王 博, 郜軍艷, 聶相田

(1.河海大學(xué),江蘇 南京 210098; 2.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

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三峽三期工程大壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制

王 博1, 郜軍艷2, 聶相田2

(1.河海大學(xué),江蘇 南京 210098; 2.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

大壩混凝土質(zhì)量問(wèn)題許多是在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)引起的.混凝土生產(chǎn)包括原材料準(zhǔn)備及拌和兩個(gè)方面,任何一方面降低質(zhì)量要求都將導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及其他力學(xué)指標(biāo)降低,容易造成工程質(zhì)量缺陷,甚至引發(fā)工程事故.然而三峽三期工程質(zhì)量?jī)?yōu)良,且創(chuàng)造了混凝土大壩無(wú)裂縫的奇跡.從混凝土原材料質(zhì)量控制和混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制兩方面總結(jié)了三峽三期工程大壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制的方法、措施及技術(shù)創(chuàng)新.在混凝土原材料質(zhì)量控制方面,闡述了水泥和粉煤灰、外加劑、砂石骨料的質(zhì)量控制.在混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制方面,論述了混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì),稱量設(shè)備的定期檢測(cè),冷風(fēng)機(jī)沖霜,二次砸石測(cè)溫,混凝土拌和工藝,混凝土的出機(jī)口溫度、坍落度、含氣量控制,骨料溫度檢測(cè)手段的改進(jìn),混凝土生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng),混凝土生產(chǎn)與輸運(yùn)車輛控制系統(tǒng)等.

無(wú)裂縫大壩;混凝土生產(chǎn);質(zhì)量控制;原材料;配合比

三峽三期工程建設(shè)以一流的工程質(zhì)量為目標(biāo),逐步建立了一套完善的質(zhì)量保證體系,實(shí)行了全員、全過(guò)程、全方位、分層次的質(zhì)量管理,工程質(zhì)量?jī)?yōu)良,創(chuàng)造了混凝土大壩無(wú)裂縫的施工奇跡.在三峽工程一、二期大壩混凝土施工實(shí)踐的基礎(chǔ)上,施工企業(yè)對(duì)混凝土生產(chǎn)全過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)研究,持續(xù)改進(jìn),總結(jié)和創(chuàng)造了一套特有的大壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制方法和措施,經(jīng)過(guò)全面應(yīng)用,取得了令人滿意的效果.

筆者結(jié)合工程實(shí)際,從混凝土原材料質(zhì)量控制及混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制兩方面對(duì)三峽三期工程大壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制方法、措施及技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行總結(jié).

1 混凝土原材料質(zhì)量控制

水泥和粉煤灰、外加劑、砂石骨料等各種原材料的質(zhì)量直接決定著大壩混凝土的施工質(zhì)量.下面分別從這3個(gè)方面進(jìn)行介紹.

1.1 水泥、粉煤灰質(zhì)量控制

三峽大壩混凝土采用初期強(qiáng)度高、初凝期長(zhǎng)、發(fā)熱量低、含堿量低、塑性性能好的特制大壩水泥[1].三峽三期工程大壩混凝土中摻用Ⅰ級(jí)粉煤灰,以更好地降低混凝土用水量及提高混凝土的和易性,從而解決了四級(jí)配混凝土用水量過(guò)高帶來(lái)的不利影響,改善了膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)接及下料時(shí)容易出現(xiàn)的堵料現(xiàn)象.水泥、粉煤灰質(zhì)量控制的主要措施如下.

1.1.1 優(yōu)選供應(yīng)廠商

招標(biāo)前組織專家對(duì)水泥、粉煤灰廠家進(jìn)行實(shí)地考察,從原材料品質(zhì)、成品質(zhì)量狀況、設(shè)備生產(chǎn)供應(yīng)能力、生產(chǎn)規(guī)模、試驗(yàn)條件、管理水平等方面進(jìn)行全面分析,在判斷電廠是否具備Ⅰ級(jí)粉煤灰條件時(shí),還要看機(jī)組大小、燃煤與機(jī)組的匹配性、鍋爐的高度與容積、爐溫、電收塵的級(jí)數(shù)及運(yùn)行狀況等,從而掌握第一手資料,保證招標(biāo)所選廠家的合理性[2].

