摻石粉混凝土在沐若水電站工程中的應用

牟海磊

(1.三峽發展(馬來西亞)公司沐若工程建設部;2.中國長江三峽集團公司向家壩工程建設部，四川宜賓644600)

1 概 述

沐若水電站工程地處馬來西亞婆羅洲島的砂撈越州，壩址位于拉讓(Rajang)河流域源頭沐若河上。工程總體布置由碾壓混凝土重力壩、壩后生態電站以及下游12 km處右岸地面式廠房、右岸引水系統等建筑物組成。受地質條件制約，人工骨料采用砂巖骨料。由于料場砂巖微風化，人工砂石粉含量偏高，達到25%左右。已有工程對摻石粉混凝土進行的相關試驗研究及應用，對于高石粉含量骨料［1］，可將部分石粉(SP)作為摻合料，以“粉煤灰F+石粉SP”的形式摻入混凝土使用，水膠比表達式為:W/(C+F+SP)。為驗證沐若工程混凝土摻石粉摻和料的可行性，以及用經濟有效的方法解決人工砂石粉含量偏高問題，沐若工程建設部開展了摻石粉混凝土的性能試驗研究，并將摻石粉混凝土應用于現場施工。

2 沐若水電工程人工砂石粉物理品質檢測

人工砂較高的石粉含量會對混凝土性能及混凝土拌和物性能產生較不利的影響，主要是由于石粉需水量較大，且易覆裹在骨料表面，形成裹粉。［2］若將部分石粉作為摻合料，以“粉煤灰+石粉”的形式摻入混凝土使用，則首先要確定石粉的品質是否能夠滿足混凝土摻合料的性能要求。為此，沐若工程試驗室開展了砂巖石粉與木膠粉煤灰的物理品質對比試驗，以及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥膠砂對比試驗，試驗結果見表1和表2。

表1 石粉(SP)物理品質檢測成果

表2 不同比例“粉煤灰F+石粉SP”水泥膠砂試驗成果

由表1試驗數據可見，沐若工程所用的砂巖骨料石粉顆粒較粗，細度為75%(0.045 mm)，超出了Ⅲ級粉煤灰(≤45%)的標準;需水比為108%，可以滿足Ⅲ級粉煤灰(≤115%)的要求。

以上對比試驗結果表明，F+SP(80:20)與F+SP(70:30)時:需水比≤95%，能夠滿足Ⅰ級粉煤灰的要求;細度為22.1% ～28.7%，接近Ⅱ級粉煤灰的要求;28 d齡期的水泥膠砂的抗壓強度比＞70%，抗折強度比＞80%;90d齡期的水泥膠砂的抗壓強度比與抗折強度比均＞90%。綜合分析以上試驗成果，可以認為，以 F+SP(80∶20)與 F+SP(70∶30)比例摻石粉到混凝土中，相當于摻入Ⅱ級粉煤灰。

3 不同石粉摻量對混凝土性能的影響

上文的石粉品質試驗及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥膠砂對比試驗結果，可以推出以合適比例摻加石粉理論上等效于在混凝土內摻入II級粉煤灰，即在混凝土中摻入適量的石粉是可行的。為進一步研究不同摻量石粉對混凝土性能的影響，沐若試驗室繼續進行了不同石粉摻量對混凝土性能的影響試驗，限于篇幅，本文只列出了II級配碾壓混凝土(50∶50)，水膠比0.50，石粉摻量0% ～30%的試驗結 果，具體見表3。

表3 石粉(SP)不同摻量碾壓混凝土試驗結果

試驗結果表明，隨著石粉摻量的增加，混凝土抗壓強度會降低，每增加10%摻量的石粉，混凝土強度降低約1.0～2.0 MPa，且降低幅度隨摻量增加而增大。因此，石粉摻量應根據需要合理控制。由于沐若工程用于碾壓混凝土的人工砂石粉含量在25%～28%左右，與沐若工程技術標準要求的10% ～22%相差約3% ～5%，因此在碾壓混凝土中，作為摻合料的石粉質量宜控制為人工砂質量的3% ～5%，約為20 ～30 kg/m3。

4 摻石粉混凝土性能試驗

結合上文對不同石粉含量對混凝土性能影響的分析及沐若工程人工砂的生產工藝，摻石粉碾壓混凝土配合比見表4，相應的混凝土性能試驗結果見表5。

表4 摻SP碾壓混凝土配合比

表5 摻SP碾壓混凝土性能試驗成果

從混凝性能試驗結果可以看出，按上述配合比配置的摻石粉混凝土的凝結時間、抗壓強度、極限拉伸值、彈性模量以及抗凍、抗滲指標均滿足設計要求。

為進一步了解摻石粉后對混凝土熱力學性能以及變形性能的影響，按上述配合比制作了試件進行絕熱溫升與自生體積變形試驗，試驗結果見圖1和圖2。

擬定混凝土絕熱溫升表達式為:

