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从三峡工程看我国中热和低热水泥的质量

起源:CNBM 颁布功夫:2002-11-26

  水利水电工程中最重要的构筑物是拦河大坝、电厂厂房、船闸等 ,这些构筑物都是由大体积砼浇注而成 ,配造大体积砼的资猜中最沉要的资料 ,当属中热水泥或低热水泥(从前曾称为大坝水泥)  。由此可见 ,水利水电工程的质量 ,与中热水泥或低热水泥的质量有很大的关系  。
  中热水泥和低热水泥是一种特种水泥  。这种水泥我国现行的国度尺度是GB200—89《中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)和低热矿渣硅酸盐水泥(简称低热矿渣水泥)》(1989年订正该尺度前的GB200—63和GB200—80中称大坝水泥)  。这种水泥要求的重要个性 ,是拥有较低的水化热  。多所周知 ,水泥水化时 ,要开释出大量热量 ,也就是所谓的水化热  。在通常的构筑工程中 ,例如梁、柱等构筑物 ,其体积不会很大 ,因而砼中水泥水化开释的热量 ,将会实时散发出去 ,砼内部的温度不会升得很高 ,也就不会引起由于砼内部温度从很高降至气温的过程中的体积收缩 ,从而引起砼裂缝  。但是 ,大体积砼内部的热量不成能实时散发出去 ,它积储在砼内部使其温度升高15~30℃或更高  。凭据砼浇注初始温度的凹凸 ,其内部温度可达到30~45℃或更高  。砼在后期降温过程中 ,由于坝体砼热胀冷缩和内表部砼温度不一致以及基础约束等原因 ,使坝体内表部产生分歧水平的拉应力 ,当拉应力大于砼抗拉强度极限值时 ,即产生裂缝  。砼内部温升达到的最高温度 ,当然还与砼浇注时的初始温杜仔关 ,这就是通常水工工程多采取冬季施工 ,尽量预防夏季施工的原因  。
  但是 ,对于如三峡工程等大型水工工程 ,就不成能采取夏季终场施工的法子 ,而只能采取严格的温控措施和选取较低水化热的水泥的法子来解决这一问题了  。为了削减或预防砼后期产生体积收缩裂缝 ,水工工程在筑坝时必须采取一系列温控措施 ,例如:施工时辰块分缝浇注砼 ,埋设冷却水管 ,加冰、预冷骨料等  。另表 ,从资料方面 ,就必必要求选取较低水化热的水泥来削减砼内部积储的热量 ,以降低砼内部的绝热温升 ,预防或削减砼产生裂缝  。所以 ,中热水泥或低热水泥是配造大体积砼不成短缺的胶凝资料  。
  国际上列都城有中热水泥和低热水泥的种类  。我国于20世纪60年代由中国构筑资料科学钻研院钻研成功这一种类 ,于1963年造订了国度尺度GB200—63《大坝水泥》 ,并于1980年和1989年对该尺度进行了两次订正  。在1989年订正时 ,为了切合我国GB4131—84《水泥定名准则》的划定 ,也为了与国际上同类产品的名称一致 ,改称为中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)和低热矿渣硅酸盐水泥(简称低热矿渣水泥)  。我国20世纪60年代后兴建的很多大、中型水工工程多数选取了按该尺度出产的中热水泥和低热矿渣水泥  。例如已建成的二滩工程(选取渡口水泥厂出产的水泥)、丹江口(华新厂)、葛洲坝(华新厂、葛洲坝厂)、隔河岩(葛洲坝厂)、龙羊峡(永登厂)、刘家峡(永登厂)、大峡(永登厂)、三门峡(太原厂)、白山(抚顺厂)、潘家口(抚顺厂)、宝珠寺(峨眉厂)、安康(峨眉厂、耀县厂)、五强溪(石门厂)、万家寨(大同厂、太原厂)、东江(湘乡厂)、幼浪底(洛阳厂)、棉花滩(永安厂、水口厂)等  。在兴建和即将兴建的大型水工工程重要有三峡工程(葛洲坝厂、华新厂、石门厂)、龙滩工程(柳州厂、红水河厂)、幼湾工程(滇西厂)、溪落渡工程、向家坝工程等  。据不齐全统计 ,我国中热水泥和低热水泥的年产量 ,自1995年起头突破100万吨 ,1998年环球瞩主张三峡工程起头浇注大体积砼 ,使我国这种水泥年产量骤增 ,至2000年年产量已达160万吨以上 ,其中仅三峡工程于1999年~2001年3年砼浇注顶峰期 ,共使用中热水泥约250万吨 ,三峡工程建成共需中热水泥500余万吨  。其他陆续兴建的大、中型水电工程 ,每一工程也都需用这种水泥数十万吨或数百万吨 ,所以中热水泥和低热水泥是我国特种水泥中产量***的种类  。
  本文将对我国中热水泥和低热水泥的质量情况、国际上几个重要国度同类产品的质量情况 ,以及三峡工程使用的中热水泥质量情况作一简介和探求  。
    