1.1.2 選擇多個(gè)中標(biāo)人

三峽工程水泥溫控標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán),供應(yīng)過(guò)程中不免出現(xiàn)個(gè)別廠某批次水泥敏感性指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象,此時(shí)需暫停該廠供應(yīng)并啟動(dòng)后備廠頂替供應(yīng).此外,若僅有1家水泥供應(yīng)商,在工程建設(shè)突現(xiàn)局部高峰急需原材料時(shí),其生產(chǎn)物流組織將承受巨大壓力,甚至有中斷供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn).粉煤灰供應(yīng)商實(shí)際月生產(chǎn)能力有時(shí)達(dá)不到承諾的供應(yīng)能力,若以供應(yīng)商承諾的供應(yīng)能力來(lái)安排生產(chǎn)計(jì)劃,可能會(huì)造成供應(yīng)緊張的嚴(yán)重局面[3].因此,水泥至少選2家供應(yīng)商，粉煤灰至少選3家供應(yīng)商為中標(biāo)單位,以保障水泥及粉煤灰的正常供應(yīng).例如三峽三期工程水泥由葛洲壩廠、華新廠和石門廠3家供應(yīng),粉煤灰由山東鄒縣電廠、湖北襄樊電廠和武漢陽(yáng)邏電廠供應(yīng).

1.1.3 強(qiáng)化廠家質(zhì)量意識(shí)

粉煤灰是火力發(fā)電的副產(chǎn)品,其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益往往不被大型電廠重視,而粉煤灰質(zhì)量對(duì)水工混凝土的意義重大,故廠家要強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí),將粉煤灰看作是本廠的正式產(chǎn)品,從戰(zhàn)略上重視粉煤灰的質(zhì)量.在三峽三期工程施工中,業(yè)主設(shè)備物資部門組織科研、設(shè)計(jì)單位的專家多次到中標(biāo)廠家與有關(guān)人員座談,反復(fù)詳細(xì)說(shuō)明粉煤灰在三峽工程混凝土中的重要作用,使廠家認(rèn)識(shí)到發(fā)電的全過(guò)程就是粉煤灰生產(chǎn)的全過(guò)程,控制粉煤灰質(zhì)量責(zé)任重大.

1.1.4 嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)

業(yè)主委托或組建質(zhì)檢部門對(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前的水泥、粉煤灰進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè).組織專家不定期赴廠家檢查質(zhì)量控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況,幫助解決質(zhì)量控制中的難題.定期組織現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中心及各供應(yīng)廠家實(shí)驗(yàn)室參加的水泥、粉煤灰檢測(cè)對(duì)比活動(dòng),統(tǒng)一試驗(yàn)方法,提高檢測(cè)水平,減少質(zhì)量爭(zhēng)議.例如,業(yè)主委托國(guó)家水泥質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)督中心(以下簡(jiǎn)稱“中心”)對(duì)水泥質(zhì)量進(jìn)行駐廠檢測(cè)[4].

1)“中心”駐廠檢測(cè)監(jiān)督人員對(duì)工廠出磨和出廠水泥的敏感性指標(biāo)MgO，K2O，Na2O以及SO3進(jìn)行檢測(cè),對(duì)出廠水泥的每個(gè)編號(hào)樣品進(jìn)行檢測(cè),對(duì)出磨水泥按每日每臺(tái)磨的平均樣進(jìn)行檢測(cè).當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)較大,“中心”駐廠人員會(huì)同駐廠監(jiān)理一起向廠方提出,監(jiān)督廠方查找原因,及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整改進(jìn),保證出廠水泥質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和三峽工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求.2005年1—10月期間,檢測(cè)中熱水泥總樣品數(shù)量:葛洲壩廠291個(gè)，華新廠363個(gè)，石門廠404個(gè).經(jīng)檢測(cè)統(tǒng)計(jì),3個(gè)廠家出廠的中熱水泥的敏感性指標(biāo)及SO3全部符合三峽工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求.

2)“中心”駐廠人員協(xié)同駐場(chǎng)監(jiān)理,每月對(duì)3個(gè)廠家的出廠水泥分別抽取1～4個(gè)出廠編號(hào)的樣品(平均樣或瞬間樣),寄送“中心”總部進(jìn)行全套性能和成分檢驗(yàn).2005年1—10月期間，抽檢中熱水泥樣品數(shù)量:葛洲壩廠17個(gè),華新廠16個(gè),石門廠25個(gè),檢驗(yàn)結(jié)果全部符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 200—2003和三峽工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求.

3)業(yè)主委托的駐廠監(jiān)理每日對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程中各質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行巡視檢查,掌握原材料、半成品、成品的質(zhì)量.當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中存在可能影響水泥質(zhì)量的問(wèn)題時(shí),及時(shí)與廠方有關(guān)人員商討,提出意見和建議,保證生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及時(shí)得到解決.同時(shí),駐廠監(jiān)理還向廠方提出提高中熱水泥質(zhì)量和穩(wěn)定質(zhì)量的有效工藝措施.如要求廠方穩(wěn)定熟料成分,增加熟料和水泥的庫(kù)存量,提高水化熱和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性等.使廠方及時(shí)加強(qiáng)水泥工藝控制,并找出強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果偏高和水化熱測(cè)試結(jié)果偏低的原因.