絕熱溫升試驗結果表明，3個標號的摻石粉碾壓混凝土均在15 d左右達到最高溫度，其中三級配C18015W6碾壓混凝土最高溫升16℃左右，三級配C18020F50W6碾壓混凝土最高溫升18℃左右，二級配C18020F50W10碾壓混凝土最高溫升19℃左右;自生體積變形試驗結果表明，3個標號的摻石粉碾壓混凝土設計齡期的自生體積變形量值＜35×10-6，其中三級配C18015W6碾壓混凝土自生體積變形較小，為30×10-6左右，三級配C18020F50W6碾壓混凝土與二級配C18020F50W10碾壓混凝土自生體積變形過程及量值基本一致，為35×10 左右。

圖1 摻石粉碾壓混凝土絕熱溫升曲線

圖2 摻石粉碾壓混凝土自生體積變形曲線

5 現場應用

沐若工程主體大壩工程碾壓混凝土約144萬m3，常態混凝土約14.6萬m3。為經濟有效解決砂巖骨料石粉含量高問題，結合摻石粉混凝土試驗研究結果及推薦的配合比，沐若工程碾壓混凝土及常態混凝土澆筑均采用了摻石粉混凝土［3］。截至目前，沐若工程大壩主體已完成混凝土澆筑約145萬m3，從現場澆筑情況來看，按推薦配合比生產的摻石粉混凝土工作度良好，能夠滿足現場施工需要，在良好的質量控制條件下，摻石粉混凝土質量優良，各項指標均滿足設計要求。2011年10月9日下午，在大壩09#壩段防滲層取出了一根直徑21.9 cm、長度10.35 m的完整碾壓混凝土芯樣(圖3)，取出的芯樣表面光滑、骨料分布均勻、結構致密。實踐表明，摻石粉混凝土在沐若工程的應用是成功的。

圖3 沐若工程大壩9#壩段防滲層碾壓混凝土芯樣

6 結論

1)試驗研究表明，沐若工程的砂巖石粉顆粒較粗，細度為75%(0.045 mm)，需水比為108%，以F+SP(80∶20)與F+SP(70∶30)比例進行摻加時，需水量比、細度以及各齡期水泥膠砂強度比均達到II級粉煤灰及以上的要求，按 F+SP(80∶20)與 F+SP(70∶30)比例摻石粉到混凝土中，相當于摻入Ⅱ級粉煤灰。

2)不同石粉摻量對混凝土強度影響的試驗研究表明，混凝土抗壓強度隨石粉摻量的增大而減小，在石粉摻量在0% ～30%，每增大10%石粉摻量，相應的混凝土強度降低在1.0～2.0 MPa，且降低幅度隨著摻量增大而增大。

3)綜合考慮沐若工程人工砂石粉含量及沐若工程技術標準要求，沐若工程碾壓混凝土石粉摻量宜為人工砂質量的3% ～5%，常態混凝土石粉摻量宜為人工砂質量的2% ～3%，相應的，為合理經濟地進行微弱風化砂巖骨料的生產和使用，沐若工程人工砂石粉含量分別按碾壓混凝土22% ～27%控制，常態混凝土10%～22%控制。

4)按本文中摻石粉配合比進行的混凝土性能試驗、熱力學及自生體積變形試驗結果表明，按合適比例摻加石粉的混凝土各項性能均可以滿足設計指標要求，部分指標甚至稍有提升。

5)現場實際澆筑表明，按當前配合比生產的混凝土工作度良好，取出的混凝土芯樣表面光滑、骨料分布均勻，結構致密，混凝土質量優良。實踐表明，摻石粉混凝土在沐若工程的應用是成功的。

6)本文只針對砂巖骨料摻石粉混凝土進行了試驗研究，對于其它巖性骨料尚需進一步研究。

［1］劉數華，閻培渝.石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述［J］.水利發電，2007，33(1):69-71.

［2］李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應用研究［J］.建筑材料學報，2004(01):66-71.

［3］成勝權，王琛，丁琳.飽和粉煤灰混凝土早期強度與含水率關系的試驗研究［J］.黑龍江大學工程學報，2012，03(02):17-21.