國外某水電工程天然砂礫石料使用可行性試驗(yàn)研究

方 偉，譚建軍

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

1 前言

國外某水電工程規(guī)模為一等大（1）型工程,總庫容13.58 億m3,為混合式開發(fā),以發(fā)電為主。樞紐永久建筑物主要有攔河大壩、泄洪消能系統(tǒng)、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)。攔河大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩,泄水建筑物由2 個泄洪表孔、2 個泄洪中孔及下游水墊塘和二道壩等消能防沖建筑物組成。發(fā)電廠房為岸邊式地面廠房,廠區(qū)樞紐由主機(jī)間、安裝間、上游副廠房、尾水平臺、尾水渠等建筑物組成。

該水電站為碾壓混凝土重力拱壩工程,主要混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為高程795 m以下大壩采用C9025W8F50 二級配、C9025W6F50 三級配混凝土,高程795 m以上大壩采用C9020W8F50 二級配,C9020W6F50 三級配混凝土。

2 研究背景及方法

該水電站采用的砂石骨料為現(xiàn)場砂石料場生產(chǎn)的天然砂礫石骨料,骨料均為篩分分級生產(chǎn),粗骨料分級為小石、中石、大石,砂子為水洗砂。骨料正式生產(chǎn)出來以后,發(fā)現(xiàn)粗骨料中存在部分骨料為風(fēng)化料。經(jīng)相關(guān)單位現(xiàn)場勘察和檢測：小石中的風(fēng)化料基本很少,可認(rèn)為無明顯影響；中石中略有風(fēng)化料,大石含有10%~15%的風(fēng)化料。該風(fēng)化料表面粗糙,空洞略多,外觀比中石差,但強(qiáng)度仍然比較高。其中,中石中含有2%左右的脆弱風(fēng)化骨料,大石中含有2%~4%的脆弱風(fēng)化骨料,此類脆弱風(fēng)化骨料對混凝土而言是有害物質(zhì)。

針對大石風(fēng)化料含量偏高,本次研究是在已有的碾壓混凝土配合比參數(shù)基礎(chǔ)上,開展全級配混凝土試件的成型,進(jìn)行兩種骨料的對比試驗(yàn)：一種為料場正常加工的天然砂礫石骨料（代號FH）,另一種為篩除風(fēng)化料的骨料（代號QH）。對兩種骨料配置的混凝土性能進(jìn)行對比分析。

3 原材料

3.1 水泥

水泥采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5 N硅酸鹽水泥,經(jīng)檢測,水泥的28 d抗壓強(qiáng)度較高,檢測結(jié)果見表1。檢測結(jié)果表明：CEM A-CⅠ42.5 N硅酸鹽水泥指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）標(biāo)準(zhǔn)中對P.O42.5 水泥品質(zhì)要求。

表1 水泥的物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用II級粉煤灰,粉煤灰檢測依據(jù)《水工混凝土摻用粉煤技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5055-2007）進(jìn)行,粉煤灰檢測結(jié)果見表2。檢測結(jié)果表明,粉煤灰的細(xì)度較細(xì),需水量比和燒失量均較低,其品質(zhì)達(dá)到了Ⅰ級粉煤灰品質(zhì)要求。

表2 粉煤灰的性能檢測結(jié)果

3.3 砂石骨料

試驗(yàn)所用的骨料為現(xiàn)場砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)機(jī)制砂、卵石,骨料檢驗(yàn)依據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5151-2014）對骨料的品質(zhì)進(jìn)行檢測,其試驗(yàn)結(jié)果分別見表3和表4。

表3 砂的顆粒級配檢測結(jié)果

表4 砂石料品質(zhì)檢測結(jié)果

機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)2.72,屬中砂,石粉含量檢測值為19.9%,微粉含量12.5%,滿足《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5112-2009）及《大壩碾壓混凝土現(xiàn)場試驗(yàn)技術(shù)要求》對細(xì)度模數(shù)2.2~2.9,石粉含量17%~22%,微粉含量≥5.0的建議值要求。同時骨料表觀密度、吸水率、泥塊含量等檢測指標(biāo)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144-2015）要求。

3.4 外加劑

外加劑采用中國山西康特爾精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)的KTN-2型緩凝高效減水劑、KT型松香熱聚物類引氣劑。減水劑、引氣劑檢測依據(jù)《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5100-2014）進(jìn)行。檢測結(jié)果均滿足《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5100-2014）相應(yīng)的品質(zhì)要求,檢測結(jié)果見表5。

表5 外加劑混凝土性能檢測結(jié)果

4 碾壓混凝土配合比

C9020 三級配碾壓混凝土和變態(tài)混凝土采用0.53 水膠比、C9025 三級配碾壓和變態(tài)混凝土采用0.48 水膠比。配合比中,粉煤灰摻量55%,三級配采用大石∶中石∶小石=30∶40∶30,KTN減水劑最佳摻量為0.7%,KT引氣劑最佳摻量0.06%,變態(tài)混凝土合適加漿量為6%。C9020 三級配、C9025 三級配碾壓混凝土配合比參數(shù)見表6。

表6 碾壓試驗(yàn)配比參數(shù)

5 試驗(yàn)工況

根據(jù)表5中C9020三級配、C9025三級配碾壓混凝土配合比參數(shù),分別拌制、成型相應(yīng)的混凝土立方體抗壓試件,進(jìn)行兩種骨料的對比試驗(yàn)研究：