1.1.5 建立質(zhì)量保障系統(tǒng)

供應(yīng)商必須建立完善的水泥或粉煤灰質(zhì)量保障系統(tǒng),建立能夠切實(shí)完成水泥或粉煤灰質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)的實(shí)驗(yàn)室.水泥和粉煤灰必須經(jīng)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)檢合格后方可出廠.對(duì)許多電廠來(lái)說(shuō),從未有過(guò)如此大規(guī)模地生產(chǎn)和銷售Ⅰ級(jí)粉煤灰,也未做過(guò)全面的質(zhì)量控制,有些廠家甚至不知如何起步.因此要給予技術(shù)支持和指導(dǎo),安排廠家的試驗(yàn)人員到長(zhǎng)江科學(xué)院三峽工程粉煤灰質(zhì)量檢測(cè)站或業(yè)主試驗(yàn)中心接受培訓(xùn),業(yè)主設(shè)備物資部不定期派人到廠家檢查質(zhì)量控制情況并幫助解決生產(chǎn)和質(zhì)量檢測(cè)中遇到的問(wèn)題.

1.1.6 粉煤灰調(diào)度時(shí)注意粉煤灰之間、粉煤灰與水泥之間的適應(yīng)性

在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中,一個(gè)拌和系統(tǒng)甚至一座拌和樓很難避免同時(shí)使用2～3個(gè)電廠的粉煤灰.由于供灰電廠分布地域不同,煤質(zhì)有區(qū)別,雖然按同一標(biāo)準(zhǔn)控制質(zhì)量,但粉煤灰的性狀不可能完全達(dá)到一致.為此,每一種粉煤灰和水泥搭配都要做混凝土配合比試驗(yàn).在調(diào)配粉煤灰時(shí),綜合考慮上述各種因素和混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果,將相容性好的水泥和粉煤灰調(diào)配在同一拌和系統(tǒng)中粉煤灰和拌和系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系一經(jīng)確定,就不再變更,以免拌和樓頻繁調(diào)整混凝土配合比.

1.1.7 制定嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)

三峽工程所用的水泥和粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)均嚴(yán)于國(guó)內(nèi)外同類工程.水泥方面，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求熟料堿含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)≤0.8%，而三峽工程要求熟料堿含量不得超過(guò)0.5%,另外還要求水泥堿含量不得超過(guò)0.6%.為補(bǔ)償混凝土的收縮,特別規(guī)定了MgO含量的下限為3.5%.粉煤灰采用Ⅰ級(jí)灰,摻量一般為20%～40%,盡可能采用Ⅰ級(jí)優(yōu)質(zhì)灰[5].三峽三期工程混凝土摻用粉煤灰技術(shù)要求見表1.

表1 三峽三期工程混凝土摻用粉煤灰技術(shù)要求

1.2 外加劑質(zhì)量控制

外加劑現(xiàn)已成為混凝土中除水泥、砂石骨料、摻和料和水以外的第5種必備材料組分.目前水工混凝土常用的外加劑有:引氣劑、緩凝劑、泵送劑、普通減水劑、高效減水劑、緩凝減水劑、緩凝高效減水劑、引氣減水劑等.摻入外加劑能夠提高混凝土質(zhì)量、調(diào)整混凝土凝結(jié)時(shí)間、減少水泥用量、提高混凝土各項(xiàng)物理力學(xué)性能、增強(qiáng)混凝土對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力等[6].相對(duì)于其他原材料而言,外加劑摻量雖然較少,但對(duì)混凝土質(zhì)量影響很大,因此,需對(duì)外加劑質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制.

1.2.1 優(yōu)選外加劑品種

外加劑應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求優(yōu)選,并根據(jù)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的適應(yīng)性試驗(yàn)論證確定.三峽三期工程在選用外加劑時(shí),在對(duì)近30個(gè)外加劑生產(chǎn)廠家的30多個(gè)品種初選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合三期工程的原材料特性,對(duì)初選產(chǎn)品進(jìn)行了全面的混凝土適應(yīng)性試驗(yàn),最終優(yōu)選出了JG3、X404緩凝高效減水劑及JM-II泵送劑等[7].

1.2.2 嚴(yán)控外加劑摻量

外加劑摻量必須遵照有關(guān)規(guī)定和試驗(yàn)結(jié)果確定,切不可隨意添加,添加過(guò)量外加劑可能引起工程質(zhì)量事故.一個(gè)大中型工程摻用同類外加劑的品種宜為1～2種,并由專門生產(chǎn)廠家供應(yīng).一般情況下,在工程施工中不隨便更換外加劑品種.

1.2.3 做好外加劑的貯存

液體外加劑放置于陰涼干燥處,防止日曬、污染、受凍或蒸發(fā),如有沉淀等現(xiàn)象,經(jīng)性能檢驗(yàn)合格后方可使用.粉狀外加劑在儲(chǔ)存過(guò)程中注意防潮,若有受潮結(jié)塊等現(xiàn)象,經(jīng)性能檢驗(yàn)合格后,烘干碾碎并通過(guò)0.63 mm篩后方可使用.拌和廠外加劑調(diào)配點(diǎn)堆存適量的外加劑,以滿足混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度需要為準(zhǔn).外加劑按不同品種及不同供貨單位分別存放,標(biāo)識(shí)清楚.當(dāng)對(duì)外加劑質(zhì)量有懷疑時(shí),必須進(jìn)行試驗(yàn)鑒定,嚴(yán)禁使用變質(zhì)的外加劑.

