溪洛渡水電站玄武巖與灰?guī)r混凝土性能對比

王瑞 常賀 王雁

(1.武警水電第七支隊，湖北武漢 430223;2.長安大學公路學院，陜西西安 710064)

金沙江溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內的金沙江下游溪洛渡峽谷河段，距雷波縣城約15 km，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙、改善下游航運條件和為下游梯級電站進行補償功能的大型水電站。為保證溪洛渡水電站工程項目的實施，在金沙江左岸壩址上游臨時大橋附近建設黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)。該混凝土生產系統(tǒng)設計使用期生產能力為170萬m3，系統(tǒng)自2005年8月投入生產，至2012年11月停止運行。實際生產混凝土238.15萬m3，實際生產量為設計生產能力的139%，致使粗骨料實際需求量大大超出計劃供應量。故系統(tǒng)投產時使用黃桷堡碴場玄武巖石碴制備人工骨料，在玄武巖石碴供應不足后，自2010年10月開始改用大戲廠碴場灰?guī)r石碴來制備人工骨料。

混凝土集料是混凝土的重要組成成分。研究人員通常把研究重點放在水泥、水灰比、減水劑、活性礦物摻合料等方面，而忽視了占混凝土體積3/4左右的集料［1］。在大體積混凝土工程中，使用合適品種且質量優(yōu)良的骨料是非常重要的［2］。已有研究顯示，不同粗骨料對混凝土的強度、和易性、耐久性等存在不同的影響。本文結合工作中實際生產混凝土過程中收集到的數(shù)據(jù)，對不同玄武巖和灰?guī)r骨料拌制的混凝土性能進行對比分析。

1 混凝土性能對比與分析

1.1 巖石特性

玄武巖是由火山噴發(fā)出的巖漿冷卻后凝固而成的一種致密狀或泡沫狀結構的巖石，溪洛渡水電站采用的玄武巖屬二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖，致密堅硬，強度高，耐久性好，但玄武巖屬于難破碎巖石，且加工粒徑越小破碎難度越大，致使生產出來的玄武巖粗骨料整形困難，針片狀顆粒含量較高。灰?guī)r是以方解石為主要成分的碳酸鹽巖，溪洛渡水電站使用的灰?guī)r屬于非活性巖，巖性均一，易于加工，但其硬度不大，耐酸性較差。

1.2 混凝土主要技術性能

玄武巖和灰?guī)r混凝土在和易性、強度、耐久性等各方面存在明顯區(qū)別，以下根據(jù)黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)歷年抽樣檢測數(shù)據(jù)對玄武巖和灰?guī)r混凝土主要技術性能進行對比分析。

1)混凝土和易性。為對比分別采用兩種粗骨料拌合的混凝土和易性，選用溪洛渡水電站工程中最常用的C25強度的混凝土作為研究對象，設計要求坍落度控制在160 mm～180 mm范圍內。現(xiàn)將分別采用玄武巖與灰?guī)r為粗骨料的混凝土出機口坍落度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

通過表1數(shù)據(jù)分析可以看出，在相同混凝土強度等級、級配、坍落度要求下，灰?guī)r混凝土和易性優(yōu)于玄武巖混凝土。依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，玄武巖混凝土和灰?guī)r混凝土的坍落度平均值均滿足設計要求，但是根據(jù)各組玄武巖混凝土樣品的坍落度值計算得到的標準差為6.821 mm，而根據(jù)各組灰?guī)r混凝土樣品的坍落度值計算得到的標準差僅為4.132 mm，從這一點可以看出灰?guī)r混凝土坍落度值波動明顯小于玄武巖混凝土，即灰?guī)r混凝土流動性較之玄武巖混凝土穩(wěn)定，有利于施工作業(yè)。造成這種現(xiàn)象主要是因為玄武巖因質地堅硬，不易破碎，故制備出來的粗骨料形狀不規(guī)則，針片狀顆粒含量較高，而灰?guī)r因硬度相對小，易于加工，制備出來的粗骨料級配較好，且針片狀顆粒含量較小。

