李 鳳 玉

(中國水利水電第七工程局有限公司 試驗(yàn)檢測研究院，四川 成都 611730)

1 概 述

川藏地區(qū)現(xiàn)有大量在建的水電、公路與鐵路工程，混凝土用量大，但該地區(qū)粉煤灰資源緊缺，從外地采購運(yùn)距遠(yuǎn)、價格高；同時，川藏公路運(yùn)輸繁忙、時有中斷，嚴(yán)重影響到粉煤灰的供應(yīng)保障，存在諸多問題。根據(jù)相關(guān)調(diào)研：該地區(qū)分布著豐富的磷渣粉、火山灰和硅灰等摻合料資源，總產(chǎn)能>100萬t/a，若能將其廣泛應(yīng)用到工程中，將有效緩解粉煤灰短缺的問題。具體分析于后：

(1)磷渣粉是生產(chǎn)黃磷的附加產(chǎn)品，具有較高的活性。長科院與中電建中南院的相關(guān)研究表明：摻磷渣粉混凝土的力學(xué)性能和耐久性與同摻量粉煤灰混凝土相當(dāng)，但其極限拉伸強(qiáng)度和拉伸值更高，早期水化溫升更低，更有利于混凝土抗裂[1，2]。目前，磷渣粉已在大朝山水電站、索風(fēng)營水電站、貴清高速和雅康高速等多個水電、公路工程中得到應(yīng)用。

(2)火山灰是一種SiO2含量>50%且含有少量玻璃體的天然摻合料。蘇洼龍水電站前期建設(shè)中使用了大量火山灰，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：摻火山灰混凝土的力學(xué)性能與同摻量粉煤灰混凝土相當(dāng)，但干縮率較大[3]。葉巴灘水電站可替代粉煤灰摻合料相關(guān)研究結(jié)果表明：<40%摻量下?lián)交鹕交液头勖夯一炷恋膹?qiáng)度、耐久性相當(dāng)，但摻火山灰的混凝土干縮率更高，而摻磷渣粉混凝土的強(qiáng)度優(yōu)于摻粉煤灰和火山灰的混凝土[4]。

(3)摻加適量的硅灰可以提高混凝土的力學(xué)性能[5]。目前水電、鐵路、公路工程已普遍采用硅灰以提升混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

磷渣粉與火山灰在水電行業(yè)中的應(yīng)用較多，而硅灰在公路、鐵路、港口等市政行業(yè)的應(yīng)用更多。為拓寬摻合料的應(yīng)用領(lǐng)域，以典型隧道襯砌混凝土為例，詳細(xì)闡述了對采用川藏地區(qū)典型的花崗巖和河灘骨料、摻加上述摻合料對混凝土性能影響進(jìn)行的研究。

2 試 驗(yàn)

2.1 原材料

所用主要原材料均來自川藏地區(qū)。

水泥：采用四川天全西南水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥和西藏山南華新水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥。

粉煤灰：采用四川金堂某公司生產(chǎn)的F類I級粉煤灰和寧夏某公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級粉煤灰，分別與四川地區(qū)的花崗巖骨料和西藏地區(qū)的河灘骨料搭配。

磷渣粉：采用四川雅安某公司生產(chǎn)的L95級磷渣粉。

火山灰：采用四川爐霍某公司生產(chǎn)的安山巖火山灰。

硅灰：采用四川滎經(jīng)某公司生產(chǎn)的S92級硅灰。

以上摻合料物理性能見表1。

表1 摻合料物理性能表

骨料：采用四川瀘定花崗巖骨料場和西藏昌都河灘骨料。

外加劑：減水劑采用上海三瑞和北京中安生產(chǎn)的緩凝型聚羧酸高性能減水劑，引氣劑采用同廠家的配套產(chǎn)品。

2.2 試驗(yàn)方法

混凝土配合比設(shè)計(jì)遵照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011；拌合物性能及硬化性能試驗(yàn)遵照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2016、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2002和《普通混凝土長期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009。

2.3 配合比

基于所選定的4種摻合料，采用7種摻合料方案制備混凝土。C35襯砌混凝土試拌參數(shù)見表2。由于不同摻合料的活性不同，在實(shí)際拌合過程中對不同摻合料方案的混凝土試拌配合比用水量進(jìn)行了動態(tài)調(diào)整，如活性較高的硅灰水膠比取值高于活性較低的火山灰；同時，由于不同摻合料的需水量不同，對用水量進(jìn)行了動態(tài)調(diào)整以控制拌合物的工作性能。

