王 毅, 詹 候 全, 黎 書 然, 何 碧, 楊 忠 義

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

火山灰具有一定的活性，可代替粉煤灰、硅灰、礦渣等礦物摻合料用于混凝土中以降低成本。有研究表明：火山灰早期的填充作用和水化后期的火山灰效應(yīng)使得復(fù)合體系結(jié)構(gòu)更為密實(shí)[1]，提高了其抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能[2]。因此，火山灰被用于大體積混凝土、自密實(shí)混凝土、高性能混凝土、水工建筑以及對耐久性要求較高的構(gòu)筑物。國內(nèi)外將火山灰作為摻合料已在水利、水電、道路等工程中得以應(yīng)用，例如已建成的肯尼亞蒙-內(nèi)鐵路[3]，賽格怒江大橋[4]以及云南等水電工程[5]。

但西藏地區(qū)沒有火電廠，導(dǎo)致藏區(qū)混凝土所需的重要原材料——粉煤灰極度匱乏，如果從外地采購其運(yùn)距較遠(yuǎn)，將導(dǎo)致工程成本劇增。隨著國家“碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，能源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，火電占比逐步減少已成為大趨勢，粉煤灰資源的供應(yīng)將進(jìn)一步減少。將來藏區(qū)工程要使用粉煤灰摻合料不僅面臨著工程成本的大幅增加，而且其供應(yīng)亦可能無法得到保障。因此，在當(dāng)?shù)貙ふ铱商娲勖夯覔胶狭系牡夭膶Σ貐^(qū)工程建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

鑒于上述情況，相關(guān)技術(shù)人員以區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料為基礎(chǔ)，結(jié)合前人研究成果和相關(guān)文獻(xiàn)記載，以川藏鐵路為軸線開展了調(diào)查研究。通過現(xiàn)場踏勘、無人機(jī)攝像等手段對川藏鐵路沿線主要火山灰料源進(jìn)行了初步地表地質(zhì)調(diào)查；通過取樣試驗(yàn)，對主要火山灰料源進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià)并進(jìn)行了火山灰作為混凝土摻合料的初步可行性試驗(yàn)。闡述了所進(jìn)行的研究情況。

2 火山灰資源的調(diào)查與評(píng)價(jià)

根據(jù)川藏鐵路沿線區(qū)域地層分布和火山灰(巖)巖石建造得知：雅安～瀘定火山灰(巖)分布少，瀘定～金沙江火山灰(巖)總體呈條帶狀斷續(xù)分布在康定、理塘、巴塘一帶，金沙江～瀾滄江火山灰(巖)主要呈條帶狀斷續(xù)分布在貢覺、察雅一帶，瀾滄江～怒江火山灰(巖)分布少，怒江以西僅在伯舒拉嶺高山一帶呈夾層狀分布。按照火山灰(巖)分布與川藏鐵路的區(qū)位關(guān)系，本次研究將火山灰資源的分布分為四川雅安～康定、四川康定～巴塘、西藏昌都和林芝四段。

2.1 雅安～康定段火山灰料源調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)

雅安～康定段選擇了4個(gè)料源點(diǎn)，并對每個(gè)初選料源點(diǎn)進(jìn)行了取樣與磨片鑒定、物理力學(xué)、化學(xué)分析等試驗(yàn)研究。雅安～康定段火山灰分布圖見圖1，雅安～康定段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1 雅安～康定段火山灰分布圖

表1 雅安～康定段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果表

從試驗(yàn)結(jié)果看：雅安～康定段火山灰料源整體質(zhì)量比較好，活性礦物(SiO2、Fe2O3、Al2O3之和，下同)含量較高、需水量較低、活性指數(shù)較高，從各項(xiàng)指標(biāo)看，其性能與Ⅱ級(jí)粉煤灰相當(dāng)。

2.2 康定～巴塘段火山灰料源調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)

康定～巴塘段選擇了5處火山灰料源點(diǎn)，取樣15組進(jìn)行了磨片鑒定、物理力學(xué)、化學(xué)分析等試驗(yàn)研究?？刀ā吞炼位鹕交曳植紙D見圖2，康定～巴塘段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從試驗(yàn)結(jié)果看：康定～巴塘段火山灰料源活性指數(shù)在64%～70%之間，個(gè)別料場存在燒失量較大、活性礦物成分較低的問題。

