錦屏水電站人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)成因與試驗(yàn)分析

李勝平，李 杰，蘭道銀，王 黎，鄒宏超

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部長(zhǎng)江科學(xué)院工程質(zhì)量檢測(cè)中心，武漢 430010；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430010；3.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司，湖北宜昌 443000）

錦屏水電站人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)成因與試驗(yàn)分析

李勝平1，李 杰2，蘭道銀1，王 黎1，鄒宏超3

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部長(zhǎng)江科學(xué)院工程質(zhì)量檢測(cè)中心，武漢 430010；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430010；3.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司，湖北宜昌 443000）

砂料堅(jiān)固性損失率是評(píng)價(jià)混凝土耐久性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因錦屏一級(jí)水電站混凝土大壩用人工砂采用三灘大理巖為母材，受巖性特征影響，各參建單位試驗(yàn)結(jié)果差異較大，隨之出現(xiàn)爭(zhēng)議。自大壩開澆以來，業(yè)主、試驗(yàn)中心、監(jiān)理機(jī)構(gòu)就此問題多次組織各參建單位試驗(yàn)室開展比對(duì)試驗(yàn)，通過綜合分析和總結(jié)，制定出《三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)指導(dǎo)書》，規(guī)范了各方檢測(cè)行為，目前各單位檢測(cè)結(jié)果基本趨近一致，實(shí)際效果良好。關(guān) 鍵 詞：大理巖；人工砂；堅(jiān)固性損失率；比對(duì)試驗(yàn)；綜合分析

1 研究背景

長(zhǎng)江水利委員會(huì)（后稱“長(zhǎng)江委”）監(jiān)理機(jī)構(gòu)在2008年12月至2009年3月期間對(duì)錦屏三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率例行檢測(cè)和混凝土配合比原材料復(fù)核試驗(yàn)中［1］，發(fā)現(xiàn)堅(jiān)固性損失率高達(dá)30%～51%，平均值為41%。水利部長(zhǎng)江科學(xué)院工程質(zhì)量檢測(cè)中心也曾受委托檢測(cè)長(zhǎng)江委監(jiān)理試驗(yàn)室自備用三灘砂1組堅(jiān)固性損失率為40%，均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。對(duì)此及時(shí)向業(yè)主反饋了結(jié)果，建議參建各方應(yīng)給予足夠關(guān)注，但隨之引發(fā)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年?duì)幾h，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率檢測(cè)結(jié)果Table 1 Test results of the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand

相對(duì)于其他巖性而言，三灘大理巖巖性較為特殊，料源質(zhì)量和試驗(yàn)過程對(duì)堅(jiān)固性損失率檢測(cè)結(jié)果極為敏感。截至2012年12月，長(zhǎng)江委錦屏工程監(jiān)理部試驗(yàn)室開展例行檢測(cè)和參加比對(duì)試驗(yàn)共計(jì)54組，有數(shù)據(jù)顯示：三灘右岸砂石系統(tǒng)因前期料源巖性較差，堅(jiān)固性損失率檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重超標(biāo)。2009年檢測(cè)人工砂堅(jiān)固性損失率最大值為43%，最小值2%，平均值為17%，合格率為67%。2010年檢測(cè)人工砂堅(jiān)固性損失率最大值31%，最小值5%，平均值13%，合格率僅為20%。2011年和2012年檢測(cè)人工砂堅(jiān)固性損失率合格率有所改善，最大值為16%，最小值2%，平均值8%，相比往年檢測(cè)結(jié)果呈明顯下降趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。

圖1 三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率監(jiān)理檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistics of the test results of Santan marble manu factured sand’s hardness loss rate

