溪洛渡水电站玄武岩与灰岩混凝土性能对比

王瑞 常贺 王雁

(1.武警水电第七支队，湖北武汉 430223;2.长安大学公路学院，陕西西安 710064)

金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内的金沙江下游溪洛渡峡谷河段，距雷波县城约15 km，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和为下游梯级电站进行补偿功能的大型水电站。为保证溪洛渡水电站工程项目的实施，在金沙江左岸坝址上游临时大桥附近建设黄桷堡混凝土生产系统。该混凝土生产系统设计使用期生产能力为170万m3，系统自2005年8月投入生产，至2012年11月停止运行。实际生产混凝土238.15万m3，实际生产量为设计生产能力的139%，致使粗骨料实际需求量大大超出计划供应量。故系统投产时使用黄桷堡碴场玄武岩石碴制备人工骨料，在玄武岩石碴供应不足后，自2010年10月开始改用大戏厂碴场灰岩石碴来制备人工骨料。

混凝土集料是混凝土的重要组成成分。研究人员通常把研究重点放在水泥、水灰比、减水剂、活性矿物掺合料等方面，而忽视了占混凝土体积3/4左右的集料［1］。在大体积混凝土工程中，使用合适品种且质量优良的骨料是非常重要的［2］。已有研究显示，不同粗骨料对混凝土的强度、和易性、耐久性等存在不同的影响。本文结合工作中实际生产混凝土过程中收集到的数据，对不同玄武岩和灰岩骨料拌制的混凝土性能进行对比分析。

1 混凝土性能对比与分析

1.1 岩石特性

玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石，溪洛渡水电站采用的玄武岩属二叠系上统峨眉山玄武岩，致密坚硬，强度高，耐久性好，但玄武岩属于难破碎岩石，且加工粒径越小破碎难度越大，致使生产出来的玄武岩粗骨料整形困难，针片状颗粒含量较高。灰岩是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，溪洛渡水电站使用的灰岩属于非活性岩，岩性均一，易于加工，但其硬度不大，耐酸性较差。

1.2 混凝土主要技术性能

玄武岩和灰岩混凝土在和易性、强度、耐久性等各方面存在明显区别，以下根据黄桷堡混凝土生产系统历年抽样检测数据对玄武岩和灰岩混凝土主要技术性能进行对比分析。

1)混凝土和易性。为对比分别采用两种粗骨料拌合的混凝土和易性，选用溪洛渡水电站工程中最常用的C25强度的混凝土作为研究对象，设计要求坍落度控制在160 mm～180 mm范围内。现将分别采用玄武岩与灰岩为粗骨料的混凝土出机口坍落度数据进行统计分析，统计数据见表1。

通过表1数据分析可以看出，在相同混凝土强度等级、级配、坍落度要求下，灰岩混凝土和易性优于玄武岩混凝土。依据统计数据分析，玄武岩混凝土和灰岩混凝土的坍落度平均值均满足设计要求，但是根据各组玄武岩混凝土样品的坍落度值计算得到的标准差为6.821 mm，而根据各组灰岩混凝土样品的坍落度值计算得到的标准差仅为4.132 mm，从这一点可以看出灰岩混凝土坍落度值波动明显小于玄武岩混凝土，即灰岩混凝土流动性较之玄武岩混凝土稳定，有利于施工作业。造成这种现象主要是因为玄武岩因质地坚硬，不易破碎，故制备出来的粗骨料形状不规则，针片状颗粒含量较高，而灰岩因硬度相对小，易于加工，制备出来的粗骨料级配较好，且针片状颗粒含量较小。

表1 玄武岩与灰岩混凝土出机口坍落度对比

2)混凝土强度。混凝土强度是混凝土的重要质量指标，在工程实际中必须严格按照设计强度使用相应强度等级的混凝土，骨料的种类及级配作为影响混凝土强度的重要因素，在混凝土配合比设计以及生产中必须加以考虑。黄桷堡混凝土生产系统生产的混凝土强度要求以抗压强度为主，现仍以C25混凝土作为研究对象，根据生产过程中混凝土出机口成型的试件在标准养护条件下养护至28 d龄期后测得的试验数据为依据进行分析，数据如表2所示。

表2 玄武岩与灰岩C25混凝土抗压强度对比

由表2中数据分析可见C25玄武岩混凝土试件的28 d平均强度为35.1 MPa，而灰岩混凝土试件的28 d平均强度为33.4 MPa，在平均强度上，玄武岩混凝土比灰岩混凝土高5%，且玄武岩混凝土的强度保证率为98.23%高于灰岩的97.50%，故玄武岩混凝土的整体强度更高。但在混凝土试件强度的标准差方面，玄武岩混凝土为4.779，灰岩为4.291，在变异系数方面玄武岩混凝土也明显小于灰岩混凝土，这两项数据体现出灰岩混凝土样本间强度的波动较小。综合看来，其他条件相同的条件下，玄武岩混凝土的强度要高于灰岩混凝土，但灰岩混凝土的抗压强度等指标波动较小，质量更为稳定。

3)混凝土耐久性。黄桷堡混凝土生产系统评价混凝土耐久性主要指标为混凝土抗冻抗渗性，根据每月全面成型检测数据可以得知:玄武岩混凝土的抗冻性要优于灰岩混凝土，因为玄武岩质地坚硬，能使混凝土更加适应冻融循环。而灰岩混凝土的抗渗性要高于玄武岩混凝土，其原因在于灰岩粗骨料的粒形及级配要优于玄武岩，使混凝土更加密实，进而提高灰岩混凝土的抗渗性。

2 现场施工性能

黄桷堡混凝土生产系统生产的混凝土在现场施工中满足了各工程部位不同强度等级、级配以及坍落度的要求，比较而言灰岩混凝土在现场施工性能方面优于玄武岩混凝土，尤其在可泵性方面表现的尤为突出，换用灰岩后，和使用玄武岩人工骨料生产混凝土的中心场混凝土生产系统相比较，施工单位普遍反映黄桷堡混凝土生产系统生产的泵送混凝土更利于泵送，对混凝土泵机以及泵管的损坏更小。其原因在于灰岩岩性均一，易于加工，其加工出来的骨料质量优于玄武岩，有利于混凝土的现场施工。

3 结语

在混凝土的各组分中，骨料占总体积的70%～80%，在混凝土中起填充和骨架作用，不同品种的骨料对混凝土的和易性、强度以及现场施工的可泵性等性能都有一定的影响。溪洛渡水电站黄桷堡混凝土生产系统先后使用玄武岩人工骨料和灰岩人工骨料生产出来的玄武岩混凝土和灰岩混凝土各方面的性能存在明显的差异。并且由于骨料使用量大，对新拌和硬化混凝土的性能、经济性有显著的影响，因此在骨料的选择上一定要通过严格且全面的试验研究，以准确的试验数据作为选择的依据［2］。

根据上述对比，在其他条件相同的条件下，玄武岩混凝土在强度以及抗冻性方面优于灰岩混凝土，但其在和易性、强度波动、抗渗以及现场施工性能方面表现不如灰岩混凝土，结合人工骨料加工的难易程度，在确保灰岩非活性的情况下，生产混凝土应尽量考虑使用灰岩制备的人工骨料。

［1］任 峰.集料对混凝土性能影响的试验研究［D］.大连：大连理工大学，2007.

［2］刘 涛，王冀忠，刘明苗.灰岩骨料与玄武岩骨料混凝土力学性能试验研究［J］.研究与应用，2011(10)：37-38.