国外某水电工程天然砂砾石料使用可行性试验研究

方 伟，谭建军

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081）

1 前言

国外某水电工程规模为一等大（1）型工程,总库容13.58 亿m3,为混合式开发,以发电为主。枢纽永久建筑物主要有拦河大坝、泄洪消能系统、左岸引水发电系统。拦河大坝为碾压混凝土双曲拱坝,泄水建筑物由2 个泄洪表孔、2 个泄洪中孔及下游水垫塘和二道坝等消能防冲建筑物组成。发电厂房为岸边式地面厂房,厂区枢纽由主机间、安装间、上游副厂房、尾水平台、尾水渠等建筑物组成。

该水电站为碾压混凝土重力拱坝工程,主要混凝土设计标号为高程795 m以下大坝采用C9025W8F50 二级配、C9025W6F50 三级配混凝土,高程795 m以上大坝采用C9020W8F50 二级配,C9020W6F50 三级配混凝土。

2 研究背景及方法

该水电站采用的砂石骨料为现场砂石料场生产的天然砂砾石骨料,骨料均为筛分分级生产,粗骨料分级为小石、中石、大石,砂子为水洗砂。骨料正式生产出来以后,发现粗骨料中存在部分骨料为风化料。经相关单位现场勘察和检测：小石中的风化料基本很少,可认为无明显影响；中石中略有风化料,大石含有10%~15%的风化料。该风化料表面粗糙,空洞略多,外观比中石差,但强度仍然比较高。其中,中石中含有2%左右的脆弱风化骨料,大石中含有2%~4%的脆弱风化骨料,此类脆弱风化骨料对混凝土而言是有害物质。

针对大石风化料含量偏高,本次研究是在已有的碾压混凝土配合比参数基础上,开展全级配混凝土试件的成型,进行两种骨料的对比试验：一种为料场正常加工的天然砂砾石骨料（代号FH）,另一种为筛除风化料的骨料（代号QH）。对两种骨料配置的混凝土性能进行对比分析。

3 原材料

3.1 水泥

水泥采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5 N硅酸盐水泥,经检测,水泥的28 d抗压强度较高,检测结果见表1。检测结果表明：CEM A-CⅠ42.5 N硅酸盐水泥指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准中对P.O42.5 水泥品质要求。

表1 水泥的物理力学性能检测结果

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用II级粉煤灰,粉煤灰检测依据《水工混凝土掺用粉煤技术规范》（DL/T 5055-2007）进行,粉煤灰检测结果见表2。检测结果表明,粉煤灰的细度较细,需水量比和烧失量均较低,其品质达到了Ⅰ级粉煤灰品质要求。

表2 粉煤灰的性能检测结果

3.3 砂石骨料

试验所用的骨料为现场砂石骨料加工系统生产机制砂、卵石,骨料检验依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151-2014）对骨料的品质进行检测,其试验结果分别见表3和表4。

表3 砂的颗粒级配检测结果

表4 砂石料品质检测结果

机制砂细度模数2.72,属中砂,石粉含量检测值为19.9%,微粉含量12.5%,满足《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T 5112-2009）及《大坝碾压混凝土现场试验技术要求》对细度模数2.2~2.9,石粉含量17%~22%,微粉含量≥5.0的建议值要求。同时骨料表观密度、吸水率、泥块含量等检测指标满足《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2015）要求。

3.4 外加剂

外加剂采用中国山西康特尔精细化工有限公司生产的KTN-2型缓凝高效减水剂、KT型松香热聚物类引气剂。减水剂、引气剂检测依据《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T 5100-2014）进行。检测结果均满足《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T 5100-2014）相应的品质要求,检测结果见表5。

表5 外加剂混凝土性能检测结果

4 碾压混凝土配合比

C9020 三级配碾压混凝土和变态混凝土采用0.53 水胶比、C9025 三级配碾压和变态混凝土采用0.48 水胶比。配合比中,粉煤灰掺量55%,三级配采用大石∶中石∶小石=30∶40∶30,KTN减水剂最佳掺量为0.7%,KT引气剂最佳掺量0.06%,变态混凝土合适加浆量为6%。C9020 三级配、C9025 三级配碾压混凝土配合比参数见表6。

