白鹤滩大坝混凝土骨料质量检测管理研究

颜剑秋

摘 要：白鹤滩水电站是全球在建最大水电工程，大坝混凝土采用灰岩骨料。本文从母岩料源性、系统工艺、生产质控等方面简述大型人工砂石系统质量检测管理工作。

关键词：母岩品质;系统工艺;质量检测

中图分类号：TV544文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）17-0094-03

Research on Quality Inspection and Management of Concrete Aggregate of Baihetan Dam

YAN Jianqiu

（Research and Design Institute of Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410000）

Abstract： Baihetan Hydropower Station is the largest hydropower project under construction in the world， and limestone aggregate is used for dam concrete. This paper briefly described the quality inspection and management of large-scale artificial sand and gravel system from the aspects of parent rock material source， system technology and production quality control.

Keywords： quality of parent rock;systematic process;quality inspection

水工混凝土大壩混凝土用量大，其混凝土各种性能指标要求高，而骨料则是构成混凝土的主要原材料，起着刚性骨架作用。混凝土中，骨料占其总质量的70%以上，骨料所占的体积越大，水泥用量就越少，骨料质量的好坏在很大程度上影响混凝土性能。石灰岩在我国分布较广，其具有良好的加工性、磨光性和很好的胶结性能，骨料粒形较好，混凝土线形膨胀系数好，是水工大坝混凝土的优选骨料。白鹤滩水电站大坝混凝土就选用灰岩骨料。

1 工程概述

白鹤滩水电站是全球在建最大水电工程，其大坝距离白鹤滩大坝砂石加工系统公路里程约55 km，人工骨料加工系统主要承担加工白鹤滩大坝工程878.0万m3混凝土所需的成品骨料。

2 质量检测的难点及其实施主要控制措施

成品骨料加工过程中有以下难点：白鹤滩大坝砂石加工系统工程旱谷地母岩灰岩料场岩性单一，夹杂无用料较多，开挖分拣难度大;特大石及大石用量大，运距远，颠颇挤压及卸料冲力易产生跌损;人工砂指标提高，细度模数控制在2.6±1.0，石粉含量控制在10%～15%，微粒含量控制在9%以下。针对有关难点，有必要实施质量控制措施。

2.1 料场母岩品质检测及质量管理

2.1.1 料场地质情况及前期勘探试验成果。旱谷地料场场区岩性单一，地表出露基岩呈弱风化状，依据岩体节理发育密度、裂隙夹泥情况，将料场区灰岩划分为弱风化上段岩体、弱风化下段岩体及微风化带岩体。场区规模较大的断层、挤压带内，溶蚀缝发育，多充填方解石、泥质，不能作为混凝土骨料料源，为无用料，其余各风化带灰岩岩体内裂隙夹泥现象较少，均为有用料。

华东勘测设计院前期料勘探试验检测成果如下：白鹤滩大坝砂石加工系统旱谷地料场灰岩、钙泥灰岩样品岩石膨胀率均小于规程限定值，判定料场灰岩、钙泥灰岩均不具有碱碳酸活性反应和碱硅酸活性反应，根据岩块样、岩芯样强度试验结果，可以判定旱谷地料场灰岩原岩质量满足白鹤滩水电站高拱坝混凝土骨料要求。

2.1.2 料场原岩品质复核试验。旱谷地灰岩骨料是白鹤滩大坝的“粮食”，其料源品质、存储量对这座巨型工程大坝起着至关重要的影响。料场剥离表层及无用料层后，其有用料层中夹杂少许的钙膜料、泥膜料，根据相关工作安排，组织对料场母岩品质进行相关检测复核试验。

2.1.2.1 原岩强度复核。根据料场原岩的情况，从料场开挖工作面对原岩进行取样，进行了钙膜料、泥膜料及新鲜岩石的抗压强度试验分析。

原岩取样部位为旱谷地料场有用料区域，对新鲜岩石、钙膜料、泥膜料进行取样，各取两组，进行强度试验检测，经复核检测，原岩平均强度均超过80 MPa，与前期试验结果基本一致，满足大坝混凝土最高强度等级C18040配合比骨料强度指标要求。

2.1.2.2 原岩坚固性及硫化物含量检测。骨料的坚固性是指骨料在自然风化和其他外界物理、化学因素的作用下抵抗破裂的能力。骨料是影响混凝土强度的主要因素之一，因为普通混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥石的分界面上，这是常见的黏结面破坏形式，如果骨料里面含有杂质，必然降低骨料与水泥石之间的黏结力，也就会造成黏结面的黏结力不够而提早破坏。经检测，母岩坚固性试验结果最大值为2%，硫酸盐及硫化物含量最大值为0.09%。