  一 我国中热水泥和低热水泥与国际上同类产品的质量情况
    
  按我国国度尺度GB200—89的划定 ,水化热为强造性指标 ,525号中热水泥和425号低热矿渣水泥的水化热和强度指标与世界几个重要国度同类产品的尺度划定的该指标列于表1和表2  。由表中可显著看出 ,我国中热水泥的水化热指标与美国和日本同类产品的水热指标类似 ,而强度指标我国的要高得多(按同为ISO强度步骤的指标对比)  。我国低热水泥的水化热指标比其他国度的低 ,而强度指标比其他国度的高或相当  。由于强度和水化热是一对相互造约的机能 ,亦即当强度高时 ,水化热也必然相应提高  。但对中热水泥和低热水泥而言 ,是要求水化扰低愈好 ,同时强度还必须达到要求 ,要解决这一矛盾 ,就必须在出产工艺上采取一系列技术措施 ,蕴含造订合适的工艺参数、加强工艺节造和要求拥有缜密的治理造度等  。这就要求出产厂家拥有较高的出产工艺技术水平  。由此 ,能够以为 ,我国出产中热水泥和低热水泥的技术水平及其产品质量 ,在国际上都是当先的  。
    
  二 三峡工程使用的中热水泥质量情况
    
  三峡工程配造大体积砼选定选取525号中热水泥 ,由葛洲坝水泥厂、华新水泥厂和石门特种水泥厂3家厂定点出产供给  。这3家厂都是我国出产中热水泥拥有丰硕经验的大、中型水泥厂 ,其设备美满、出产技术水平较高、质量意识强、治理造度缜密 ,具备提供三峡工程高质量中热水泥的前提  。
    三峡总公司物资部对中热水泥的质量除了要求出产厂家的产品达到国度尺度划定的所有技术要求表 ,还进一步提出对水泥中的MgO含量、碱含量和SO3含量的要求 ,现分述如下:
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  中热硅酸盐水泥属硅酸盐类型的水泥 ,在这一类型的水泥熟猜中的MgO ,是经高温煅烧后多呈方镁石状态存在 ,它将在水泥硬化后的水泥石中缓慢水化 ,形成Mg(OH)2(水镁石) ,会产生体积膨胀 ,若MgO含量过高 ,膨胀率增大到肯定水平 ,将造成砼结构粉碎  。所以 ,国际上和我国在硅酸盐类型的水泥(国际上称波特兰水泥)的国度尺度中都对MgO含量划定了上限指标  。我国是划定MgO≤5.0% ,如通过压蒸安谧性试验合格 ,允许放宽到6.0%  。在现实出产中通常都是要求MgO含量愈低愈好 ,这一向是国内表水泥界所公认的概想  。但我国在20世纪70年代水电部门和建材部门的工程技术人员 ,发现了一项意想不到的景象 ,亦即由某些水泥厂(重要是抚顺厂和本溪厂)由于石灰石中MgO含量较高的原因 ,出产出的中热和低热水泥中MgO含量较高(当然是在国标划定的允许领域内) ,这种水泥在水工工程(例如白山工程等)使用的实际中 ,发显熹砼的裂缝比选取其他厂同类水泥时少  。这一景象引起了水电部门和建材部门科技界的器沉 ,经过南京化工学院(现南京工业大学)唐明述院士等人多年的钻研 ,证明水泥熟猜中少量MgO(在尺度中允许的含量领域内)在砼硬化后期缓慢水化产生的微膨胀作用 ,能够起到赔偿大体积砼后期降温阶段的体积收缩 ,而并不粉碎砼结构 ,从而起到削减或预防大体积砼裂缝的作用  。所以 ,近年来水电部门凭据这一钻研成就以及已有的工程实际 ,有时即向出产厂家提出要求节造水泥中的MgO含量在肯定的领域之内  。例如:丹江口工程即有此要求 ,也产生了优良成效  。