2 三灘大理巖巖性特征

為不影響檢測(cè)結(jié)果對(duì)其堅(jiān)固性損失率指標(biāo)的真實(shí)判斷并減少爭(zhēng)議，成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)此巖性開展專題研究，結(jié)果表明［2］：三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)的成因主要是由料場(chǎng)白色中晶大理巖特性所致。原巖試驗(yàn)揭示灰色中細(xì)晶大理巖飽和抗壓強(qiáng)度為51.5～86.1 MPa，軟化系數(shù)0.76～0.94；淺灰～灰白色細(xì)晶大理巖飽和抗壓強(qiáng)度為75.3～76.2 MPa，軟化系數(shù)0.80；白色中晶大理巖呈條帶或透鏡體夾層，飽和抗壓強(qiáng)度56.6 MPa，軟化系數(shù)0.89。占總量20%～30%的白色中晶大理巖，以及灰色中細(xì)晶大理巖中顆粒較粗的中晶大理巖飽和抗壓強(qiáng)度偏低，其值小于60 MPa，錘擊易成粉末。

表2 三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率7次比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 2 Results of seven comparative tests on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand

3 三灘人工砂堅(jiān)固性損失率比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)監(jiān)理機(jī)構(gòu)檢測(cè)三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率較大的問題，應(yīng)業(yè)主要求，在錦屏工地先后組織7次比對(duì)試驗(yàn)，參加單位有：錦屏水電工程試驗(yàn)檢測(cè)中心（“中心”）、長(zhǎng)江水利委員會(huì)錦屏工程監(jiān)理部試驗(yàn)室（“監(jiān)理”）、中水七局錦屏施工局試驗(yàn)室（“七局”）、葛洲壩錦屏一級(jí)大壩右岸工程項(xiàng)目部試驗(yàn)室（“葛洲壩”）、中水十四局試驗(yàn)室（“十四局”）、葛洲壩錦屏砂石系統(tǒng)項(xiàng)目部試驗(yàn)室（“葛砂石”）、成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院科研所（“成科所”）、葛洲壩錦屏三灘砂石系統(tǒng)項(xiàng)目部試驗(yàn)室（“葛三灘”）。各次比對(duì)結(jié)果匯總見表2。

4 三灘人工砂堅(jiān)固性損失率比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析

4.1 比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

在同組平行比對(duì)檢測(cè)值中，若出現(xiàn)個(gè)別值與其他值相差較遠(yuǎn)，稱之為離群值。檢驗(yàn)方法是將疑似離群值和其最鄰近的一個(gè)值之差與檢測(cè)值極差相比即得Q計(jì)算（離群計(jì)算值）。根據(jù)測(cè)定次數(shù)n和取置信度為90%查Q表（離群臨界值），若Q計(jì)算＞Q表，則視為離群值應(yīng)舍去，反之則應(yīng)保留。

4.2 比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析

（1）第1次比對(duì)樣品經(jīng)混合均勻后分發(fā)各參加比對(duì)試驗(yàn)單位，比對(duì)結(jié)果見表2?！爸行摹薄ⅰ案鹬迚巍?、“七局”、“葛砂石”4家堅(jiān)固性損失率結(jié)果接近，滿足規(guī)范要求?！氨O(jiān)理”和“十四局”堅(jiān)固性損失率結(jié)果較大，備受質(zhì)疑。但“監(jiān)理”根據(jù)離群值計(jì)算結(jié)果Q計(jì)算＜Q表，認(rèn)為該堅(jiān)固性損失率為16%的結(jié)果應(yīng)當(dāng)保留，不應(yīng)簡(jiǎn)單判定數(shù)據(jù)為異常。

（2）第2次比對(duì)試驗(yàn)前，由“中心”組織各單位人員培訓(xùn)。統(tǒng)一購(gòu)置試驗(yàn)用網(wǎng)籃、標(biāo)準(zhǔn)篩、密度計(jì)和無(wú)水硫酸鈉，經(jīng)校驗(yàn)符合要求。以此減少不同試驗(yàn)器具、物料不同所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

料場(chǎng)Ⅰ和Ⅳ區(qū)制砂樣品各單位堅(jiān)固性損失率比對(duì)結(jié)果基本接近。但“監(jiān)理”料場(chǎng)Ⅲ區(qū)堅(jiān)固性損失率為12%偏大，根據(jù)離群值計(jì)算結(jié)果Q計(jì)算＜Q表；該值應(yīng)當(dāng)保留。