（1）篩除掉大石骨料中的風(fēng)化料（代號QH）,拌合成型成型了300 mm×300 mm×300 mm混凝土試件。

（2）目前料場正常加工的骨料（代號FH）,拌合成型成型了300 mm×300 mm×300 mm混凝土試件。

試驗(yàn)工況組合及組數(shù)見表7。

表7 試驗(yàn)工況組合及組數(shù)

6 試驗(yàn)結(jié)果及性能對比

6.1 C9020三級配碾壓混凝土

C9020三級配碾壓混凝土試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 C9020三級配混凝土90 d強(qiáng)度對比

根據(jù)表8可知：

（1）采用FH料、QH料成型C9020三級配碾壓混凝土300 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度平均值分別為21.1 MPa、21.3 MPa,FH與QH試件抗壓強(qiáng)度比值為99.1%,前者比后者強(qiáng)度低0.2 MPa,抗壓強(qiáng)度降低0.9%。

（2）采用FH料、QH料成型C9020三級配碾壓混凝土300 mm立方體試件劈拉強(qiáng)度平均值分別2.03 MPa、2.07 MPa,FH與QH試件劈裂強(qiáng)度比值為98.1%,前者比后者強(qiáng)度低0.04 MPa,劈裂強(qiáng)度降低1.9%。

（3）采用FH料、QH料成型C9020三級配變態(tài)混凝土300 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度平均值為20.1 MPa,20.4 MPa,FH與QH試件抗壓強(qiáng)度比值為98.5%,前者比后者強(qiáng)度低0.3 MPa,抗壓強(qiáng)度降低1.5%。

（4）采用FH料、QH料成型C9020三級配變態(tài)混凝土300 mm立方體試件劈拉強(qiáng)度平均值分別2.12 MPa、2.15 MPa,FH與QH試件劈拉強(qiáng)度比值為98.6%,前者比后者強(qiáng)度低0.03 MPa,劈拉強(qiáng)度值降低1.4%。

以上結(jié)果分析表明,對于采用300 mm立方體試件,FH料和QH料分別配制的兩種C9020 三級配碾壓和變態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度基本無明顯差異,抗壓強(qiáng)度僅降低0.9%~1.5%,劈拉強(qiáng)度降低1.4%~1.9%。

6.2 C9025三級配碾壓混凝土

C9025三級配碾壓混凝土試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 C9025三級配碾壓混凝土90 d強(qiáng)度對比

根據(jù)表9可知：

（1）采用FH料、QH料成型C9025 三級配碾壓混凝土300 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度值分別為25.7 MPa、25.9 MPa,FH與QH試件抗壓強(qiáng)度比值為99.2%,前者比后者強(qiáng)度低0.2 MPa,抗壓強(qiáng)度降低0.8%。

（2）采用FH料、QH料成型C9025 三級配碾壓混凝土300 mm立方體試件劈拉強(qiáng)度平均值分別2.31 MPa、2.35 MPa,FH與QH試件劈裂強(qiáng)度比值為98.3%,前者比后者強(qiáng)度低0.04 MPa,劈裂強(qiáng)度降低1.7%。

（3）采用FH料、QH料成型C9025三級配變態(tài)混凝土300 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度平均值為25.5 MPa,25.8 MPa,FH與QH試件抗壓強(qiáng)度比值為98.8%,前者比后者強(qiáng)度低0.3 MPa,抗壓強(qiáng)度降低1.2%。

（4）采用FH料、QH料成型C9025三級配變態(tài)混凝土300 mm立方體試件劈拉強(qiáng)度平均值分別2.33 MPa、2.36 MPa,FH與QH試件劈拉強(qiáng)度比值為98.7%,前者比后者強(qiáng)度低0.03 MPa,劈拉強(qiáng)度值降低1.3%。

以上結(jié)果分析表明,對于采用300 mm立方體試件,FH料和QH料分別配制的兩種C9025 三級配碾壓和變態(tài)混凝土強(qiáng)度基本無明顯差異,抗壓強(qiáng)度僅降低0.8%~1.2%,劈拉強(qiáng)度降低1.3%~1.7%。

7 結(jié)論

（1）本試驗(yàn)研究采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5N硅酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰、現(xiàn)場砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)的機(jī)制砂和粗骨料（卵石）,中國山西康特爾精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)的KTN-1型緩凝高效減水劑、KT型引氣劑,檢測指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）本試驗(yàn)針對C9020三級配碾壓混凝土、C9025三級配碾壓混凝土配合比為基礎(chǔ),分別采用0.53（C9020）和0.48（C9025）水膠比,進(jìn)行兩種骨料的對比試驗(yàn)研究,結(jié)果表明：FH料和QH料配制的C9020三級配碾壓混凝土和C9025三級配碾壓混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)等級要求,前者抗壓強(qiáng)度僅降低0.8%~1.5%,劈拉強(qiáng)度降低1.3%~1.9%。

（3）經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)對比,現(xiàn)場含風(fēng)化料的骨料和不含風(fēng)化料的骨料拌制的混凝土強(qiáng)度基本無差異,可以認(rèn)為現(xiàn)場風(fēng)化料可以正常使用,不會對大壩碾壓混凝土性能帶來不利影響。