2.3 昌都段火山灰料源調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)

在昌都段選擇了7處火山灰料源點(diǎn)，取樣17組并進(jìn)行了磨片鑒定、物理力學(xué)、化學(xué)分析等試驗(yàn)研究。昌都段火山灰分布圖見圖3，昌都段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從試驗(yàn)結(jié)果看：昌都段火山灰料源質(zhì)量參差不齊，貢覺料源點(diǎn)火山灰料源三氧化硫超標(biāo)、燒失量較大，其火山灰性能較差；車所寺料源點(diǎn)火山灰燒失量較高、需水量較大、活性不高；相對而言，則巴和哈加料源火山灰質(zhì)量較優(yōu)，性能與Ⅱ級(jí)粉煤灰接近。

圖2 康定～巴塘段火山灰分布圖

圖3 昌都段火山灰分布圖

2.4 洛隆～林芝段火山灰料源調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)

洛隆～林芝段共完成調(diào)查點(diǎn)5處，取樣8組并進(jìn)行了磨片鑒定、物理力學(xué)、化學(xué)成分分析等試驗(yàn)研究。洛隆～林芝段火山灰分布圖見圖4，洛隆～林芝段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表2 康定～巴塘段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果表

表3 昌都段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果表

圖4 洛隆～林芝段火山灰分布圖

從試驗(yàn)結(jié)果看：兩個(gè)料源點(diǎn)存在部分樣品燒失量較高的現(xiàn)象，需水量比亦略高，但整體活性較好。

3 火山灰作為混凝土摻合料的試驗(yàn)研究

通過對川藏鐵路沿線火山灰料源的調(diào)查，初步選擇了則巴和金湯河兩個(gè)質(zhì)量較高的料源點(diǎn)進(jìn)行火山灰作為混凝土摻合料的試驗(yàn)研究。

3.1 試驗(yàn)用的原材料及配合比

本次試驗(yàn)用的水泥為峨勝普硅P·O42.5水泥，粉煤灰為盤南Ⅰ級(jí)粉煤灰，骨料為花崗巖骨料，火山灰分別取自則巴料場、金湯河料場。其性能檢測結(jié)果見表5～9?；炷敛捎肅35配合比，其試驗(yàn)配合比見表10。

表4 洛隆～林芝段火山灰性能試驗(yàn)結(jié)果表

表5 水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表

表6 粉煤灰物理化學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表

表7 火山灰物理化學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表

表8 人工砂物理性能表

表9 粗骨料物理性能檢測結(jié)果表

表10 試驗(yàn)配合比表 /kg

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 拌合物性能

不同摻合料方案混凝土拌合物性能見表11。從試驗(yàn)結(jié)果看，與Ⅰ級(jí)粉煤灰相比，采用火山灰配制的混凝土用水量較高，需提高減水劑摻量。

表11 不同摻合料方案混凝土拌合物性能表

3.2.2 力學(xué)性能

不同摻合料方案的混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖5。從試驗(yàn)結(jié)果看：與Ⅰ級(jí)粉煤灰相比，采用火山灰配制的混凝土3 d和28 d抗壓強(qiáng)度略高，56 d抗壓強(qiáng)度與Ⅰ級(jí)粉煤相當(dāng)。

3.2.3 耐久性能

不同摻合料方案的混凝土耐久性能見表12。從試驗(yàn)結(jié)果看：采用火山灰配制的混凝土抗凍和抗?jié)B性能與Ⅰ級(jí)粉煤灰相當(dāng)，具有良好的耐久性；采用火山灰配制的混凝土電通量較Ⅰ級(jí)粉煤灰高。

4 結(jié) 語

以川藏鐵路為軸線對藏區(qū)的火山灰料源進(jìn)行了調(diào)查并開展了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：川藏鐵路沿線存在豐富的火山灰資源，部分火山灰料源質(zhì)量較好，其性能與Ⅱ級(jí)粉煤灰接近；火山灰作為混凝土摻合料配制的混凝土力學(xué)性能與粉煤灰接近，耐久性能優(yōu)良，具備用于藏區(qū)大型基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的潛力。

圖5 不同摻合料方案的混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果圖

表12 不同摻合料方案的混凝土耐久性能表