1.2.4 加強(qiáng)外加劑的檢驗(yàn)

檢驗(yàn)供貨單位提供的技術(shù)文件:產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品說(shuō)明書(標(biāo)明產(chǎn)品主要成分)、出廠檢驗(yàn)報(bào)告、質(zhì)量保證資料及摻外加劑混凝土性能檢測(cè)報(bào)告等.外加劑到場(chǎng)后立即取代表性樣品進(jìn)行檢驗(yàn),進(jìn)貨與工程試配一致時(shí)方可入庫(kù)使用.

1.3 砂石骨料質(zhì)量控制

三峽三期工程大壩混凝土澆筑總量約280萬(wàn)m3,工程規(guī)模巨大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),為了給高強(qiáng)度的混凝土施工提供優(yōu)質(zhì)的砂石骨料,對(duì)砂石骨料采取了如下質(zhì)量控制措施.

1.3.1 反復(fù)核實(shí)人工骨料料源

三峽三期工程大壩混凝土施工需要的砂石骨料數(shù)量巨大,骨料料源選擇將直接影響工程質(zhì)量和工程造價(jià),為此需要對(duì)料源進(jìn)行長(zhǎng)期的勘測(cè)、試驗(yàn)研究及比選分析,尋找技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越的砂石料源.試驗(yàn)研究過(guò)程中,要確保粗粒徑骨料強(qiáng)度及其他物理力學(xué)指標(biāo)滿足混凝土設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)格控制軟弱顆粒以及針片狀顆粒的含量及無(wú)定型二氧化硅比率等.在優(yōu)選料源時(shí)要綜合考慮開采的難宜程度、施工總體布置、場(chǎng)內(nèi)外交通運(yùn)輸條件、工程實(shí)施條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等.如下岸溪人工砂石料場(chǎng),位于三峽右岸壩址下游12 km處,料場(chǎng)儲(chǔ)量可滿足三峽二、三期工程混凝土對(duì)人工砂石骨料的需求;巖石整體性能好、磨蝕指數(shù)大且抗壓強(qiáng)度高;斑狀花崗巖成砂性能好,產(chǎn)砂率達(dá)80%～85%;人工砂云母含量及細(xì)度模數(shù),混凝土熱學(xué)性能、力學(xué)性能及凍融耐久性試驗(yàn)結(jié)果均滿足三期工程的要求.

1.3.2 料場(chǎng)巖石開挖質(zhì)量控制

由于采石料場(chǎng)普遍覆蓋一層7～20 m厚度不一的風(fēng)化殼,為避免有用料源與覆蓋土混雜,料場(chǎng)應(yīng)自上而下分層開采,以弱風(fēng)化帶下部作為無(wú)用層與有用層的分界線,先剝離覆蓋土，然后開采毛料.

巖石質(zhì)量控制的措施[8-9]:①毛料采用分梯段開采,每梯段爆破2～3萬(wàn)m3,合理選擇爆破方法控制毛料的塊徑,將大塊率降低至2%以下;②爆塊開采前監(jiān)理人員嚴(yán)格審查爆破設(shè)計(jì)方案,嚴(yán)格鑒定爆破巖石等級(jí)和地質(zhì)情況;③剝離料區(qū)與毛料設(shè)立明顯的開挖分區(qū)標(biāo)志,界限模糊的部位全部作為剝離料;④在采挖毛料部位,特別是覆蓋剝離與毛料分界部位,監(jiān)理及質(zhì)檢人員跟蹤旁站檢查;⑤采石場(chǎng)作業(yè)采用掛牌作業(yè)制度,挖、裝、運(yùn)設(shè)備全部掛牌,以區(qū)分毛料和覆蓋土.

1.3.3 先進(jìn)的砂石料生產(chǎn)設(shè)備

三峽三期工程砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)選配了國(guó)際一流的先進(jìn)破碎及制砂設(shè)備,保證了砂石料質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良水平[10-11].如在下岸溪砂石加工系統(tǒng)中,超細(xì)碎車間選配了B9000、B9100立軸式?jīng)_擊破碎機(jī),細(xì)碎車間選配了HP-500ST-F圓錐破碎機(jī),粗碎車間選配了50-65MK-II旋回破碎機(jī)等.下岸溪砂石加工系統(tǒng)骨料生產(chǎn)流程及設(shè)備配置如圖1所示.