料場(chǎng)Ⅱ區(qū)制砂樣品各單位堅(jiān)固性損失率比對(duì)結(jié)果除“十四局”為13%偏大外，其余各單位結(jié)果基本接近。根據(jù)離群值計(jì)算結(jié)果Q計(jì)算＞Q表；該值應(yīng)舍去。表明存在某種因素導(dǎo)致結(jié)果異常。

（3）第3次比對(duì)試驗(yàn)由“中心混合均勻后分成1＃和2＃樣品供各單位開展比對(duì)試驗(yàn)”。根據(jù)離群值計(jì)算結(jié)果Q計(jì)算＞Q表，表明“監(jiān)理”1＃樣品堅(jiān)固性損失率為19%的值應(yīng)舍去。而2＃樣品堅(jiān)固性損失率為18%的離群值Q計(jì)算＜Q表，應(yīng)保留。為進(jìn)一步查明1＃樣品結(jié)果發(fā)生離群和2＃樣品結(jié)果偏大，從試驗(yàn)方法和過程中查找原因并進(jìn)行了多次復(fù)檢，見表2、表3。“監(jiān)理”1＃和2＃樣品第1次復(fù)檢試驗(yàn)采用首次使用過的硫酸鈉飽和溶液，堅(jiān)固性損失率總體趨勢(shì)有所降低。在“中心”第2次復(fù)檢2＃樣品與“監(jiān)理”首次結(jié)果比較又有所降低，試驗(yàn)方法上僅區(qū)別于有無(wú)硫酸鈉飽和溶液循環(huán)裝置。“監(jiān)理”對(duì)2＃樣品第3，4次復(fù)檢結(jié)果均為9%，表明加裝溶液循環(huán)裝置不對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。

（4）第4次比對(duì)試驗(yàn)由“監(jiān)理”單獨(dú)進(jìn)行，“中心”跟蹤溶液密度變化情況，分析是否存在差異，見表3。從YGS－269和YGS－273兩組樣品比對(duì)結(jié)果看：當(dāng)硫酸鈉飽和溶液密度變化范圍在1.158～1.165 kg／L時(shí)，兩者堅(jiān)固性損失率結(jié)果沒有影響。當(dāng)樣品編號(hào)YGS－275硫酸鈉飽和溶液密度變化范圍在1.160～1.161 kg／L時(shí)，對(duì)其結(jié)果影響較大。而當(dāng)樣品編號(hào)YGS－277兩次硫酸鈉飽和溶液密度變化范圍大小不同時(shí)，其結(jié)果兩者相差將近1倍。

表3 三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率第3次和第4次比對(duì)試驗(yàn)綜合分析結(jié)果Table 3 Com prehensive analysis on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand in the third and fourth com parative tests

表4 三灘大理巖料場(chǎng)與堅(jiān)固性損失率第5次比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 4 Statistics of Santan marble yard and the hardness loss rate ofmanufactured sand in the fifth comparative test

（5）第5次比對(duì)試驗(yàn)由“葛三灘”對(duì)大理巖料場(chǎng)不同分區(qū)的巖石，分別開展巖石強(qiáng)度與人工砂堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)，以便有針對(duì)性地指導(dǎo)料場(chǎng)開挖和剔除。料場(chǎng)各區(qū)與堅(jiān)固性損失率比對(duì)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4及圖2。結(jié)果表明：部分人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)，存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于三灘大理巖巖性較為特殊，堅(jiān)固性損失率大部分試驗(yàn)結(jié)果在8%左右，敏感性較強(qiáng)，不利于人工砂生產(chǎn)質(zhì)量保持穩(wěn)定。堅(jiān)固性損失率超標(biāo)的部位主要集中在料場(chǎng)Ⅰ，Ⅲ區(qū)；Ⅱ，Ⅲ區(qū)和Ⅲ，Ⅳ區(qū)，因同區(qū)不同部位或高程變化，巖性也有所變化，故各區(qū)堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。