表6 碾压试验配比参数

5 试验工况

根据表5中C9020三级配、C9025三级配碾压混凝土配合比参数,分别拌制、成型相应的混凝土立方体抗压试件,进行两种骨料的对比试验研究：

（1）筛除掉大石骨料中的风化料（代号QH）,拌合成型成型了300 mm×300 mm×300 mm混凝土试件。

（2）目前料场正常加工的骨料（代号FH）,拌合成型成型了300 mm×300 mm×300 mm混凝土试件。

试验工况组合及组数见表7。

表7 试验工况组合及组数

6 试验结果及性能对比

6.1 C9020三级配碾压混凝土

C9020三级配碾压混凝土试验结果见表8。

表8 C9020三级配混凝土90 d强度对比

根据表8可知：

（1）采用FH料、QH料成型C9020三级配碾压混凝土300 mm立方体试件抗压强度平均值分别为21.1 MPa、21.3 MPa,FH与QH试件抗压强度比值为99.1%,前者比后者强度低0.2 MPa,抗压强度降低0.9%。

（2）采用FH料、QH料成型C9020三级配碾压混凝土300 mm立方体试件劈拉强度平均值分别2.03 MPa、2.07 MPa,FH与QH试件劈裂强度比值为98.1%,前者比后者强度低0.04 MPa,劈裂强度降低1.9%。

（3）采用FH料、QH料成型C9020三级配变态混凝土300 mm立方体试件抗压强度平均值为20.1 MPa,20.4 MPa,FH与QH试件抗压强度比值为98.5%,前者比后者强度低0.3 MPa,抗压强度降低1.5%。

（4）采用FH料、QH料成型C9020三级配变态混凝土300 mm立方体试件劈拉强度平均值分别2.12 MPa、2.15 MPa,FH与QH试件劈拉强度比值为98.6%,前者比后者强度低0.03 MPa,劈拉强度值降低1.4%。

以上结果分析表明,对于采用300 mm立方体试件,FH料和QH料分别配制的两种C9020 三级配碾压和变态混凝土抗压强度基本无明显差异,抗压强度仅降低0.9%~1.5%,劈拉强度降低1.4%~1.9%。

6.2 C9025三级配碾压混凝土

C9025三级配碾压混凝土试验结果见表9。

表9 C9025三级配碾压混凝土90 d强度对比

根据表9可知：

（1）采用FH料、QH料成型C9025 三级配碾压混凝土300 mm立方体试件抗压强度值分别为25.7 MPa、25.9 MPa,FH与QH试件抗压强度比值为99.2%,前者比后者强度低0.2 MPa,抗压强度降低0.8%。

（2）采用FH料、QH料成型C9025 三级配碾压混凝土300 mm立方体试件劈拉强度平均值分别2.31 MPa、2.35 MPa,FH与QH试件劈裂强度比值为98.3%,前者比后者强度低0.04 MPa,劈裂强度降低1.7%。

（3）采用FH料、QH料成型C9025三级配变态混凝土300 mm立方体试件抗压强度平均值为25.5 MPa,25.8 MPa,FH与QH试件抗压强度比值为98.8%,前者比后者强度低0.3 MPa,抗压强度降低1.2%。

（4）采用FH料、QH料成型C9025三级配变态混凝土300 mm立方体试件劈拉强度平均值分别2.33 MPa、2.36 MPa,FH与QH试件劈拉强度比值为98.7%,前者比后者强度低0.03 MPa,劈拉强度值降低1.3%。

以上结果分析表明,对于采用300 mm立方体试件,FH料和QH料分别配制的两种C9025 三级配碾压和变态混凝土强度基本无明显差异,抗压强度仅降低0.8%~1.2%,劈拉强度降低1.3%~1.7%。

7 结论

（1）本试验研究采用LAFAGRE CEM A-CⅠ42.5N硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、现场砂石骨料加工系统生产的机制砂和粗骨料（卵石）,中国山西康特尔精细化工有限公司生产的KTN-1型缓凝高效减水剂、KT型引气剂,检测指标满足相关规范要求。

（2）本试验针对C9020三级配碾压混凝土、C9025三级配碾压混凝土配合比为基础,分别采用0.53（C9020）和0.48（C9025）水胶比,进行两种骨料的对比试验研究,结果表明：FH料和QH料配制的C9020三级配碾压混凝土和C9025三级配碾压混凝土强度满足设计等级要求,前者抗压强度仅降低0.8%~1.5%,劈拉强度降低1.3%~1.9%。

（3）经过室内试验对比,现场含风化料的骨料和不含风化料的骨料拌制的混凝土强度基本无差异,可以认为现场风化料可以正常使用,不会对大坝碾压混凝土性能带来不利影响。