圖1 下岸溪砂石加工系統(tǒng)骨料生產(chǎn)流程及設(shè)備配置

1.3.4 Barmac破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂新工藝

Barmac是破碎機(jī)中的新貴族,利用高速轉(zhuǎn)子將物料拋入破碎腔內(nèi),與另一部分直接溢入破碎腔的物體撞擊,達(dá)到破碎的目的.Barmac破碎機(jī)性能穩(wěn)定,砂的細(xì)度模數(shù)、粒形均滿足規(guī)范要求,與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂可較好地調(diào)整篩分車間的石屑,更好地控制成品砂的質(zhì)量[12].Barmac與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂流程示意圖如圖2所示.

①，②，…，⑦—膠帶機(jī)；a—棒磨機(jī)；b—螺旋洗砂機(jī)；c—振動(dòng)篩；d—Bac9000制砂機(jī)

1.3.5 粗骨料超、遜徑控制

毛料加工過(guò)程中,骨料超、遜徑比率過(guò)大是降低混凝土質(zhì)量的重要因素,因此必須嚴(yán)控人工碎石的超徑和遜徑.粗骨料超、遜徑控制的主要措施有:①生產(chǎn)過(guò)程中每隔3 h檢測(cè)粗骨料的級(jí)配及超、遜徑,以便及時(shí)調(diào)整預(yù)篩分和篩分篩網(wǎng)的孔徑及圓振篩角度,使之達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)以及增大振幅[13];②設(shè)置緩降器,在各卸料斗設(shè)置柔性材料,減少碎石在跌落過(guò)程中的破損;③周期性地更換篩網(wǎng),每生產(chǎn)50 t更換一次,確保篩網(wǎng)不疲勞工作和損壞.

1.3.6 人工砂細(xì)度模數(shù)控制

人工砂的細(xì)度模數(shù)調(diào)整到不大于2.8[14].在裝車平臺(tái)堆場(chǎng)檢測(cè)砂的細(xì)度模數(shù),若發(fā)現(xiàn)細(xì)度模數(shù)偏差超過(guò)規(guī)范要求,及時(shí)反饋到生產(chǎn)車間,調(diào)整設(shè)備組合.若細(xì)度模數(shù)偏大,調(diào)整棒磨機(jī)進(jìn)料粒徑、進(jìn)料量、裝棒量或調(diào)整篩分樓的開機(jī)組數(shù),調(diào)整生產(chǎn)量[9].

1.3.7 人工砂含水率控制

為了使進(jìn)入拌和樓的人工砂含水率降低到規(guī)定范圍內(nèi)(≤6%)且穩(wěn)定,采取了如下質(zhì)量控制措施[9]:①機(jī)械脫水與自然脫水相結(jié)合,在篩分樓洗砂機(jī)出口下部安裝直線振動(dòng)篩脫水，可使人工砂含水率降低10%左右,人工砂下料、堆存和取料分開進(jìn)行,堆存脫水3～5 d后可使含水率降低至6%以內(nèi);②在成品砂倉(cāng)底部澆筑混凝土地板,增加盲溝排水設(shè)施并定期清理,在倉(cāng)頂部搭設(shè)防雨棚;③分倉(cāng)運(yùn)行,堆土機(jī)喂料,延長(zhǎng)砂的脫水時(shí)間;④在成品砂石料皮帶地弄搭設(shè)截水槽或截水板,避免地弄廊道頂板漏水進(jìn)入輸送帶.

1.3.8 人工砂石粉含量控制

人工砂石粉含量及摻入石粉的均勻性,會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生影響,為此業(yè)主試驗(yàn)中心開展了人工砂不同石粉含量對(duì)混凝土性能的影響試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果表明：人工砂石粉含量為12.5%～16.5%時(shí),在固定水膠比和坍落度條件下,常態(tài)混凝土用水量基本不變,含氣量隨石粉含量增加而降低,抗壓強(qiáng)度略有提高,而劈裂強(qiáng)度及抗凍性基本一致；但人工砂石粉含量超過(guò)15%時(shí),混凝土28 d極限拉伸值有所降低,28 d干縮隨人工砂石粉含量增加而增加,說(shuō)明人工砂石粉含量超過(guò)一定量后對(duì)混凝土性能有一定的不利影響.三峽二期工程平均石粉含量約為12.8%(標(biāo)準(zhǔn)要求石粉含量按10%～17%控制),根據(jù)試驗(yàn)成果及專家意見,提出三期人工砂石粉含量按10%～13%控制,并確保石粉含量的均勻性[15].

2 混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制

在混凝土生產(chǎn)工藝方面,若稱量精準(zhǔn)度達(dá)不到規(guī)定要求、攪拌混凝土?xí)r多加水、攪拌不均勻、拌和時(shí)間不夠等都將嚴(yán)重降低混凝土的質(zhì)量.為保證混凝土拌和物出機(jī)口溫度、坍落度、含氣量、強(qiáng)度等指標(biāo)滿足質(zhì)量要求,混凝土生產(chǎn)過(guò)程中采取如下質(zhì)量控制措施.

