新型TL掺合料在大坝碾压混凝土中的应用研究

叶 新，邓拥军，张 虹，董海英，武 玲

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650033；2.华能澜沧江水电股份有限公司，云南昆明650214)



新型TL掺合料在大坝碾压混凝土中的应用研究

叶 新1，邓拥军2，张 虹1，董海英1，武 玲1

(1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650033；2.华能澜沧江水电股份有限公司，云南昆明650214)

为充分利用当地资源，解决工程所在地区粉煤灰供应紧张的问题，考虑将铁矿渣粉(T)和石灰岩粉(L)作为碾压混凝土复合掺和料应用于水电工程建设中。首先对磨细铁矿渣和石灰岩粉的细度进行优选，然后对掺入TL掺合料的胶砂和碾压混凝土各项性能展开分析，并与掺铁矿渣(T)和粉煤灰(F)的碾压混凝土性能进行对比分析，结果表明新型TL掺合料满足掺和料的各项技术指标要求，应用于实际工程中可减少工程投资，而且有利于环境保护。

铁矿渣；石灰岩粉；掺合料；碾压混凝土；黄登水电站

黄登水电站位于云南省澜沧江上游河段上，为澜沧江上游古水至苗尾河段规划七个梯级中的第五个梯级。坝址距营盘镇公路里程约12 km，距兰坪县城约67 km，距昆明市约631 km。枢纽主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪放空建筑物、左岸地下引水发电系统等建筑物组成。

粉煤灰作为碾压混凝土掺合料的工程经验已较为成熟，然而黄登水电站所在地区粉煤灰供应紧张，其他电厂粉煤灰运距又较远，因此必须研究新型掺合料，以满足该工程碾压混凝土筑坝的需求，本项目对工程所在地区的云南德胜钢铁有限公司铁矿渣(T)和大格拉石料场石灰岩粉(L)作为大坝碾压混凝土复合掺合料进行了可行性研究[1- 2]。

1 掺合料细度优选

掺合料细度优选时，先将铁矿渣和石灰岩分别磨制成5个不同比表面积和细度的样品，铁矿渣粉样品比表面积在347 ～509 m2/kg之间，石灰岩粉样品细度在8.5%～17.6%之间。

(1)形貌分析。铁矿渣粉-T2的扫描电镜(SEM)照片见图1。通过图1可知，不同比表面积铁矿渣粉的样品颗粒形状基本相同，主要由不规则块状颗粒组成，只是所含颗粒粒径的大小有所不同，玻璃体含量为72%。

图1 铁矿渣粉-T2颗粒SEM照片(比表面积400～500 m2/kg)

(2)需水量比和活性指数。不同比表面积铁矿渣粉的需水量比在100.0%～100.8%之间，比表面积对铁矿渣需水量比的影响不大，不同细度石灰岩粉的需水量比在100.8%～102.4%之间，石灰岩粉的细度越小，需水量比越大。不同比表面积铁矿渣粉的28d龄期活性指数为57.5%～68.0%、90 d为75.1%～83.5%、180 d为81.9%～89.0%，铁矿渣粉比表面积越大，活性指数越高；不同细度石灰岩粉的28 d龄期活性指数为33.0%～34.4%、90 d为34.0%～35.2%、180 d为34.3%～36.8%，石灰岩粉细度越小，活性指数越高。

根据试验结果，铁矿渣粉比表面积按380～450 m2/kg控制，石灰岩粉细度按0.08 mm筛筛余量10%～15%控制。

表1 胶凝材料化学成分 %

2 试验原材料

试验原材料包括：云南红塔滇西水泥厂的42.5级中热硅酸盐水泥，宣威发电有限责任公司的分选Ⅱ级粉煤灰，云南德胜钢铁有限公司的铁矿渣粉，大格拉石料场石灰岩骨料磨制的石灰岩粉，胶凝材料主要化学性能见表1；采用大格拉石料场石灰岩人工骨料，骨料表观密度为2 640 kg/m3；采用江苏博特新材料有限公司生产的JM-Ⅱ(R)碾压混凝土高效减水剂及该厂生产的JM-YQJ引气剂。