表1 玄武巖與灰?guī)r混凝土出機口坍落度對比

2)混凝土強度。混凝土強度是混凝土的重要質量指標，在工程實際中必須嚴格按照設計強度使用相應強度等級的混凝土，骨料的種類及級配作為影響混凝土強度的重要因素，在混凝土配合比設計以及生產中必須加以考慮。黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)生產的混凝土強度要求以抗壓強度為主，現(xiàn)仍以C25混凝土作為研究對象，根據(jù)生產過程中混凝土出機口成型的試件在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至28 d齡期后測得的試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 玄武巖與灰?guī)rC25混凝土抗壓強度對比

由表2中數(shù)據(jù)分析可見C25玄武巖混凝土試件的28 d平均強度為35.1 MPa，而灰?guī)r混凝土試件的28 d平均強度為33.4 MPa，在平均強度上，玄武巖混凝土比灰?guī)r混凝土高5%，且玄武巖混凝土的強度保證率為98.23%高于灰?guī)r的97.50%，故玄武巖混凝土的整體強度更高。但在混凝土試件強度的標準差方面，玄武巖混凝土為4.779，灰?guī)r為4.291，在變異系數(shù)方面玄武巖混凝土也明顯小于灰?guī)r混凝土，這兩項數(shù)據(jù)體現(xiàn)出灰?guī)r混凝土樣本間強度的波動較小。綜合看來，其他條件相同的條件下，玄武巖混凝土的強度要高于灰?guī)r混凝土，但灰?guī)r混凝土的抗壓強度等指標波動較小，質量更為穩(wěn)定。

3)混凝土耐久性。黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)評價混凝土耐久性主要指標為混凝土抗凍抗?jié)B性，根據(jù)每月全面成型檢測數(shù)據(jù)可以得知:玄武巖混凝土的抗凍性要優(yōu)于灰?guī)r混凝土，因為玄武巖質地堅硬，能使混凝土更加適應凍融循環(huán)。而灰?guī)r混凝土的抗?jié)B性要高于玄武巖混凝土，其原因在于灰?guī)r粗骨料的粒形及級配要優(yōu)于玄武巖，使混凝土更加密實，進而提高灰?guī)r混凝土的抗?jié)B性。

2 現(xiàn)場施工性能

黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)生產的混凝土在現(xiàn)場施工中滿足了各工程部位不同強度等級、級配以及坍落度的要求，比較而言灰?guī)r混凝土在現(xiàn)場施工性能方面優(yōu)于玄武巖混凝土，尤其在可泵性方面表現(xiàn)的尤為突出，換用灰?guī)r后，和使用玄武巖人工骨料生產混凝土的中心場混凝土生產系統(tǒng)相比較，施工單位普遍反映黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)生產的泵送混凝土更利于泵送，對混凝土泵機以及泵管的損壞更小。其原因在于灰?guī)r巖性均一，易于加工，其加工出來的骨料質量優(yōu)于玄武巖，有利于混凝土的現(xiàn)場施工。

3 結語

在混凝土的各組分中，骨料占總體積的70%～80%，在混凝土中起填充和骨架作用，不同品種的骨料對混凝土的和易性、強度以及現(xiàn)場施工的可泵性等性能都有一定的影響。溪洛渡水電站黃桷堡混凝土生產系統(tǒng)先后使用玄武巖人工骨料和灰?guī)r人工骨料生產出來的玄武巖混凝土和灰?guī)r混凝土各方面的性能存在明顯的差異。并且由于骨料使用量大，對新拌和硬化混凝土的性能、經濟性有顯著的影響，因此在骨料的選擇上一定要通過嚴格且全面的試驗研究，以準確的試驗數(shù)據(jù)作為選擇的依據(jù)［2］。

根據(jù)上述對比，在其他條件相同的條件下，玄武巖混凝土在強度以及抗凍性方面優(yōu)于灰?guī)r混凝土，但其在和易性、強度波動、抗?jié)B以及現(xiàn)場施工性能方面表現(xiàn)不如灰?guī)r混凝土，結合人工骨料加工的難易程度，在確保灰?guī)r非活性的情況下，生產混凝土應盡量考慮使用灰?guī)r制備的人工骨料。

［1］任 峰.集料對混凝土性能影響的試驗研究［D］.大連：大連理工大學，2007.

［2］劉 濤，王冀忠，劉明苗.灰?guī)r骨料與玄武巖骨料混凝土力學性能試驗研究［J］.研究與應用，2011(10)：37-38.