甘再水電站4#灰?guī)r料場(chǎng)中碳泥工程特性初步研究

溫春玉,胡克功

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,甘肅蘭州 730050)

甘再水電站4#灰?guī)r料場(chǎng)中碳泥工程特性初步研究

溫春玉,胡克功

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,甘肅蘭州 730050)

碳泥在建材領(lǐng)域是首次遇到,關(guān)于其物理、化學(xué)、工程等各種性質(zhì)的研究是一片空白,對(duì)柬埔寨甘再水電站4#料場(chǎng)出露的碳泥的地質(zhì)特征及對(duì)混凝土性質(zhì)的影響,通過實(shí)驗(yàn)的方法,進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)合以往國(guó)內(nèi)對(duì)混凝土的研究,提出碳泥作為建材的混入料在應(yīng)用過程中應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待。

碳泥;灰?guī)r料場(chǎng);抗壓強(qiáng)度;初凝;用水量;含氣量;水電站

0 引言

甘再水電站位于柬埔寨王國(guó)貢布省西南部,是中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)公司在國(guó)外的BOT項(xiàng)目,項(xiàng)目的投資建設(shè)受到參建各方積極的關(guān)注與重視,其中4#灰?guī)r料場(chǎng)為前期勘測(cè)階段所選備用料場(chǎng),經(jīng)柬埔寨政府指定使用。2009年5月初,當(dāng)料場(chǎng)上部強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r剝離開采后,在弱風(fēng)化灰?guī)r中出露了碳泥夾層,在局部較為集中,因碳泥[1]在國(guó)內(nèi)料場(chǎng)中從未曾遇見過,為慎重起見,充分利用現(xiàn)場(chǎng)各種實(shí)驗(yàn)手段對(duì)其進(jìn)行了研究。

1 地質(zhì)特征

甘再水電站4#料場(chǎng)地處熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域,雨季、旱季分明;經(jīng)地層對(duì)比初步確定出露地層為侏羅系中統(tǒng)微晶灰?guī)r,屬侵蝕性地貌;區(qū)內(nèi)地層穩(wěn)定,據(jù)工程招標(biāo)文件及其最新研究成果,50年超越概率10%的峰值地面地震加速度為0.02～0.04g,屬歷史地震活動(dòng)低—非常低。

4#料場(chǎng)灰?guī)r呈厚層狀—巨厚層狀,灰?guī)r為微晶灰?guī)r,呈淺灰黑色,巖質(zhì)堅(jiān)硬;4#料場(chǎng)可分兩個(gè)區(qū):主料場(chǎng)區(qū)和備用料場(chǎng)區(qū),其分別為兩個(gè)獨(dú)立小山包,主料場(chǎng)區(qū)內(nèi)發(fā)育一條小背斜,另發(fā)育數(shù)條高傾角斷層,巖體風(fēng)化程度較淺;備用料場(chǎng)區(qū)巖體呈單斜構(gòu)造,巖體多呈深卸荷,卸荷裂隙發(fā)育,巖體風(fēng)化程度較主料場(chǎng)深。

后經(jīng)補(bǔ)充鉆孔勘探揭露碳泥主要發(fā)育于4#料場(chǎng)主料場(chǎng)區(qū)內(nèi),備用料場(chǎng)補(bǔ)充的鉆孔中未出露碳泥;在主料場(chǎng)區(qū)碳泥主要出露于裂隙(見圖1)、斷層、斷層影響帶及背斜的核部,同時(shí),在垂直方向上表現(xiàn)為越向地下碳泥含量越高,巖體風(fēng)化越強(qiáng)烈碳泥含量越低(強(qiáng)風(fēng)化巖體內(nèi)基本未見到碳泥)的分布特征;出露碳泥呈黑褐色—棕褐色,其硬度隨泥質(zhì)含量變化,泥質(zhì)含量越高則硬度越低,易成粉末狀(見圖2),不溶于水,在水中易成懸浮狀;含泥量較高時(shí)呈團(tuán)塊狀或?qū)訅K狀(見圖3),易污手;因碳的吸附作用,其間夾有少量黃鐵礦等礦物小顆粒。

