吳樹良, 鄧爭榮, 粟玉英, 張召松, 程方權(quán)

(長江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢　430010)

1　工程背景

某水電站工程位于東南亞某國峽谷區(qū),屬于Ⅰ等大(1)型水電工程,樞紐擋水、泄水建筑物布置于主河床,設計為碾壓混凝土重力壩,設計最大壩高200余米。該水電站位于開發(fā)河流中游河段,河谷狹窄,工程區(qū)天然砂礫料缺乏,所需混凝土骨料須采用人工骨料。

水電站場址區(qū)內(nèi)廣泛分布花崗片麻巖,可以選擇作為混凝土人工骨料原巖開采加工利用。本著料場選擇應遵循“技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，盡可能減少對環(huán)境產(chǎn)生不利影響,先近后遠”[1]的基本原則,經(jīng)地形地質(zhì)、開采運輸條件比較后,就近選定了位于該水電站工程右壩肩下游1 km以內(nèi)的花崗片麻巖石料場作為人工骨料料源。料源規(guī)劃開采范圍內(nèi)剝離層較薄,儲量充足,但勘察期需要對原巖進行質(zhì)量方面的試驗論證研究,文中主要論述其試驗研究以及質(zhì)量技術(shù)指標評價研究成果,可供同類工程參考借鑒。

2　人工骨料場地質(zhì)概況

工程選擇的人工骨料場位于該水電站工程右壩肩下游1 km,所在地區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕中低山、河流侵蝕地貌區(qū),山脈主要呈近南北向延伸。料場區(qū)總體由“人”字形斜交的兩條山脊構(gòu)成主體骨架,兩條山脊于料場北部交匯后形成走向近SN的山脊,其中“人”字形山脊中的西側(cè)山脊向SW方向延伸,東側(cè)山脊向SE方向延伸,兩山脊間為向南傾斜的凹槽。

料場區(qū)地表多為第四系殘坡積層(Qedl)含碎石黏土及碎塊石土覆蓋,基巖零星出露。第四系覆蓋層厚度一般不超過21 m,基巖地層巖性為中上元古界(Pt2-3)花崗片麻巖。料場范圍內(nèi)剝離層厚度1～32 m,局部達50 m,規(guī)劃開采范圍內(nèi)剝離層厚度<27 m,平均約17 m,有用層儲量豐富,遠遠滿足要求。

3　原巖試驗研究

3.1　礦物、化學成份及室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗與評價

3.1.1礦物、化學成份試驗

在人工骨料場鉆孔中采取有用層巖石芯樣9組進行巖礦鑒定及化學成份測試,結(jié)果見表1。試驗表明,其巖石礦物成份以斜長石、石英、鉀長石為主,少量黑云母及角閃石;主要化學成份為SiO2、Al2O3,少量CaO、Fe2O3、Na2O、K2O等。

表1　花崗片麻巖巖石礦物成份鏡鑒及化學成份測試成果

3.1.2室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗

在人工骨料場鉆孔中采取有用層巖石(微新狀)芯樣10組,進行了室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗,試驗成果見表2、表3。由表可知,巖石天然塊體密度2.57～2.87 g/cm3,平均2.66 g/cm3;飽和單軸抗壓強度128～218 MPa,平均152 MPa,屬堅硬巖。

表2　花崗片麻巖巖石室內(nèi)物理性質(zhì)試驗成果

表3　花崗片麻巖巖石室內(nèi)力學性質(zhì)試驗成果

3.1.3原巖質(zhì)量技術(shù)指標評價

由原巖礦物、化學成份及室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗成果,按照規(guī)程DL/T 5388—2007中對人工骨料原巖質(zhì)量技術(shù)指標要求,對其評價見表4。由表可知,人工骨料原巖飽和抗壓強度力學性質(zhì)及化學性質(zhì)指標滿足規(guī)定要求。

表4　人工骨料原巖質(zhì)量技術(shù)指標評價

3.2　堿活性及抑制試驗與評價

花崗片麻巖屬于片麻巖類,巴西、法國、印度等國水電工程使用花崗巖或片麻巖作為骨料均出現(xiàn)過堿骨料反應導致的事故[2-4]。鑒于已有的片麻巖骨料具有堿活性的工程案例,本工程對原巖開展了專門堿活性試驗研究。

3.2.1堿活性試驗

本工程對人工骨料場有用層巖樣的堿活性試驗按規(guī)程DL/T 5388—2007規(guī)定的方法進行,首先采用巖相法確定骨料原巖中是否含有堿活性的成份,鑒定結(jié)果見表5。結(jié)果表明,骨料原巖中存在一定量的微晶石英、應變石英,可能發(fā)生堿硅酸反應。其次采用砂漿棒快速法試驗進行判定,試驗采用中熱水泥,試驗結(jié)果見表6。結(jié)果表明,人工骨料場所采取有用層巖石芯樣制備的試件中,有近80%的試件具有潛在危害性反應活性。