2.1 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

三峽工程混凝土種類繁多,針對(duì)不同的使用特性,在配合比參數(shù)的選擇上側(cè)重點(diǎn)不同,且配合比設(shè)計(jì)是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程.三峽二期工程初期大體積內(nèi)部混凝土采用高粉煤灰摻量(35%～40%)和緩凝高效減水劑(ZB-1A,0.6%),降低了水泥水化熱溫峰2.37 ℃,延緩水化熱溫峰出現(xiàn)時(shí)間10 h.對(duì)大體積外部混凝土,采用緩凝高效減水劑和引氣劑(DH9)復(fù)合并摻入適量粉煤灰(30%～35%),使外部混凝土抗凍融能力大于250次,28 d抗?jié)B性大于S10.對(duì)抗沖耐磨混凝土,采用引氣劑+高效減水劑+少量粉煤灰(20%)的配合比,改善了混凝土拌和物和易性和耐久性[16].在泄洪壩段施工階段,通過(guò)選用具有微膨脹性質(zhì)的中熱525#硅酸鹽水泥，摻用需水量比小的Ⅰ級(jí)粉煤灰及調(diào)整混凝土砂率(三級(jí)配混凝土減少2%,四級(jí)配混凝土減少1%)等，配合比優(yōu)化后,混凝土單位用水量減少了5～9 kg/m3,膠凝材料用量降低了16～20 kg/m3,為混凝土溫控提供了良好的條件[17].

三峽三期工程在總結(jié)二期工程的基礎(chǔ)上對(duì)混凝土配合比做了進(jìn)一步優(yōu)化.2003年7月,經(jīng)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)提出了第1期施工配合比,一方面對(duì)塔帶機(jī)澆筑的四級(jí)配特大石(150～80 mm)比例做了統(tǒng)一規(guī)定(20%～25%);另一方面,對(duì)配合比參數(shù)做了適當(dāng)調(diào)整,將相鄰部位或相近標(biāo)號(hào)的混凝土配合比進(jìn)行了合并,例如基礎(chǔ)與水上、水下外部混凝土合并，R28250與R90300合并，R28350與R90400合并,簡(jiǎn)化了配合比種類,減少了拌和樓生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的干擾,同時(shí)對(duì)提高大壩整體均勻性有利.2003年9月,根據(jù)混凝土生產(chǎn)抽樣結(jié)果及試驗(yàn)成果,對(duì)施工配合比進(jìn)行了調(diào)整,減少了砂率和用水量.例如將大壩四級(jí)配混凝土砂率調(diào)整為26%～27%,三級(jí)配混凝土砂率調(diào)整為30%～31%;通過(guò)選用Ⅰ級(jí)粉煤灰、優(yōu)質(zhì)高效減水劑和引氣劑聯(lián)合技術(shù),綜合減水率高達(dá)30%以上,使四級(jí)配混凝土用水量由原來(lái)的111 kg/m3降至85 kg/m3.此后,為減少倉(cāng)面浮漿,減輕泌水,又對(duì)個(gè)別配合比進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,并陸續(xù)增加使用低熱水泥及聚羧酸類減水劑.2005年12月,三期大壩工程采用了統(tǒng)一的施工配合比,以便于混凝土生產(chǎn)調(diào)配和施工管理[18].

2.2 稱量設(shè)備定期檢測(cè)

混凝土原材料稱量的準(zhǔn)確性,將直接對(duì)混凝土配合比及拌和物和易性產(chǎn)生影響,所以稱量設(shè)備的定期校驗(yàn)是保證混凝土質(zhì)量的重要措施.三峽工程規(guī)定原材料稱量允許偏差:水泥、粉煤灰為±1%,粗、細(xì)骨料為±2%,水、外加劑為±1%.三峽三期工程混凝土生產(chǎn)中,規(guī)定每一工作班正式稱量前必須對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行零點(diǎn)校核,計(jì)量器的校驗(yàn)周期最長(zhǎng)不超過(guò)7 d,從而有效地減小了系統(tǒng)誤差.

2.3 冷風(fēng)機(jī)沖霜

當(dāng)冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后,其蒸發(fā)器表面因大量灰塵粘附而結(jié)上厚厚的霜層,極大降低了冷風(fēng)機(jī)的熱交換效果,導(dǎo)致出機(jī)口混凝土拌和物超溫.三期工程150 m高程拌和系統(tǒng)一、二次風(fēng)冷每次交接班時(shí)沖霜45 min(水洗30 min,瀝水15 min),兩次風(fēng)冷系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)的沖霜時(shí)間前后錯(cuò)開至少0.5 h,有效地緩解了出機(jī)口的超溫現(xiàn)象[19].