圖1 裂隙中發(fā)育的碳泥Fig.1 Carbonaceousmud rock in fissure

圖2 粉末狀碳泥Fig.2 Powder of carbonaceousmud rock

圖3 團(tuán)塊狀碳泥Fig.3 Cube of carbonaceousmud rock

2 混凝土試驗(yàn)

含碳泥灰?guī)r較灰?guī)r易破碎,現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程碳泥易進(jìn)入人工砂及人工石粉,從而影響混凝土的特性。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件,對(duì)含碳泥灰?guī)r進(jìn)行了各種對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 巖體物理力學(xué)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)料場(chǎng)不同部位進(jìn)行取樣,試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)成果表Table 1 Result table ofmechanics test

2.2 混凝土原材料實(shí)驗(yàn)

(1)石粉物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中正常石粉為由現(xiàn)場(chǎng)使用的雷蒙機(jī)生產(chǎn),碳泥為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研磨制成,結(jié)果如表2。

表2 石粉物理性質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)對(duì)比表Table 2 Compared table of physics quality about rock-powder

試驗(yàn)結(jié)果表明碳泥顆粒比表面積較大,隨碳泥含量的增加,需水量比同時(shí)增大,表觀密度逐漸降低。

(2)砂石骨料物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn) ①人工砂實(shí)驗(yàn):本實(shí)驗(yàn)區(qū)分是否含碳泥,主要以肉眼觀察為主,其顏色較正常砂深者為含碳泥砂;其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。

從試驗(yàn)結(jié)果看,含碳泥砂飽和面干密度較小,僅為2.19 g/cm3,吸水率顯著增大,<0.08 mm的顆粒含量明顯增多。

②人工粗骨料實(shí)驗(yàn):本實(shí)驗(yàn)含碳泥灰?guī)r粗骨料,計(jì)數(shù)法檢測(cè)為8%,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。

本次實(shí)驗(yàn)中所采用柬埔寨產(chǎn)KTC TYPEⅠ型水泥、中國(guó)廣西田東電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰和外加劑(包括ZB-1RCC緩凝高效減水劑、GK-4A緩凝高效減水劑、TG-1A引氣劑),經(jīng)檢測(cè)均滿足中國(guó)相關(guān)規(guī)范要求;在外加劑與含碳泥混凝土適應(yīng)性的試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)碾壓混凝土中含氣量較低,對(duì)混凝土的抗凍性帶來不利影響,但考慮甘再水電站地處熱帶,常年氣溫在23℃以上,其抗凍性基本可不用考慮。

表3 人工砂物理性質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)對(duì)比表Table 3 Compared table of artificialminerals physics quality

表4 人工粗骨料物理性質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)對(duì)比表Table 4 Compared table of artificial skeletal soil physics quality

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,碳泥對(duì)粗骨料物理性質(zhì)影響較小。

2.3 含碳泥灰?guī)r骨料對(duì)混凝土性能影響的實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)結(jié)合甘再水電站施工特點(diǎn),分別采用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的含有碳泥的石粉完全代替粉煤灰和碾壓混凝土中摻20%粉煤灰加40%石粉的方案進(jìn)行,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?。表中1為摻和50%石粉的碾壓混凝土,2為摻和20%粉煤灰和40%石粉的碾壓混凝土,3為摻和30%石粉的常態(tài)混凝土,4為摻和30%粉煤灰的常態(tài)混凝土。

表5 含碳泥石粉對(duì)混凝土性能影響對(duì)比表Table 5 Compared table of rock-powderwith carbonaceousmud rock-cement quality