表5　花崗片麻巖巖石巖相法鑒定結(jié)果

3.2.2堿活性抑制試驗

最常用的抑制堿骨料反應的摻合料有粉煤灰、?；郀t礦渣、硅灰及偏高嶺土、硅藻土、沸石等,國內(nèi)外對這些摻合料抑制堿骨料反應的有效性進行了廣泛的試驗研究,摻入粉煤灰作為抑制和防止堿骨料反應已得到廣泛應用[5]。

選取具有潛在堿活性反應的花崗片麻巖人工骨料,分別采用在水泥中摻入不同比例I級粉煤灰、火山灰作為抑制材料進行了骨料堿活性抑制效果試驗研究,試驗方法仍采用砂漿棒快速法。

摻入I級粉煤灰、火山灰后,花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制試驗結(jié)果見表7,不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線見圖1。結(jié)果表明,I級粉煤灰及火山灰摻量逐漸增加,試件各齡期膨脹率遞減,對應膨脹率降低率遞增;當I級粉煤灰摻量≥10%時,砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規(guī)定要求,膨脹率降低率分別>75%、63%;當火山灰摻量≥30%時,砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規(guī)定要求,膨脹率降低率分別>60%、56%。

3.2.3堿活性及摻合料抑制效果評價

堿活性試驗結(jié)果表明,有近80%的砂漿棒試件具有潛在危害性反應活性。因此,綜合判定認為,本水電站工程花崗片麻巖人工骨料場原巖具有潛在危害性反應活性。堿活性抑制試驗表明:摻入粉煤灰、火山灰摻合料均對花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制效果明顯,其中,分別摻入I級粉煤灰摻量≥10%、火山灰摻量≥30%時,砂漿棒試件膨脹率均滿足規(guī)定要求。摻入摻合料砂漿棒試件的膨脹率降低率,I級粉煤灰大于火山灰;14 d、28 d齡期膨脹率滿足規(guī)定要求的砂漿棒試件摻合料摻量,I級粉煤灰小于火山灰,由此可見,摻合料堿活性抑制效果,I級粉煤灰明顯優(yōu)于火山灰。

表6　花崗片麻巖巖樣堿活性試驗結(jié)果

表7　摻入摻合料人工骨料堿活性試驗結(jié)果

圖1　摻合料不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線

3.3　人工軋制骨料試驗與評價

3.3.1人工軋制骨料試驗

對人工骨料場有用層采取巖樣進行了人工軋制混凝土細骨料、粗骨料試驗各6組,試驗成果見表8-表9。由結(jié)果可知,原巖人工軋制混凝土細骨料細度模數(shù)2.37～2.82,平均2.58;平均粒徑0.33～0.42 mm,平均值0.38 mm;石粉含量18.0%～21.0%,平均20.0%。原巖人工軋制混凝土粗骨料壓碎指標10.1%～15.6%,平均13.3%;無泥塊含量。

3.3.2人工軋制混凝土骨料質(zhì)量技術(shù)指標評價

由試驗成果,按照規(guī)程DL/T 5388—2007對人工軋制混凝土細、粗骨料的質(zhì)量技術(shù)指標要求,對其評價見表10、表11。結(jié)果表明,人工軋制混凝土細、粗骨料除物理性質(zhì)堆積密度偏小外,其余質(zhì)量技術(shù)指標滿足規(guī)定要求;骨料原巖具有堿活性潛在危害性反應。原巖加工的骨料存在的堿活性反應,須采取堿活性抑制措施。

4　結(jié)論

某水電站工程選定的花崗片麻巖人工骨料料源,經(jīng)對原巖試驗研究與評價,結(jié)果表明:

表8　原巖人工軋制混凝土細骨料試驗成果

表9　原巖人工軋制混凝土粗骨料試驗成果

表10　原巖人工軋制混凝土細骨料質(zhì)量技術(shù)指標評價

說明:表中“試驗成果”列括號內(nèi)數(shù)值為平均值,下同。

表11　原巖人工軋制混凝土粗骨料質(zhì)量技術(shù)指標評價

(1)原巖和其人工軋制混凝土細、粗骨料質(zhì)量技術(shù)指標除堆積密度外,其余均滿足規(guī)定要求;

(2)堿活性專門試驗結(jié)果顯示骨料具有潛在危害性反應活性,經(jīng)抑制試驗,得出在混凝土中摻入適量的I級粉煤灰或火山灰,可以達到理想的抑制效果。

(3)工程建設時應采取低堿水泥嚴格控制含堿量與堿活性抑制措施,從而提高混凝土耐久性。

參考文獻:

[1]DL/T 5388—2007水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2007.

[2]A.J.C.T.Cavalcanti.Alkali-Aggregate Reaction at Moxoto Dam,Brazil,Proceedings of the 7th International Conference on Alkali- Aggregate Reaction in Concrete[J].Ottawa city,1986:168-172.

[3]馬賽爾·阿羅德.法國硅堿骨料中堿骨料反應的最新研究[J].中國三峽工程建設,1998(5)：60-63.

[4]Gote,B.S.An Evaluation of Some Common Indian Rocks with Special Reference to Alkali-Aggregate Reaction [J].Engineering Geology,1973(7):135-183.

[5]許繼剛,王立明,唐曉芳.中低熱水泥對人工骨料堿活性抑制影響研究[J].人民長江,2010(18)：71-72.