2.4 二次砸石測(cè)溫

在夏季混凝土生產(chǎn)中,由于溫控混凝土需求量大,常常會(huì)出現(xiàn)骨料冷卻不徹底、冷卻時(shí)間不足的問(wèn)題,導(dǎo)致大骨料“皮焦里生”,表現(xiàn)為混凝土拌和物出樓后溫度快速回升,不利于混凝土溫控.施工現(xiàn)場(chǎng)采用每班二次砸石測(cè)溫檢查及加強(qiáng)骨料入倉(cāng)預(yù)冷時(shí)間檢查的措施,確保骨料冷透.

2.5 混凝土拌和工藝控制

拌和系統(tǒng)正式投產(chǎn)前要進(jìn)行混凝土試拌,以確定最佳拌和時(shí)間和最優(yōu)的投料順序.拌和前檢查砂的含水率,當(dāng)砂的含水率大于6%或脫水時(shí)間小于72 h時(shí),停止拌制.摻和料(如粉煤灰等)摻合均勻.控制水泥進(jìn)罐溫度在60 ℃以內(nèi).骨料二次篩分時(shí)不再淋水，以避免預(yù)冷骨料時(shí)凍倉(cāng).定期檢驗(yàn)拌和物的均勻性、拌和時(shí)間、拌和機(jī)及葉片的磨損情況等.

2.6 混凝土出機(jī)口溫度、坍落度、含氣量控制

嚴(yán)控出機(jī)口溫度:混凝土生產(chǎn)中采用了二次風(fēng)冷骨料、加片冰及加冷水拌和混凝土的施工工藝[20];夏季混凝土生產(chǎn)時(shí),兩次風(fēng)冷骨料終溫及料倉(cāng)料位每1 h檢測(cè)1次,混凝土出機(jī)口溫度每0.5 h檢測(cè)1次,若超過(guò)允許偏差及時(shí)調(diào)整,超過(guò)2 ℃以上則作廢料處理;為避免拌和樓小石凍倉(cāng),在略提高小石風(fēng)溫的基礎(chǔ)上,按風(fēng)冷40 min、停20 min的方法控制,同時(shí)對(duì)小石終溫加密檢測(cè),溫度回升至4 ℃以上則開冷風(fēng)[21].

坍落度控制:骨料在生產(chǎn)、運(yùn)輸以及攪拌過(guò)程中可能會(huì)不同程度地改變骨料的級(jí)配,而骨料級(jí)配的變化會(huì)直接影響混凝土的坍落度,故在骨料下料口檢測(cè)骨料級(jí)配,以便及時(shí)調(diào)整;嚴(yán)格控制砂的細(xì)度模數(shù)在2.6±0.2的范圍內(nèi)[5];混凝土出機(jī)后決不允許加水,若坍落度過(guò)小可按每1 m3混凝土加2 L增塑劑調(diào)試,達(dá)不到和易性要求則按廢料處理.

三期工程混凝土出機(jī)口含氣量控制在4.5%～5.5%,若含氣量達(dá)不到要求,則及時(shí)調(diào)整引氣劑劑量.

2.7 骨料溫度檢測(cè)手段的改進(jìn)

三峽三期工程拌和系統(tǒng)在兩次風(fēng)冷的骨料倉(cāng)內(nèi)裝備了多點(diǎn)式溫度檢測(cè)儀,用于自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)出冷風(fēng)的溫度;在調(diào)節(jié)料倉(cāng)下部廊道出口安裝遠(yuǎn)紅外自動(dòng)測(cè)溫裝置,可以自動(dòng)探測(cè)一次風(fēng)冷的骨料溫度;用手持遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀檢測(cè)二次風(fēng)冷骨料終溫及機(jī)口溫度,手持遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀要及時(shí)更換電池,不定期用水銀溫度計(jì)校核.骨料溫度檢測(cè)手段的改進(jìn),不僅提高了檢測(cè)效率,而且保證了溫控調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性.

2.8 混凝土生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)

混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑系統(tǒng)涉及大量的施工設(shè)備,關(guān)鍵設(shè)備的工況直接影響混凝土的施工質(zhì)量和生產(chǎn)效率.為及時(shí)準(zhǔn)確地將關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)信息反饋給工作人員,三峽工程施工單位開發(fā)了混凝土生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)并獲得成功應(yīng)用.檢測(cè)系統(tǒng)工作原理:各檢測(cè)機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)傳感器實(shí)時(shí)采集各種數(shù)據(jù),并在各自的控制機(jī)上予以處理;各檢測(cè)機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)將數(shù)據(jù)分類加載到相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),監(jiān)控工作站利用數(shù)據(jù)生成各種現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)畫面,管理工作站和調(diào)度工作站利用檢測(cè)機(jī)數(shù)據(jù)或調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)完成生產(chǎn)優(yōu)化和管理.該檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用為工程技術(shù)人員分析混凝土生產(chǎn)質(zhì)量事故原因提供了第一手資料,也為設(shè)備維修提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[21].混凝土生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示.