3 TL掺合料对胶砂性能的影响

将较优细度的铁矿渣粉和石灰岩粉分别按4∶6、5∶5、6∶4的质量比例进行混掺(以下简称为TL46、TL55、TL64)，对掺不同TL掺合料的胶砂性能进行试验研究，并与掺TF(铁矿渣和粉煤灰)掺合料的胶砂性能进行对比分析。

(1)胶砂强度比较分析。掺合料的掺量越大，抗压强度比和抗折强度比越小。掺合料在不同掺量下的胶砂抗压强度变化曲线如图2所示。相同掺量情况下，TL掺合料中铁矿渣比例越高，胶砂抗压强度越高，掺TL掺合料和TF掺合料的胶砂前期强度相差不大，掺TF掺合料胶砂的后期抗压强度略高。总体而言，掺合料中铁矿渣粉质量比例不小于50%，胶砂中掺合料掺量为30%时，28d龄期胶砂抗压和抗折强度比大于85%，掺量为50%时，90d龄期胶砂抗压和抗折强度比大于85%。

图2 掺合料在不同掺量下的胶砂强度

(2)水化热比较分析。掺合料掺量越大，水化热降低幅度越大。掺合料在不同掺量下的胶砂水化热变化曲线如图3所示。可知，相同掺量情况下，掺TL双掺料后胶砂水化热大小顺序为：TL64>TL55>TL46；掺TF双掺料后胶砂水化热大小顺序为：TF55>TF64；掺TF掺合料的水化热略高于掺TL掺合料的胶砂水化热。

图3 掺合料在不同掺量下的胶砂水化热

4 对碾压混凝土性能的影响

(1)碾压混凝土配合比。在满足碾压混凝土掺合料性能要求的情况下，掺TL掺合料和TF掺合料的碾压混凝土用水量相差不大，配合比参数基本相同，水胶比为0.50的三级配碾压混凝土用水量约80 kg/m3，VC值在4.3～7.0 s之间，含气量在3.5%～4.2%之间，掺合料和易性较好，掺合料性能比较接近。

表2 碾压混凝土强度 MPa

(2)力学性能。掺TL掺合料和掺TF掺合料的碾压混凝土强度和弹性模量结果见表2、3。由表2、3可知，TL双掺料碾压混凝土的抗压强度随TL双掺料中铁矿渣粉比例增加而增大，同条件下，掺TL双掺料的碾压混凝土28 d龄期抗压强度与掺TF双掺料混凝土相近，90、180 d龄期抗压强度及抗压强度发展系数低于掺TF双掺料混凝土。水胶比为0.5，双掺料掺量为50%的碾压混凝土90 d龄期抗压强度均大于30.0 MPa，强度龄期发展系数约为1.20，抗拉强度均大于2.00 MPa，静压弹模和轴拉弹模均达到40 GPa，满足设计要求。

表3 碾压混凝土弹性模量 104MPa

(3)变形性能。① 极限拉伸值。TL双掺料碾压混凝土的极限拉伸值随TL双掺料中铁矿渣粉比例增加而增大，同条件下，掺TL双掺料的碾压混凝土极限拉伸值略小于掺TF双掺料的碾压混凝土极限拉伸值，90、180 d龄期的极限拉伸值均大于80.0×10-6。② 干缩。同条件下，掺TL双掺料碾压混凝土干缩率略大于掺TF双掺料碾压混凝土，120 d龄期的干缩率在143×10-6～185×10-6之间，由混凝土干缩曲线来看，60天前干缩变形速率较快，后期干缩变形速率减缓，测至120 d时，干缩变形仍有增长趋势，干缩率曲线见图4。