综上，料场弱风化区域的原岩抗压强度与前期设计单位研究成果相符;料场有用料母岩坚固性及硫化物专项试验结果符合现行标准要求。

2.1.3 精细化爆破。针对料场地质情况，经三峡为业主及行内专家组的指导，确定了个性化爆破原则，即少排数、小排距、大孔距、长条形平台爆破，以增加有用料的爆破块度，并适当减少炮根。通过爆破参数的调整，有用料的爆破粒径分布得到改善，半成品80 mm以上粒径的占比已提升至50%。

2.1.4 料场开挖质量精细化施工管理措施。针对料场地质情况，组建料场开挖质量精细化管理QC小组，对料场有用料及无用料实施精细化施工管理，主要采取以下具体措施：提前挖除无用料，形成大平台;每层开挖完成后，准确计算有用料、无用料，并与设计院所给的有无用料资料做对比，有偏差的地方在图纸上准确标注;在料场开挖过程中，根据设计提供的地质预判资料，对较大断层进行分区、分块单独爆破剔除;为加强料场毛料开挖质量控制，单独制定《采石场有用料毛料开挖质量管理办法》，该办法对料场毛料鉴别、开挖、装料、运输等环节提出了详细的控制要求，以达到毛料质量合格、无用料有效剔除的目的。同时，根据现场有用料及无用料的鉴定情况，对开挖区域、设备进行挂牌区分，确保施工过程中不发生混料现象，通过精细化施工管理保证料源质量。

2.2 系统工艺性试验及生产质量控制

白鹤滩大坝砂石加工系统主要生产工艺流程是：毛料→半成品→特大石→大石→中石、小石→人工砂→污水处理（零排放）。

2.2.1 半成品生产。主要测定粗碎不同开口尺寸（140 mm、150 mm和160 mm）的进出料级配、产能、原状砂含量。白鹤滩大坝混凝土以四级配为主，而由于料场岩石节理发育裂隙，骨料原岩品质较差，检定大石、特大石的初步获得率是否满足要求，主要检测40 mm以上颗粒筛余含量。在粗碎出口胶带机上分段大批量取样，不同排料口分次进行试验检测，获得40 mm以上粒径的最大含量，以确定最佳的粗碎开口，测定出料级配及产能。

2.2.2 特大石及大石生产工艺试验及质量控制检测。特大石及大石的生产工艺流程如下。

2.2.2.1 一筛分。主要检测一筛处理能力，固化半成品料仓地垅下料弧门的开口度，并经一筛筛分后大于150 mm物料含量、特大石和大石产量以及超中逊径等质量指标。通过检测以上指标，调整一筛角度、筛径和冲洗水量。

2.2.2.2 中细碎。测定中细碎设备不同开口尺寸进出料级配、产能，以便确定不同工况的最优参数。主要控制不同开口下的40 mm以上含量，目的是测定大石获得率，对生产中的大石进行部分整形。其中，中碎的料源是一筛及检筛筛分后特大石的超径颗粒;细碎的料源是一筛、二筛及检筛筛分后大石的超径颗粒。

2.2.2.3 二筛分。其料源是中细碎车间生产的混合骨料。主要测定二筛进料量级配，筛分后大于80 mm物料含量，小于40 mm物料含量，二筛所出大石产量及超中逊径等质量指标，以确定二筛处理能力、经过二筛处理后所出大石的产量。

2.2.2.4 特大石及大石检筛。该检筛是特大石及大石质量检测最重要的环节，是特大石和大石入成品骨料仓的最后一道筛分，其作用是对来自一筛和二筛筛分处理后的特大石和大石再次进行筛分和冲洗，通过检测特大石和大石的超逊径和含泥量指标来确定检筛筛径及冲洗水量，以便调整生产工艺参数。检筛控制的特大石及大石的超径粒径范围为2%～4%，逊径小于5%。

2.2.3 中石及小石生产工艺试验及质量控制检测。中石及小石生产工艺流程主要由三筛分、超细碎、四筛分和检筛组成。

2.2.3.1 三筛分。三筛料仓进料来源是一筛小于40 mm粒径的颗粒，主要测定三筛的处理能力。其功能主要是将一筛底部的细渣料（粒径小于5 mm）剔除，而特大石及大石生产车间中一筛粒源是经粗碎生产的所有半成品料。经检测，其5 mm以下颗粒的硫化物含量满足现行水工规范要求，但是由于项目要求高，白鹤滩工程还是剔除不用，三筛分仅作为中间工艺，为后续中、小石及成品砂的生产提供半成品原料。

2.2.3.2 超细碎。超细碎系统是中小石二次整形和制砂的重要生产车间，其料源来自三筛分5～40 mm的颗粒，主要检测其处理能力及产砂量。

2.2.3.3 四筛分。四筛进料来自超细碎生产后的出料，主要测定筛分后中石、小石产量及超中逊径等质量指标，进棒磨料仓物料颗粒含量及级配，四筛筛分后所产砂的产量及质量指标，以确定四筛处理能力。

