大掺量磨细矿渣技术在南水北调中线天津干线工程中的应用.研究

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1、第一章绪论1．1研究背景与问题的提出南水北调工程是解决我国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施，建设目的是通过跨流域的水资源合理配置，保障经济、社会、人口、资源、环境的协调发展。南水北调中线工程是南水北调工程的组成部分，供水目标以华北平原城市供水为主，兼顾农业和生态用水。天津干线工程是南水北调中线一期工程的重要组成部分，其主要供水目标是天津市，并为沿线河北省部分城镇供水。天津干线全长155km，其中，河北省境内长131km，天滓市境内24km。工程型式采用无压接有压地埋混凝土箱涵，主要断面型式为三孔4．4mx

2、4．4m混凝土箱涵，混凝土总方量约460余万方。天津干线工程主要为混凝土工程，碱骨料反应和有害介质侵蚀是影响混凝土耐久性的主要因素。碱骨料反应(简称AAR)是指混凝土孔溶液中由水泥、含碱外加剂和环境释放的Na+、K+、OH‘与骨料中的有害矿物发生具有膨胀性的化学反应，导致混凝土膨胀和开裂，它是混凝土工程重大隐患之一，正发展成为全球性的混凝土工程灾害趋势。此外，钢筋混凝土的组成成分，常能与外界有害物质发生多变的化学反应，引起混凝土性能劣化，硫酸盐与Cl。侵蚀也是影响混凝土耐久性的重要因素。近年来，在水利水电等工程

3、中常发现混凝土结构物受硫酸盐侵蚀的问题，严重的甚至导致混凝土结构物的破坏。硫酸盐腐蚀的实质是膨胀性化学腐蚀，硫酸盐与水泥石中的某些固相组分发生反应生成膨胀性物质，当膨胀内应力超过混凝土抗拉强度时引起混凝土破坏，首先是混凝土表面开裂软化，裂缝又助长含有硫酸盐和其他离子的侵蚀性水渗透，进一步加剧混凝土破坏，同时，也影响到水泥水化物的粘结性能，最终影响到其强度。而Cl-侵入钢筋混凝土中会造成钢筋表面的钝化膜破坏，使混凝土开裂、顺筋涨裂、剥落，所以，硫酸盐与Cl‘侵蚀问题必须得到重视。天津干线工程所在的京津塘地区，分布

4、有大量的碱活性混凝土骨料。该地区混凝土骨料中含有微晶石英、玉髓等活性成分，并有引起混凝土工程破坏的实例。南水北调中线天津干线，在前期论证中初步选定的四个砂料场、八个石料场，除了八户庄料场的砂为非活性外，其余三个砂料场均存在不同程度的低碱．硅酸活性，其中八户庄料场运距较远，在天津干线附近几乎没有非碱活性砂料；初选的石料场中西水冶、西庄两料场为致密灰岩，无碱活性、强度较高，储量丰富，但第一章绪论运距较远，运输费用较高。但使用西庄料场开发粗骨料，需要在与具有碱活性砂进行组合，仍然存在碱骨料反应问题，也要研究其膨胀量大

5、小及其对混凝土的影响。因此天津干线混凝土工程面临着如何解决周边骨料存在的碱活性问题。天津干线有63公里(约占干线全长的40％)存在弱～强硫酸盐侵蚀，因此硫酸盐侵蚀问题必须作为一个重要问题进行考虑。天津干线中下游沿途地下水S042。离子含量逐渐增高至732．80mg／L，对钢筋混凝土具有弱的硫酸盐腐蚀性。随着各地经济的迅猛发展，工业排污可能还会增加，必须采取有效措施解决钢筋混凝土防腐蚀问题。同时，天津干线有少部分地区存在Cl‘弱侵蚀问题，因此对天津干线存在Cl‘侵蚀可能性的部位应采取相应的措施给予预防。综上所述，

6、南水北调中线天津干线混凝土箱涵工程存在骨料疑似碱活性反应问题和局部地段地下水位偏高造成的地下水侵蚀(主要为硫酸盐侵蚀和少量地区存在氯离子侵蚀)问题，如果这两大问题没有解决好，将会严重影响混凝土箱涵的长期运行，甚至造成工程无法正常使用。考虑到这项水利工程是功在当代、利在千秋的生命线工程，不能给今后工程运行留下大的隐患，因此，有必要开展相应的科学研究工作，研究碱骨料反应的预防和抑制以及有害介质对混凝土的侵蚀问题，从而提高混凝土的耐久性，以保证工程的长期安全。1．2研究目的及意义鉴于南水北调工程的重要性和天津干线面临

7、的上述问题，本课题旨在通过系统的试验研究提出能同时解决天津干线工程面临的上述问题而又能提高耐久性的高性能混凝土配合比，一方面针对上述两大耐久性问题通过研究予以解决，保证南水北调中线天津干线工程建成后能够长久运行，另一方面通过科学创新为水利工程混凝土浇筑开辟一条新途径。高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性有重点的予以保证的混凝土，是未来混凝土的发展方

8、向。拌制高性能混凝土的途径较多，其中适量掺用磨细矿渣技术、掺用粉煤灰技术、上述两种材料共掺技术均是提高混凝土性能的有效途径。大掺量磨细矿渣技术正是基于高性能混凝土的绿色化发展方向所提出。将大掺量磨细矿渣应用于混凝土中，可以大大减少水泥用量，改变混凝土微观结构，提高混凝土密实性，可抑制骨料碱活性反应和抗有害介质侵蚀，从而提高混凝土的耐久性能。大掺量磨细矿渣技术在国外已经得到了广泛的应用，