表2 C35襯砌混凝土試拌參數(shù)表

在混凝土試驗(yàn)過程中，由減水劑生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員在現(xiàn)場對減水劑和引氣劑配方進(jìn)行調(diào)整，使采用不同摻合料方案的混凝土的上述外加劑用量大致相同。

3 取得的結(jié)果與討論

3.1 抗壓強(qiáng)度

對采用兩種巖性骨料、不同摻合料方案的混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)，不同摻合料方案的混凝土各階段強(qiáng)度發(fā)展情況見圖1。采用不同摻合料的混凝土28 d/7 d抗壓強(qiáng)度增長率差異較大，其中，復(fù)摻磷渣粉+硅灰的強(qiáng)度增長率最高，為141%；單摻粉煤灰的強(qiáng)度增長率最低，為126%。此外，采用不同摻合料的混凝土后期抗壓強(qiáng)度增長率差異較小，56 d/28 d的平均比值為110%～120%，90 d/56 d的平均比值為100%～110%。

圖1 不同摻合料方案的混凝土各階段強(qiáng)度發(fā)展示意圖

相同水膠比水平(0.41～0.43)下，取得了采用不同摻合料方案的混凝土抗壓強(qiáng)度，不同摻合料方案的混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度見圖2。

圖2 不同摻合料方案的混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度示意圖

強(qiáng)度由高到低為：單摻硅灰>單摻磷渣粉>單摻粉煤灰>單摻火山灰。就單摻方案而言，摻硅灰、磷渣粉混凝土90 d強(qiáng)度與摻粉煤灰混凝土相比高25%，與摻火山灰混凝土相比高35%。此外，單摻火山灰混凝土在各齡期的強(qiáng)度最低，且其90 d抗壓強(qiáng)度不滿足43.2 MPa的配制強(qiáng)度。由此得出結(jié)論：單摻火山灰不適宜配制C35以上的混凝土。但通過與硅灰復(fù)配，則火山灰可以滿足使用要求。

3.2 耐久性

當(dāng)混凝土強(qiáng)度處于相同水平時，除單摻火山灰、復(fù)摻磷渣粉+粉煤灰的混凝土外，其它方案中的混凝土電通量均滿足<1 200 C的要求。不同摻合料方案中混凝土電通量與水膠比之間的關(guān)系見圖3。因此，若以火山灰作為混凝土摻合料，則需將其與其它摻合料復(fù)配。

圖3 不同摻合料方案中混凝土電通量與水膠比關(guān)系示意圖

花崗巖骨料混凝土干縮率見圖4，河灘骨料混凝土干縮率見圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明：除單摻火山灰、復(fù)摻磷渣粉+粉煤灰的混凝土90 d干縮率> 400 με，其他摻合料方案的混凝土收縮率均< 400 με，體積穩(wěn)定性更強(qiáng)。

圖4 花崗巖骨料混凝土干縮率示意圖

圖5 河灘骨料混凝土干縮率示意圖

不同巖性骨料混凝土抗?jié)B、抗凍性數(shù)據(jù)見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同摻合料方案中的混凝土在90 d時的抗?jié)B等級均>P12。此外，除采用花崗巖骨料、單摻8%硅灰的混凝土抗凍等級難以達(dá)到F350外，其它混凝土抗凍等級均>F350。

表3 不同巖性骨料混凝土抗?jié)B、抗凍性數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 語

采用川藏地區(qū)的磷渣粉、火山灰、硅灰等摻合料，通過單摻或復(fù)摻方式可以配制出滿足工作性能、力學(xué)性能、耐久性和體積穩(wěn)定性要求的C35隧道襯砌混凝土。研究表明：在相同水膠比水平下，單摻磷渣粉和硅灰的混凝土表現(xiàn)出最優(yōu)的力學(xué)性能及干縮率，可進(jìn)一步通過配合比優(yōu)化降低混凝土總膠材的用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。該研究成果被川藏地區(qū)工程建設(shè)中采用，為可替代粉煤灰摻合料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)混凝土提供了理論依據(jù)和技術(shù)儲備。