圖3 混凝土生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)

2.9 混凝土生產(chǎn)與輸運(yùn)車輛控制系統(tǒng)

在多品種混凝土同時(shí)運(yùn)輸?shù)那樾蜗?需要對(duì)其正確標(biāo)識(shí)并正確裝車.傳統(tǒng)的標(biāo)識(shí)方法是在車輛的前部顯著位置插不同顏色小旗、貼不同符號(hào)紙片或系草束等,然而這些方法易于出錯(cuò),再加上車輛不按序排隊(duì),致使拉錯(cuò)料及卸錯(cuò)料的發(fā)生,帶料人員稍不注意就會(huì)嚴(yán)重影響大壩混凝土的質(zhì)量.為此,三峽三期工程采用了混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸車輛控制系統(tǒng),成功應(yīng)用在左、右岸拌和系統(tǒng).

混凝土生產(chǎn)與輸運(yùn)車輛控制如圖4所示,該系統(tǒng)由車輛識(shí)別、生產(chǎn)調(diào)度中心、混凝土配合比管理、電控系統(tǒng)及拌和樓組成.其工作原理為[22]:當(dāng)裝有條形識(shí)別碼的車輛按交通紅綠燈指示進(jìn)入識(shí)別區(qū)后,識(shí)別棚的光電識(shí)別裝置將條形碼信息傳送至主控制機(jī),經(jīng)識(shí)別后主控制機(jī)一方面控制拌和樓按條碼信息生產(chǎn)混凝土,一方面開啟欄桿放行車輛;車輛進(jìn)入指定車道后,主控制機(jī)自動(dòng)控制調(diào)度中心的控制臺(tái),關(guān)閉識(shí)別棚欄桿及相應(yīng)車道欄桿防止其他車輛直入.混凝土生產(chǎn)與輸運(yùn)車輛控制系統(tǒng)可使拌和樓形成資源互補(bǔ),提高拌和樓的生產(chǎn)效率,減少人為操作失誤,生產(chǎn)質(zhì)量受控有序.

圖4 混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸車輛控制系統(tǒng)

3 結(jié) 語(yǔ)

大壩混凝土質(zhì)量問(wèn)題許多是在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)引起的.混凝土生產(chǎn)包括原材料準(zhǔn)備及拌和生產(chǎn)兩個(gè)方面,任何一方面降低質(zhì)量要求都將導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及其他力學(xué)指標(biāo)降低,容易造成工程質(zhì)量缺陷,甚至引發(fā)工程事故.文中從混凝土原材料質(zhì)量控制和混凝土拌和生產(chǎn)質(zhì)量控制兩方面總結(jié)了三峽三期工程大壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制的方法、措施及技術(shù)創(chuàng)新.該研究完善了我國(guó)混凝土施工質(zhì)量控制技術(shù)體系,為混凝土壩的快速、高質(zhì)量施工及建造無(wú)裂縫大壩奠定了基礎(chǔ).

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(責(zé)任編輯：陳海濤)

Quality Control of Dam Concrete Production for the Third Phase in the Three Gorges Project

WANG Bo1, GAO Junyan2, NIE Xiangtian1

(1.Hohai University, Nanjing 210098, China; 2.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China)

Many quality problems of dam concrete construction appear in the production process. Concrete production consists of two steps, namely raw materials preparation and mixing production. If quality requirements in any step is dropped, the strength grade and mechanical indexes of concrete will also drop, which will easily cause quality defects, and will even cause engineering accident. However, high-quality dam of the third phase engineering in the Three Gorges Project was constructed, and the miracle of no crack dam was created. In the paper, the methods, measures and technology innovation of quality control in dam concrete production were elaborated from the aspects of concrete raw materials and concrete mixing production in the third phase of the Three Gorges Project. The quality control methods of cement, fly ash, admixtures and aggregates were elaborated at the aspect of concrete raw materials. At the aspect of quality control in concrete mixing and production, these measures of quality control were discussed, such as optimal design of concrete mix proportion, regular testing of weighing equipment, water defrosting for air cooler, secondary smashing stone for temperature measurement, concrete mixing processes, concrete machine-outlet temperature, slump, air content control, the improvement of aggregate temperature detection means, concrete production process testing system and concrete production-transport vehicle control system.

no crack dam; concrete production; quality control; raw materials; concrete mixture ratio

2014-12-26

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司科研資助項(xiàng)目(2013KJ-01).

王 博(1987—),男,河南南陽(yáng)人,博士研究生,主要從事水利水電工程建設(shè)與管理方面的研究. 郜軍艷(1988—),女,河南新鄉(xiāng)人,碩士,主要從事工程項(xiàng)目管理方面的研究. 聶相田(1962—),男,山西原平人,教授,博導(dǎo),博士,主要從事工程項(xiàng)目管理方面的研究.

10.3969/j.issn.1002-5634.2015.01.006

TV523

A

1002-5634(2015)01-0025-08