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大型水电工程对中热水泥性能指标要求及生产工

2020-06-11 08:51 作者:唯彩会官网 点击:

  近年来, 我国西南水电建设方兴未艾, 继三峡电站和龙滩电站后, 正在开工建设和即将开始建设的有几十座大型水电工程,如金沙江流域的溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩和金安桥水电工程等, 澜沧江流域的小湾电站,雅砻江流域的锦屏、两河口、官地电站等, 开发水能资源对实施西部开发战略、实现“西电东送”, 优化和改善华中、华东地区能源结构, 减少环境污染, 发展西南经济, 缩小东西部差距,实现我国经济建设的可持续发展具有十分重要的意义。溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上, 拦河坝为混凝土双曲拱坝, 坝顶高程610m,最大坝高278m, 坝顶中心线m; 左右两岸布置地下厂房, 各安装9 台单机容量70 万kW的水轮发电机组, 总装机容量为1 260万kW, 年发电量为571~640 亿kWh。向家坝水电站位于云南省水富县( 右岸) 和四川省宜宾县( 左岸) 境内, 坝型为重力坝, 坝顶高程383m,最大坝高161m, 坝顶长度909.3m。向家坝电站装机容量600 万kW( 共8 台机组, 每台75 万kW) 。向家坝电站加上1 260 万kW的溪洛渡电站, 其年总发电量约大于三峡水电站, 是“西电东送”中路通道的骨干电源项目。锦屏水电站包括锦屏一级、二级水电站, 总装机容量800~840万kW。锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县与木里县交界处, 混凝土双曲拱坝坝高305m, 为世界同类坝型中第一高坝, 是川电外送的主要电源点之一。

  溪洛渡电站、向家坝电站和锦屏电站等大型水电工程的主体工程混凝土用水泥均采用各项性能指标符合国家标准(GB200-2003) 要求的中热硅酸盐水泥( 简称中热水泥) , 还考虑到对这些大型水电工程大坝混凝土的耐久性及某些性能的进一步高质量要求,还对所用的中热硅酸盐水泥的某些性能指标提出了更高和更严格的要求, 这是为了大型水电工程的高质量,

  在一般情况下, 生产中热水泥时, 为了达到国家标准和工程用户所要求的强度、水化热、凝结时间等性能的指标,生产厂家就必须首先确定适当的熟料矿物组成、比表面积控制范围、SO3 含量等工艺参数的最佳控制指标( 称为内控指标)。在国家标准中有熟料矿物组成、比表面积、SO3%的指标, 但这仅是一个极限值, 也就是说, 厂家确定的这些内控指标,必须在国家标准规定的范围内, 不得超越, 否则就不是该品种了, 但并不是厂家只要在国家标准规定的范围内,随便取一个值作为内控指标就行的,而是应该根据要求的水泥性能和本厂原燃材料情况、本厂生产工艺和设备条件等情况,通过试验并经生产实践,才能确定这些内控指标的。三峡工程、溪洛渡、向家坝和锦屏等这些大型水电工程非同一般,所用中热水泥除了强度、水化热等指标要满足国家标准要求的指标外,还提出了MgO、R2O(碱含量)、SO3、比表面积、强度等指标要求, 为了满足这些大型水电工程对中热水泥的高质量要求,厂家必须在生产工艺控制方面, 采取一系列措施, 确保中热水泥质量。

  当熟料中的MgO 以方镁石的形态存在, 它在水泥水化硬化后, 会缓慢的水化生成水镁石Mg(OH)2,产生体积膨胀,可起到补偿大体积混凝土后期降温阶段的体积收缩,从而可避免或减少大体积混凝土的裂缝产生。这是我国建材部门和水电部门在上世纪70~80 年代通过多年的科研和工程实践,得出的重要成果, 在白山、葛洲坝、丹江口等大型水电工程都得到了应用,效果良好。三峡工程、溪洛渡向家坝工程都沿用了这一科技成果。如溪洛渡工程为了充分发挥熟料中MgO 的补偿收缩作用,提出了MgO 含量指标为4.0%~5.0%。这一指标允许的波动范围甚小,因此要求厂家必须严格选择成份稳定的高镁石灰石或白云石, 并加强控制高镁石灰石或白云石与普通石灰石搭配比例的准确和稳定,否则很容易使MgO 含量不达标。

