砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩密實度影響因素探討

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

使用表觀密度表征砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩體密實度，表觀密度是膠凝材料壩體施工質量控制的重要指標，它不僅反映強度、耐久性要求，也是砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩體，尤其是重力壩自身穩(wěn)定的要求。占膠凝體60%以上粗骨料中砂巖原巖的強度、密度，加工后的粒徑、粒形、級配，以及配合比、施工工藝等都對砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩體表觀密度有影響。根據(jù)金雞溝水庫砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩筑壩技術課題研究開展的“砂巖+卵石混合骨料混合比試驗”和“膠凝材料壩變形及抗滑穩(wěn)定特性研究”中澆筑的試驗壩體質量檢測成果，揭示砂巖粗骨料表觀密度、砂巖粗骨料粒形和砂巖+卵石混合骨料膠凝材料試驗壩體施工質量為影響膠凝材料壩表觀密度的主要因素，即是砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩密實度主要影響因素。

1 砂巖粗骨料表觀密度影響

金雞溝水庫膠凝砂礫石碾壓壩體采用砂巖+卵石混合骨料，開展了砂巖+卵石混合骨料筑壩技術課題研究，進行了“砂巖+卵石骨料不同混合比試驗”及“試驗壩體變形特性和抗滑穩(wěn)定試驗研究”等。中國水利科學研究院通過試驗研究，砂巖+卵石骨料不同混合比試驗推薦膠材用量水泥為60kg/m3、粉煤灰60kg/m3，加水量80kg/m3，砂巖+卵石骨料配選如下：

(1)砂巖+卵石骨料5∶5混合比的C1808配比。砂巖骨料占50%，各粒級分別為：特大石18.1%，大石18.1%，中石7.7%，小石3.4%，砂2.7%(為一次破碎骨料級配結果)；卵石骨料占50%，其中卵石破碎砂占22.3%，中石占16.6%，小石11.1%。

(2)砂巖+卵石骨料6∶4混合比的C1808配比。砂巖骨料占60%，各粒級分別為：特大石21.7%，大石21.7%，中石9.2%，小石4.1%，砂3.3%(為一次破碎骨料級配結果)；卵石骨料占40%，其中卵石破碎砂占21.70%，中石占11.0%，小石7.3%。

(3)砂巖+卵石骨料7∶3混合比的C1808配比。砂巖骨料占70%，各粒級分別為：特大石25.3%，大石25.3%，中石10.6%，小石4.1%，砂4.7%(為一次破碎骨料級配結果)；卵石骨料占30%，其中卵石破碎砂占20.3%，中石占5.8%，小石3.9%。

砂巖+卵石骨料不同混合比試驗使用的原材料均進行了品質檢測，均滿足相關要求，其表觀密度檢測結果見表1。

表1 原材料表觀密度檢測結果

砂巖+卵石骨料砂、石的綜合表觀密度根據(jù)使用占比按下式分別計算。

根據(jù)水泥、粉煤灰、加水量及假設混凝土含氣量為5%，砂率25%，及以上計算的砂、石綜合表觀密度，按絕對體法計算1m3混凝土砂石用量及膠凝材料壩體表觀密度，計算公式如下，計算成果見表2。

表2 砂巖+卵石骨料混合比試驗材料用量及膠凝材料壩體表觀密度計算

ms=Vs、Svρs

mg=Vs、(1-Sv)ρg

從上面的理論計算可知，砂巖骨料每增加10%，砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩體表觀密度減小0.5%，當砂巖骨料達到70%時，膠凝砂礫石表觀密度小于2220kg/m3，對混合骨料膠凝材料重力壩穩(wěn)定非常不利。砂巖表觀密度低，影響著砂巖+卵石混合骨料膠凝材料壩體表觀密度，砂巖用作骨料使用量越多，膠凝材料壩體表觀密度越小，砂巖+卵石骨料混合比與膠凝材料壩體表觀密度關系詳見圖1。

圖1 砂巖+卵石骨料混合比與膠凝材料壩體表觀密度關系

2 砂巖粗骨料粒形影響

為研究砂巖骨料粒形對膠凝砂礫石表觀密度的影響，按砂巖加工一次破碎骨料和人工分選的等粒狀砂巖骨料兩類砂巖骨料分別進行試驗。砂巖+卵石骨料試驗壩體按推薦的三種混合比配成六組混合骨料進行最大振實密度試驗，試驗結果見表3。

表3 砂巖+卵石混合骨料最大振實密度試驗

由表3可以看出，一次破碎的砂巖+卵石骨料試驗壩體按推薦的三種混合比配成的混合骨料最大振實密度為2050kg/m3，等粒狀的砂巖+卵石骨料試驗壩體按推薦的三種混合比配成的混合骨料最大振實密度為2160kg/m3，兩者相比表明，砂巖骨料粒形對膠凝砂礫石表觀密度的影響約有5%。

3 砂巖+卵石混合骨料膠凝砂礫石試驗壩體的表觀密度

砂巖+卵石骨料5∶5、6∶4、7∶3混合比膠凝砂礫石澆筑試驗壩體，采用試坑灌水法檢測試驗壩體的表觀密度，其檢測成果見表4。

表4 試驗壩體表觀密度檢測成果

圖2 不同試驗壩體平均(干)表觀密度

由表4試驗檢測成果與表2理論計算結果對比可知，膠凝砂礫石澆筑試驗壩體表觀密度比理論計算要小，主要是受料形及施工澆筑碾壓質量等控制，砂巖+卵石骨料6∶4澆筑試驗壩體表觀密度為2100kg/m3左右，砂巖骨料再增加，壩體表觀密度還要減小，并且不均性還會增加。不同混合比膠凝砂礫石澆筑試驗壩體現(xiàn)場直剪試驗加工推力墩照片見圖3、圖4、圖5，能直觀反映膠凝砂礫石澆筑試驗壩體密實性。

密實 較密實 欠密實

密實 較密實 欠密實

密實 較密實 欠密實

4 結語

(1)通過理論計算，砂巖+卵石骨料混合比膠凝砂礫石表觀密度，砂巖骨料每增加10%，膠凝砂礫石表觀密度減小0.5%。當砂巖骨料達到70%時，膠凝砂礫石表觀密度小于2220kg/m3，對膠凝砂礫石重力壩穩(wěn)定非常不利。理論計算說明砂巖表觀密度低，要影響用作骨料的使用量。

(2)一次破碎的砂巖+卵石骨料試驗壩體按推薦的三種混合比配混合骨料最大振實密度為2050kg/m3，等粒狀的砂巖+卵石骨料試驗壩體按推薦的三種混合比配混合骨料最大振實密度為2160kg/m3，兩者相比表明，砂巖骨料粒形對膠凝砂礫石表觀密度的影響約有5%。

(3)膠凝砂礫石澆筑試驗壩體表觀密度比理論計算要小，主要是受料形及施工澆筑碾壓質量等控制，砂巖+卵石骨料6∶4澆筑試驗壩體表觀密度為2100kg/m3左右，砂巖骨料再增加，壩體表觀密度還要減小，并且不均性還會增加。

(4)砂巖骨料的表觀密度、粒形和施工質量等都影響著砂巖+卵石骨料混合比膠凝砂礫石壩表觀密度。理論計算、粒形試驗和試驗壩體檢測成果均表明，砂巖骨料摻入不宜超過60%。