國外某水電工程天然砂礫石料使用可行性試驗研究

方 偉，譚建軍

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

1 前言

國外某水電工程規模為一等大（1）型工程,總庫容13.58 億m3,為混合式開發,以發電為主。樞紐永久建筑物主要有攔河大壩、泄洪消能系統、左岸引水發電系統。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。發電廠房為岸邊式地面廠房,廠區樞紐由主機間、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,主要混凝土設計標號為高程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場砂石料場生產的天然砂礫石骨料,骨料均為篩分分級生產,粗骨料分級為小石、中石、大石,砂子為水洗砂。骨料正式生產出來以后,發現粗骨料中存在部分骨料為風化料。經相關單位現場勘察和檢測：小石中的風化料基本很少,可認為無明顯影響；中石中略有風化料,大石含有10%~15%的風化料。該風化料表面粗糙,空洞略多,外觀比中石差,但強度仍然比較高。其中,中石中含有2%左右的脆弱風化骨料,大石中含有2%~4%的脆弱風化骨料,此類脆弱風化骨料對混凝土而言是有害物質。

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

3 原材料

3.1 水泥

水泥采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5 N硅酸鹽水泥,經檢測,水泥的28 d抗壓強度較高,檢測結果見表1。檢測結果表明：CEM A-CⅠ42.5 N硅酸鹽水泥指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）標準中對P.O42.5 水泥品質要求。

表1 水泥的物理力學性能檢測結果

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用II級粉煤灰,粉煤灰檢測依據《水工混凝土摻用粉煤技術規范》（DL/T 5055-2007）進行,粉煤灰檢測結果見表2。檢測結果表明,粉煤灰的細度較細,需水量比和燒失量均較低,其品質達到了Ⅰ級粉煤灰品質要求。

表2 粉煤灰的性能檢測結果

3.3 砂石骨料

試驗所用的骨料為現場砂石骨料加工系統生產機制砂、卵石,骨料檢驗依據《水工混凝土砂石骨料試驗規程》（DL/T 5151-2014）對骨料的品質進行檢測,其試驗結果分別見表3和表4。

表3 砂的顆粒級配檢測結果

表4 砂石料品質檢測結果

機制砂細度模數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范》（DL/T 5112-2009）及《大壩碾壓混凝土現場試驗技術要求》對細度模數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滿足《水工混凝土施工規范》（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化工有限公司生產的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《水工混凝土外加劑技術規程》（DL/T 5100-2014）進行。檢測結果均滿足《水工混凝土外加劑技術規程》（DL/T 5100-2014）相應的品質要求,檢測結果見表5。

表5 外加劑混凝土性能檢測結果

4 碾壓混凝土配合比

C9020 三級配碾壓混凝土和變態混凝土采用0.53 水膠比、C9025 三級配碾壓和變態混凝土采用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見表6。

表6 碾壓試驗配比參數

5 試驗工況

根據表5中C9020三級配、C9025三級配碾壓混凝土配合比參數,分別拌制、成型相應的混凝土立方體抗壓試件,進行兩種骨料的對比試驗研究：

（1）篩除掉大石骨料中的風化料（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。

試驗工況組合及組數見表7。

表7 試驗工況組合及組數

6 試驗結果及性能對比

6.1 C9020三級配碾壓混凝土

C9020三級配碾壓混凝土試驗結果見表8。

表8 C9020三級配混凝土90 d強度對比

根據表8可知：

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

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

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

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

以上結果分析表明,對于采用300 mm立方體試件,FH料和QH料分別配制的兩種C9020 三級配碾壓和變態混凝土抗壓強度基本無明顯差異,抗壓強度僅降低0.9%~1.5%,劈拉強度降低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結果見表9。

表9 C9025三級配碾壓混凝土90 d強度對比

根據表9可知：

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

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

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

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

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

7 結論

（1）本試驗研究采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5N硅酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰、現場砂石骨料加工系統生產的機制砂和粗骨料（卵石）,中國山西康特爾精細化工有限公司生產的KTN-1型緩凝高效減水劑、KT型引氣劑,檢測指標滿足相關規范要求。

（2）本試驗針對C9020三級配碾壓混凝土、C9025三級配碾壓混凝土配合比為基礎,分別采用0.53（C9020）和0.48（C9025）水膠比,進行兩種骨料的對比試驗研究,結果表明：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度滿足設計等級要求,前者抗壓強度僅降低0.8%~1.5%,劈拉強度降低1.3%~1.9%。

（3）經過室內試驗對比,現場含風化料的骨料和不含風化料的骨料拌制的混凝土強度基本無差異,可以認為現場風化料可以正常使用,不會對大壩碾壓混凝土性能帶來不利影響。