  溪洛度、向家坝和锦屏水电工程虽然使用的骨料基本是非活性的, 但为了万无一失,对中热水泥还是提出了低碱的要求。水泥碱含量指标为R2O( 0.658×K2O+Na2O)≤0.60%。这就要求厂家必须选择低碱的原料, 一般要求石灰石的碱含量≤0.2%; 黏土质原料的碱含量≤1.5%。

  厂家在生产中热水泥时, 获得理想的中热水泥熟料后, 就应通过强度试验和凝结时间试验, 找出合适的SO3含量内控指标。一般水泥厂化验室都知道要通过对该熟料采用不同石膏掺量时的强度试验, 作出强度- SO3%曲线图,取其强度曲线%过高或过低都会使强度降低) , 作为SO3%的内控指标。根据经验,当中热熟料C3A 含量为1%~3%时, SO3 含量一般应在1.6%~1.8%较为合适,当C3A 含量稍大于3%时, SO3含量应在2.0%左右较为合适.。由于若SO3 含量控制不稳, 过高或过低, 不仅会影响水泥强度和凝结时间,还将会影响混凝土外加剂的适应性, 因此, SO3 含量稳定性的控制, 就显得特别重要, 而且, SO3含量必须与水泥熟料矿物中的C3A含量相匹配。如溪洛渡工程提出了SO3 含量为“≤3.0%”的指标,这一指标应该不难达到。只是要加强控制其含量的稳定性。

  对于同一成分的水泥而言, 比表面积越低, 水化热就越低, 但强度也越低, 这是必然的。而比表面积对强度的影响,要比对水化热的影响更为明显, 这是我们通过多年来的生产实践, 积累所得的经验。水工大体积混凝土除了要求水泥的强度外, 还特别重视水泥的水化热, 因此, 厂家应尽量降低水泥的水化热。从生产角度看,降低水泥的水化热有许多措施可循, 但必须要在本厂原燃材料、生产工艺设备、操作水平等条件的实际情况下,采取各种措施去降低水化热, 比较有效的措施是降低熟料中的C3A 含量,而若单纯地降低比表面积控制指标只会使强度较明显地降低, 就有可能造成强度不合格, 而对水化热的降低效果却会不太明显。

  根据国内外的有关资料, 说明水泥比表面积高时, 会使混凝土收缩加大, 从而使混凝土易于产生裂缝( 主要是干缩裂缝) ,同时当比表面积高时, 当然水化热也会较高, 又易于使大体积混凝土产生温降裂缝。因此,溪洛渡等工程为了避免或减少大坝混凝土的裂缝,提出比表面积的非强制性指标为“宜250~320m2/kg”。厂家要加强工艺控制, 在保证强度和水化热达标的条件下,使比表面积尽量符合溪洛渡工程要求的比表面积指标。

  对于大型水电大坝工程来说, 并不要求较高的早期强度( 3d) , 满足标准要求即可, 而要求28d强度在一定范围内相对稳定, 因为大坝混凝土的配合比是相对固定的, 不可能随便改变, 水泥强度偏高波动,必定会使水泥的水化热增加, 混凝土内部温升相应增加,混凝土开裂的可能性增大, 这是大坝大体积混凝土最不愿意出现的。虽然大坝大体积混凝土不要较高的早期强度, 但是生产厂家还是必需要控制好3d、7d 和28d强度符合国家标准要求的内控指标。28d 抗压强度控制值,应该大于标准值+富裕强度+3 倍的28d抗压强度标准偏差。中热水泥的富裕强度要求不小于1.0MPa。溪洛渡水电工程要求的中热水泥28d强度的适宜指标为不大于52.0MPa, 因此, 出厂水泥的28d 强度的标准偏差应控制在2.0 左右。

  中热水泥属于硅酸盐水泥体系的水泥, 所以其生产工艺基本上与硅酸盐水泥相似, 但由于其有低水化热性能的要求, 因此,其生产工艺控制措施就有别于一般的硅酸盐水泥, 又由于水化热与强度是互相矛盾的性能, 亦即水化热低时, 强度往往也相应降低,如何使水化热低而强度仍满足要求, 同时, 还要使水泥的比表面积在适宜的范围内, 这就是中热水泥生产工艺的关键技术,亦即其难点。厂家必须采取一系列工艺控制措施, 使水化热尽量的低, 而强度却降低不多。因此要对中热熟料的矿物组成进行合理设计,并掌握好与比表面积、强度和水化热的关系, 在生产和质量控制中, 保持这些控制指标的稳定。

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