石灰岩粉掺合料在南欧江五级电站中的应用综述

易俊新,杨 梅,郑 红

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明 650051)

1 前言

南欧江五级水电站位于老挝丰沙里省境内,距老挝万象市公路里程731km,距中国昆明市公路里程943km。碾压混凝土重力坝最大坝高74m,全工程混凝土总量约76×104m3,需要混凝土掺合料约20×104t,需求量巨大。老挝国内的燃煤工业不发达,常用的粉煤灰掺合料极度缺乏。因此,急需寻找到一种易于获取、优质廉价的新型掺合料来代替粉煤灰作为混凝土的掺合料。

为解决这个问题,工程设计者通过室内试验研究、温控措施、现场工艺试验等方面研究了石灰岩粉作为混凝土掺合料的可行性,并与粉煤灰混凝土进行对比分析,石灰岩粉最终成功应用于南欧江五级电站工程,并取得较好经济效益,具有较好的推广应用价值。

2 石灰岩粉作为混凝土掺合料的试验研究成果

2.1 石灰岩粉抑制骨料碱活性研究成果

石灰岩粉抑制骨料碱活性研究成果表明：采用砂浆棒快速法,将石灰岩粉磨细至筛余不大于2%(80μm筛),掺量达50%以上时对该料场骨料骨料碱活性抑制有效。

2.2 掺石灰岩粉混凝土性能室内试验研究成果

以南欧江五级电站坝体用量最大的C18015和C18020两个强度等级碾压混凝土为例,将采用掺石灰岩粉与掺粉煤灰的混凝土配合比及性能进行对比,可得如下研究成果：

(1)采用石灰石粉作为掺合料的混凝土配合比与采用粉煤灰作为掺合料有所差异,主要为：相同强度等级时,掺石灰石粉混凝土与掺粉煤灰混凝土相比用水量高、掺量低、水泥用量高。

(2)采用石灰石粉作为掺合料的硬化混凝土强度、弹模等力学性能成果见表3。由表可见：掺粉煤灰混凝土后期强度提高幅度较大,而掺石灰石粉混凝土的抗压强度后期仅有小幅提升或者略有降低。

(3)采用石灰石粉作为掺合料的硬化混凝土的线膨胀系数、比热、导热系数和绝热温升均高于掺粉煤灰混凝土。

(4)采用石灰石粉作为掺合料的硬化混凝土极限拉伸值、干缩等变形性能与粉煤灰有一定差异,自生体积变形差异不大。

(5)采用石灰石粉作为掺合料的硬化混凝土的抗冻等级、抗渗等级等耐久性能与粉煤灰差异不大。掺粉煤灰与掺石灰石粉混凝土达到相同抗冻等级的相对动弹模和质量损失相当；达到相同抗渗等级的平均渗径相当。

2.3 掺石灰岩粉混凝土现场试验研究成果

南欧江五级电站现场应用石灰岩粉作为混凝土掺合料,开展了现场施工配合比、碾压工艺试验、钻孔取芯试验、压水试验和坝体渗漏监测,结果表明：

掺石灰石粉的碾压混凝土相对密实度满足设计要求；取样检测的混凝土的强度、抗冻、抗渗等结果满足设计要求；混凝土芯样外观总体较好,表面光滑,骨料分布大致均匀,强度和密实度均满足设计要求；压水试验过程中未发现异常出水点和串通情况,混凝土透水率满足设计及规范要求；未发现因掺石灰石粉后温控措施简化后而带来的严重贯穿性裂缝；坝体和坝基的监测渗流量未超过设计要求,监测的坝体应力、变形处于稳定可控状态。

现场实施结果表明：石灰石粉混凝土质量总体优良。

3 石灰岩粉混凝土的温控分析

为分析南欧江五级电站坝体混凝土掺用石灰岩粉后应采取的温控措施,分别以进水口坝段、导流底孔坝段等坝段作为典型坝段,采用三维有限元仿真软件,计算分析坝体混凝土温度和应力,提出应采取的温度控制措施。

结果表明：尽管南欧江五级水电站掺石灰石粉的混凝土抗裂性能较掺粉煤灰的混凝土差,但采用石灰石粉作为混凝土掺合料所采取的温度控制措施与采用粉煤灰作为掺合料相比并未显著增加。计算表明,虽然与粉煤灰混凝土相比掺石灰石粉的混凝土施工期安全余度有所降低,但其温度应力仍可控制在允许范围之内。

4 石灰岩粉在南欧江五级电站应用情况及经济效果

南欧江五级水电站自2014年3月正式开始采用石灰岩粉作为混凝土掺合料,截至到2015年9月,石粉作为混凝土掺合料先后在大坝与消力池、厂房、边坡、导流底孔、地质缺陷处理、下游码头等部位的碾压和常态混凝土中得到应用,累计掺用石粉的混凝土方量约为43.05×104m3,根据实际使用施工配合比计算,使用石粉21491t。比采用中国粉煤灰节省造价约224.27万美金,经济效益较为可观。

5 结论

(1)石灰石粉作为水工混凝土掺合料在南欧江五级水电站中应用技术可行、质量可控。

(2)石灰岩粉在南欧江五级电站43.05×104m3混凝土中得到应用,使用石粉约21491t。按照实际施工配合比计算,比采用中国粉煤灰节省造价约224.27万美金,经济效益较为可观。

(3)采用石粉替代日益紧缺的粉煤灰,对于解决实际工程的问题、降低工程造价和环保等将具有重大的现实意义,是绿色建材的重要方向之一。本课题的研究成果为石灰石粉在水工混凝土中得到推广应用积累宝贵的经验。