图4 碾压混凝土干缩率与龄期曲线

材料类型90d抗冻性能90d抗渗性能相对动弹模/%质量损失率/%25次50次75次100次25次50次75次100次平均渗径/mm抗渗等级TL4695.8983.0781.0176.870.200.440.460.72137.0>W8TL5599.0793.2592.9392.730.020.020.120.15115.0>W8TL6494.1292.2889.1187.600.020.070.730.95114.2>W8TL7396.9194.1890.5789.28000.270.42106.3>W8TF5593.9791.0090.5589.220.100.330.450.52137.2>W8

(4)耐久性。掺TL掺合料和掺TF掺合料的碾压混凝土抗渗、抗冻性能结果见表4，可知，抗渗、抗冻性能相差不大，90 d龄期抗渗等级大于W8，抗冻等级大于F100，能够满足工程的设计要求。

5 结论和展望

(1)根据试验研究结果，综合考虑混凝土性能要求及施工控制等因素，铁矿渣粉比表面积按380～450 m2/kg控制，石灰岩粉细度按0.08 mm筛筛余量10%～15%控制。

(2)TL双掺料中铁矿渣粉比例越高，活性指数越大，掺量为30%时，28 d龄期的抗压强度比大于85%，TL双掺料活性指数略低于TF双掺料。掺TL双掺料和TF掺合料均能有效降低水泥水化热，掺量越大，水化热降低幅度越大。

(3)掺TL双掺料混凝土的抗压强度随TL双掺料中铁矿渣粉比例增加而增大，掺TL双掺料的碾压混凝土28 d龄期抗压强度与掺TF双掺料混凝土相近，90、180 d龄期碾压混凝土抗压强度及强度龄期发展系数低于掺TF双掺料混凝土，极限拉伸值均大于80.0×10-6，抗渗等级大于W8，抗冻等级大于F100。

总体来看，掺TL掺合料的胶砂性能和碾压混凝土性能均能满足工程中技术规范和设计指标的要求，TL掺合料可用作黄登水电站碾压混凝土的掺合料，并能带来一定的社会、经济和生态效益[3- 5]。

[1]方坤河. 碾压混凝土材料、结构与性能[M]. 武汉： 武汉大学出版社， 2004．

[2]于忠政， 陆采荣. 大朝山水电站碾压混凝土新型PT掺合料的研究和应用[J]. 水力发电， 1999(9)： 15- 17．

[3]张虹， 叶新， 董海英， 等. 电厂灰渣在大坝碾压混凝土中的应用研究[J]. 人民长江， 2015， 46(7)： 92- 94．

[4]刘数华， 阎培渝. 石粉作为碾压混凝土掺合料的利用和研究综述[J]. 水力发电, 2007(1)： 69- 71．

[5]肖开涛， 董芸， 杨华全. 石灰石粉用作碾压混凝土掺和料的试验研究[J]. 长江科学院院报， 2009， 26(4)： 44- 46．

(责任编辑 王 琪)

Application Research of New TL Admixtures in Roller Compacted Concrete of Hydropower Station

YE Xin1, DENG Yongjun2, ZHANG Hong1, DONG Haiying1, WU Ling1

(1. PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650033, Yunnan, China;2. Huaneng Lancang River Hydropower Co., Ltd., Kunming 650214, Yunnan, China)

In order to make full use of local resources and solve the problem of insufficient supply of fly ash in project region, the iron slag powder (T) and limestone powder (L) are considered as the composite admixture of roller compacted concrete used in hydropower project construction. The optimal fineness of iron slag powder and limestone powder is firstly chosen through tests, and then various properties of glue sand and roller compacted concrete which mixed with TL admixture are analyzed and are compared with the performances of concrete mixed with iron slag powder and fly ash. The analysis results indicate that new TL admixture can meet the requirements of various technical indicators of concrete admixture. The application of TL admixture in practical engineering can hot only reduce construction cost, but also conducive to environmental protection．

iron slag; limestone powder; admixture; roller compacted concrete; Huangdeng Hydropower Station

2015- 09- 09

叶新(1985—)，男，湖北仙桃人，工程师，硕士，主要研究方向为水工结构材料研究．

TV431.6(274)

A

0559- 9342(2016)06- 0042- 04