（6）第6次比對(duì)試驗(yàn)由“葛三灘”和“監(jiān)理”共同見證抽取樣品?！案鹬迚巍?＃樣品堅(jiān)固性損失率為19%的離群值Q計(jì)算＞Q表應(yīng)舍去；表明存在某種因素導(dǎo)致結(jié)果異常。通過對(duì)“監(jiān)理”、“七局”、“葛洲壩”堅(jiān)固性損失率普遍較大的各粒級(jí)損失情況分析，其基本規(guī)律是：2.5～5.0 mm級(jí)損失最大，其次是1.25～2.5 mm，0.63～1.25 mm；損失最小是0.315～0.63 mm，這符合干法制砂規(guī)律。粒級(jí)越大的砂子，顆粒中存在的裂隙會(huì)越大，反之較小。但“葛三灘”各粒級(jí)損失情況無(wú)明顯規(guī)律，其中2.5～5.0 mm級(jí)損失最大1次；1.25～2.5 mm級(jí)損失最大3次；0.63～1.25 mm和0.315～0.63 mm級(jí)損失情況與其他單位基本一致，表明比對(duì)樣品中各粒級(jí)含白色中晶大理巖所占比例有所不同。另外“監(jiān)理”和“葛洲壩”將各自配制的溶液進(jìn)行置換比對(duì)試驗(yàn)。由表5分析再次證明，溶液密度大小不同是影響試驗(yàn)結(jié)果存在差異的主要原因?！案鹬迚巍焙汀案鹑秊边€將制備樣品篩分次數(shù)不同進(jìn)行了比對(duì)，如對(duì)成品料堆樣品，“葛三灘”1次篩分，堅(jiān)固性損失率為12%?！案鹬迚巍?次為2次篩分，堅(jiān)固性損失率均為15%；表明制備樣品篩分次數(shù)不同對(duì)結(jié)果沒有影響。對(duì)生產(chǎn)膠帶機(jī)樣品，“葛洲壩”1次篩分，堅(jiān)固性損失率為11%?！案鹑秊?次篩分，堅(jiān)固性損失率為13%，表明篩分次數(shù)不同對(duì)其結(jié)果影響不大。

（7）第7次比對(duì)試驗(yàn)是“監(jiān)理”在分析總結(jié)前6次比對(duì)結(jié)果，依據(jù)DL／T5151《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》（后稱“試驗(yàn)規(guī)程”）有關(guān)砂料堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)方法基礎(chǔ)上，經(jīng)廣泛征求參建各方意見和建議，編寫《三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)指導(dǎo)書》（后稱“作業(yè)指導(dǎo)書”）后首次開展的比對(duì)試驗(yàn)，3組堅(jiān)固性損失率比對(duì)結(jié)果平均值均為7%，按Q檢驗(yàn)方法計(jì)算，全部滿足Q計(jì)算＜Q表，無(wú)離群值發(fā)生。表明人工砂堅(jiān)固性損失率質(zhì)量達(dá)標(biāo)，試驗(yàn)過程規(guī)范，明顯減小以往比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果存在的較大差異。

圖2 三灘大理巖料場(chǎng)與堅(jiān)固性損失率比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Statistics of Santan marble yard and the hardness loss rate ofmanufactured sand

表5 三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率第6次比對(duì)試驗(yàn)綜合分析結(jié)果Table 5 Comprehensive analysis on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand in the sixth comparative test