2.4 灰?guī)r骨料、含碳泥灰?guī)r骨料、碳泥骨料對(duì)比試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一采用基準(zhǔn)水膠比0.53、石子級(jí)配6∶4、粉煤灰摻和量20%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6。

表6 各骨料混凝土性能試驗(yàn)對(duì)比表Table 6 Compared table of quality test about skeletal cement

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著骨料中碳泥含量的增加,用水量也在不斷增加,含氣量則下降,混凝土凝結(jié)時(shí)間則縮短。

3 總結(jié)

(1)黑褐色碳泥硬度較低,易破碎成粉末狀,不溶于水,其分布特征與巖體風(fēng)化、地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育相關(guān),強(qiáng)風(fēng)化巖體內(nèi)發(fā)育較少,裂隙、斷層、斷層影響帶、構(gòu)造擠壓帶等地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)較發(fā)育,因碳粒的吸附作用,碳泥中多吸附有其他礦物顆粒。

(2)碳泥對(duì)混凝土細(xì)骨料品質(zhì)影響較明顯,對(duì)石粉的影響主要表現(xiàn)為比表面積的顯著增加和需水比的增加,對(duì)人工砂的影響主要為吸水率的顯著增大、細(xì)度的減小和<0.08 mm顆粒的增多;對(duì)混凝土粗骨料影響有限。

(3)利用含碳泥石粉替代粉煤灰實(shí)驗(yàn)中,揭示碾壓混凝土較粉煤灰混凝土其抗壓強(qiáng)度初期增加較快,隨時(shí)間推移,較粉煤灰混凝土其抗壓強(qiáng)度增加幅度將減小;在常規(guī)混凝土中,含碳泥混凝土的含氣量較粉煤灰混凝土要低,其抗壓和抗拉強(qiáng)度均低于粉煤灰混凝土。

(4)在對(duì)正常骨料、含碳泥骨料和碳泥骨料對(duì)比試驗(yàn)中,揭示隨著骨料中碳泥含量的增加,用水量同步增加,含氣量則降低,而混凝土的凝結(jié)時(shí)間則縮短。

(5)因碳泥較強(qiáng)的吸附性和易碎性,以致在施工過程中不易從細(xì)骨料中清除干凈,在工程施工過程中對(duì)肉眼分辨碳泥含量較高的細(xì)骨料應(yīng)予以拋棄,在主體建筑工程施工時(shí),不宜采用含有碳泥細(xì)骨料生產(chǎn)混凝土,在非主體建筑工程施工時(shí)應(yīng)慎用,并及時(shí)檢測(cè)混凝土各項(xiàng)指標(biāo),同時(shí)調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)。

總之,對(duì)于碳泥的研究現(xiàn)處于初步階段,許多實(shí)驗(yàn)需要長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)與評(píng)價(jià),隨著時(shí)間的推移,對(duì)碳泥的各項(xiàng)特性的研究及其應(yīng)用前景必將有更廣泛的發(fā)展。

[1] GB/T 17412.2—1998,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖石分類和命名方案[S].

(責(zé)任編輯:于繼紅)

Prel iminary Study on Engineering Characteristics of Carbonaceous Mud Rock in 4#Quarry Area of Kamchay Hydroelectric Power Station

WEN Chunyu,HU Kegong
(Hydrochina X ibei Engineering Corporation,Lanzhou,Gansu710065)

Carbonaceousmud rock is first appeared in the buildingmaterials field,the study on its characteristics such as physical,chemical and engineering is a blank work atpresent.This article only studies on geological characteristicsof the carbonaceousmud rock which exposed in 4#quarry area of Kamchay hydropower Cambodia and the influence to the concrete properties.

carbonaceous mud rock;quarry area;compressive strength;initial setting time;water consumption;gas content;hydroelectric power station

TV742

A

1671-1211(2010)05-0470-03

2010-07-01;改回日期:2010-08-09

溫春玉(1976-),男,工程師,地質(zhì)專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:422401304@qq.com