  三峡工程也凭据这一科研成就及工程实际成效 ,决定采取这一行动 ,向出产厂家提出节造中热水泥的MgO含量在3.5%~5.0%的领域内  。凭据这一要求 ,3个厂家出产的中热水泥现实MgO含量通常在4.2%~4.6%左右  。这种水泥在三峡工程中使用 ,起到了砼后期拥有微膨胀机能 ,达到了削减裂缝的成效  。凭据三峡工程有关部门的反映 ,坝体内埋设的仪器测出的砼后期自生体积变形多呈正值 ,这批注MgO的后期微膨胀作用起到了肯定成效  。这一行动 ,国际上未曾有过 ,当属我国初创  D芄灰晕 ,它对三峡工程削减坝体裂缝起到肯定作用  。据悉 ,近期即将兴建的幼湾水电工程(广西) ,对滇西水泥厂供给的中热水泥 ,也提出了节造MgO含量在肯定领域的要求  。
   。.关于碱含量
  国标中划定碱含量(Na2O+0.658K2O)为选择性指标 ,三峡工程凭据长江水利科学院等单元对三峡工程选取的花岗岩粗、细骨料的钻研了局 ,以为该骨料根基上长短活性的 ,但鉴于三峡工程为国度极沉要的千秋大业 ,从工程安全和耐久性方面思考 ,三峡工程所用中热水泥应严格节造碱含量不超过0.55%(国标划定低碱型中热水泥的碱含量不得超过0.60%) ,因而三峡工程所用的中热水泥属低碱型 ,并且比通常的低碱型水泥的碱含量要求更严  。3个厂家出产的中热水泥现实碱含量通常在0.40%~0.45%左右  。
   。.关于SO3(三氧化硫)百分比含量
  中热水泥中的SO3百分比含量在国标中划定不得超过3.5%  。出产厂家将在指标的领域内 ,凭据本厂水泥熟料的矿物组成、细度等工艺参数 ,通过试验 ,按要求的凝固功夫、强度、水化热等机能情况 ,确定***SO3百分比含量的节造领域  。用户正本没有必要向厂家提出SO3百分比含量的要求 ,但三峡工程思考到水泥中SO3百分比含量如过高或过低 ,可能会影响对砼表加剂的适应性 ,因而对中热水泥中SO3百分比含量 ,提出不得过高或过低 ,并维持较为不变的要求  。3个厂家出产的中热水泥的SO3百分比含量通常颠簸领域为1.5%~1.9%左右  。
  凭据三峡总公司物资部对厂家提出的以上要求 ,厂家出产中热水泥的难度将大为增大  。这就必须在出产工艺过程中 ,对原燃资料进行严格选择、调整并确定相宜的熟料矿物组成领域、造订出相宜的工艺节造参数并严加节造  。提高质量检测水平、美满质量节造系统等一系列措施 ,从而确保出产出拥有高质量和质量不变的中热水泥 ,提供给三峡工程  。
  三峡总公司物资部为了确保三峡工程使用的中热水

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