2.2.3.4 中小石检筛。该检筛主要是对来自四筛分后的中小石超中逊径、含泥量进行复检。通过检测中石和小石的超逊径和含泥量指标，确定检筛筛径及冲洗水量，以便调整生产工艺参数。中小石粒形受到业内专家的一致好评。

2.2.4 人工砂生产质量控制。人工骨料加工系统难点是成品砂的生产质量控制。白鹤滩大坝混凝土的人工砂调整参考以下标准：《水工混凝土施工规范》（DL T 5144—2015）要求，人工砂细度模数为2.6±0.2，石粉含量为6%～18%，出厂含水率宜小于6%，石粉中微粒含量没有要求;三峡工程拱坝细骨料标准要求人工砂细度模数为2.6±0.1，石粉含量为10%～15%，人工砂出厂含水率≤5%。白鹤滩工程采用的是三峡标准，要求控制范围变小，难度加大。

成品砂由四筛筛分后的部分粗砂、棒磨机生产的砂和高频筛增加的石粉组成。

2.2.4.1 棒磨车间。测定不同装棒量和用水量（流量计控制）情况下棒磨机的产能及所产砂的级配和石粉含量，检测不同棒磨机的产能及所产砂的质量。棒磨车间是成品砂调整细度模数和石粉含量的核心环节，也是骨料加工系统难度最大、控制要求最高的生产工艺流程。

为精确添加成品砂石粉，使成品砂的级配分布更为合理，有必要采用以下措施：优化石粉回收附属设施浓缩池进水结构，增加竖流筒，确保废水从竖流筒进入浓缩池，提高浓缩效率;优化渣浆泵出浆管道，使渣浆泵与石粉回收装置一一对应，降低堵管率;根据石粉回收量，重新确定旋流器开启组合;在石粉添加胶带机上增加机械破粉装置，确保石粉添加均匀。

2.2.4.2 成品砂仓。成品砂入仓质量检测，主要控制出厂砂表面含水率。检测成品砂表面含水率和砂仓堆存脱水情况。成品砂仓采用试验方法，分别堆存10、20、28 m成品砂，记录成品砂生产和堆容日期。堆至试验高度后，进行成品砂饱和面含水率检测，每台班进行一次。

人工砂生产质量控制主要措施有：调整四筛砂筛网孔径，控制其出砂细度模数在2.9～3.1，棒磨机生产砂细度模数控制在2.0～2.4，根据成品砂细度模数及石粉含量检测结果，调整高频筛的石粉添加量。在人工砂检测中，石粉含量检测采用水洗法。为了快速检测砂石粉含量，以便调整工艺参数，笔者进行了100组石粉含量干筛和水洗对比试验，并联合业主试验中心、监理单位和其他兄弟单位实验室进行验证。试验结果表明，干筛石粉含量与水洗石粉含量的差值范围为1%～2%，人们可以据此快速调整工艺参数。成品砂入仓后进行分仓脱水，每仓挂牌标明生产时间，轮流置换砂仓，砂表面含水率均能满足要求。

经工艺性试验检测，骨料各项检测指标已趋于稳定，检测成果符合现行标准要求。但是，其特大石及大石中径指标达不到现行标准要求（中径指标40%～70%），原因是旱谷地料场岩体裂隙节理发育、不完整，爆破毛料块度较小，造成大石、特大石中径含量偏低，系统工艺只能调整其稳定区间。经过系统改造和固化，大石、特大石中径指标趋于稳定，稳定区间均保持在30%～50%，波动较小，利于调整混凝土配合比参数，保证各项性能指标满足设计要求。

2.3 成品骨料出厂质量检测控制

白鹤滩水电站大坝砂石加工系统距离坝址公路里程约55 km，骨料供应过程中，粗骨料在入仓、装料、转运、卸料等各环节发生多次跌落，不可避免产生了跌落损失，导致骨料品质发生变化，其中以特大石、大石较为严重。经检测统计，主要跌落共有7次，累计跌落高度达21 m。

为找寻骨料在转运过程中跌落、摩擦、挤压产生的粒径变化规律，系统投产后开展了生产、出厂、坝区存料场地垅出口联动跌损试验。近200组试验检测成果表明，特大石的跌损率控制在10%～12%，大石跌损率控制在6%～8%。试验结果已用于混凝土生产，利于控制混凝土生产质量。

3 结论

白鹤滩大坝砂石骨料加工系统工程设计先进，规模庞大，工艺流程复杂。从投产到正式向大坝混凝土拌和系统供料，项目生产工艺调整历时三个月，工期紧，任务重，困难大。其采用试验检测方式来保证生产质量。

试验检测作为工程质量控制的基本手段，有助于加强质量管理。人们要研究骨料跌损规律，加强对白鹤滩大坝混凝土骨料的质量检测，并采用先进的質量管理方法，精细管理，将合格骨料应用于白鹤滩电站大坝混凝土生产和浇筑中。

参考文献：

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