，要想减少乌昌地区水泥生产、节约资源和能耗，充分利用工业废渣和防治废渣对环境的污染，大力推广应用高性能混凝土具有很大作用和意义，另外，也说明乌市具有大力推广应用高性能混凝土的超细掺和料的充足资源条件。以水泥用量1吨的混凝土为例，掺合料掺量50%，可减少水泥用量50%，减少水泥生产过程产生的污染、能耗，即减少了半吨的CO2排放量，还能收集工业废料，降低了废料对环境的危害。不仅满足国民经济的发展，又朝着节能、降耗、环保、可持续的发展方向前进。

3 绿色高性能混凝土在五彩湾事故备用水池应用实例

3.1 工程概况

“500”东延供水工程是准东地区煤电、煤化工工业园区生产、生活及环境保护用水的长距离管道输水工程。

五彩湾事故备用水池为“500”东延供水工程的组成部分，水池的有效容积为180万m3，正常水位512.5m，坝轴线长2015.393m，最大坝高14m，坝顶宽度6m，坝顶高程515m，有效库容192万m3，最大水面面积27.8万m2，最小水面面积24.3万m2。承担五彩湾工业园区部分冬季供水。

该水池位于新疆昌吉州吉木萨尔县五彩湾镇东北28km，主要由挡水坝、水池进水口、供水兼放空及防洪建筑物组成。

五彩湾事故备用水池位于准噶尔凹陷带北缘台地上，利用天然冲洪沟四面填筑而成。主要建筑物有：挡水坝、进水建筑物、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：新疆屯河水泥厂生产的32.5R高抗硫硅酸盐水泥，对水泥的物理技术性能和化学成分的测定结果见下表。

密度（g/cm3）比表面积（m2/kg)标准稠度用水量(%)安定性硬结时间(h：min)抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)初凝 终凝 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：乌鲁木齐晨科粉煤灰开发有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，技术指标见下表。

3）砂：当地料场的天然骨料，技术指标见下表。

4）石子：当地料场的天然骨料，质地坚硬的砂砾石，技术指标见下表。

骨料品种（mm）表观密度（kg/m3）针片状含（%）饱和面干吸水率（%）含泥量（%）泥块含量（%）压碎值坚固性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：混凝土试验拌合用水是乌鲁木齐地下水。

6）外加剂：新疆余玉鑫蕊科技公司生产的引气减水剂JC-1。

7）配合比。

水胶比 砂率 粉煤灰掺量每立方米混凝土材料用量/kg 减水剂/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）抗压强度实验结果

抗压强度Mpa 3d 28d 0.39 19.7 29.5 0.36 26.7 35.1

4 结论

4.1 五彩湾事故备用水池建成至今，混凝土工程未发生强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 高性能混凝土中大掺量超细掺和料通常采用等量代替水泥的方式掺入，掺和料大多又是工业废渣，其成本主要是加工磨细和分选，价格远远低于水泥；高性能混凝土应用地和生产地距离超细掺和料来源地或加工地很近，运费很低。因此高性能混凝土在此工程的使用是一种比较经济的混凝土。

［1］国家统计局，编.中国统计摘要（2008）[M].北京：中国统计出版社，2008.

［2］吴中伟.绿色高性能混凝土：混凝土的发展方向[J].