5 三灘人工砂堅(jiān)固性損失率檢測(cè)質(zhì)量控制措施

按“作業(yè)指導(dǎo)書”規(guī)定，試驗(yàn)檢測(cè)過程可歸納5個(gè)方面應(yīng)加以嚴(yán)格控制，即硫酸鈉飽和溶液密度應(yīng)在1.151～1.160 kg／L范圍內(nèi)；溶液溫度宜21℃± 1℃；樣品制備時(shí)每次篩分量應(yīng)≤200 g；人工篩分頻率為2次／s，篩分手法應(yīng)以左右旋轉(zhuǎn)加上下?lián)u晃和拍打篩框1 min；各粒級(jí)最少篩分累計(jì)時(shí)間不少于4～10 min，直至每分鐘通過量不超過砂樣總量的0.1%時(shí)為止。相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)比“試驗(yàn)規(guī)程”更加明確和細(xì)化。通過實(shí)踐證明效果良好。雖然三灘大理巖局部夾雜的白色中晶大理巖無(wú)法從根本上剔除，人工砂堅(jiān)固性損失率檢測(cè)結(jié)果也時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生，但從2012年底起，通過此舉措，堅(jiān)固性損失率超標(biāo)頻次、幅度明顯降低，檢測(cè)結(jié)果合格率大幅提升。

6 結(jié) 論

自錦屏一級(jí)大壩開澆以來，三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)爭(zhēng)論問題，經(jīng)各參建單位多次比對(duì)試驗(yàn)與分析并采取以下應(yīng)對(duì)措施后終于塵埃落定，實(shí)踐證明行之有效。

（1）統(tǒng)一購(gòu)置經(jīng)過校驗(yàn)后的堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)采用網(wǎng)籃、標(biāo)準(zhǔn)篩、密度計(jì)等器具，以減少試驗(yàn)系統(tǒng)誤差。

（2）編制“作業(yè)指導(dǎo)書”，相應(yīng)試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)和控制標(biāo)準(zhǔn)比“試驗(yàn)規(guī)程”更加明確和細(xì)化。

（3）組織試驗(yàn)檢測(cè)人員參加相關(guān)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，按“作業(yè)指導(dǎo)書”所規(guī)定的操作方法和具體要求進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，以此降低操作人員主觀人為因素而導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生偏差的可能性。

（4）為避免對(duì)堅(jiān)固性損失率試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果發(fā)生誤判，減少爭(zhēng)議，按設(shè)計(jì)要求，當(dāng)承包商發(fā)現(xiàn)三灘大理巖人工砂堅(jiān)固性損失率超標(biāo)時(shí)應(yīng)增加檢測(cè)頻次，以便有針對(duì)性地指導(dǎo)料場(chǎng)開挖與剔除，只有從制砂源頭上加強(qiáng)質(zhì)量控制，才能確保人工砂堅(jiān)固性合格率達(dá)標(biāo)。

［1］ 李勝平，王 黎.錦屏一級(jí)水電站三灘人工砂堅(jiān)固性損失率比對(duì)試驗(yàn)成果分析報(bào)告［R］.武漢：長(zhǎng)江科學(xué)院，2012.（LISheng ping，WANG Li.Report on the A nalysis of Comparative Test Results on the Hardness Loss Rate of Santan Marble Manufactured Sand at Jinping I Hydropower Station［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2012.（in Chinese））

［2］ 魯少林，劉華兵.四川省雅礱江錦屏一級(jí)水電站拱壩混凝土質(zhì)量分析報(bào)告［R］.四川：涼山州錦屏水電工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，2012.（LU Shao lin，LIU Hua bing.Concrete Quality Analysis for the Arch Dam of Jinping I Hydropower Station on Yalong River in Sichuan Province［R］.Lianshan Autonomous Region of Sichuan Province：Test Center for Jinping Hydropower Project，2012.（in Chinese） ）

（編輯：陳 敏）

Comparative Tests and Analysis on the Standard exceeding Hardness Loss Rate of M anufactured Sand for Jinping Hydropower Station

LISheng ping1，LIJie2，LAN Dao yin1，WANG Li1，ZOU Hong chao3
（1.Engineering Quality Inspection Center of Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China；3.China Gezhouba Group Co.，Ltd.，Yichang 443000，China）

The loss rate of hardness of sand material is an important index of evaluating concrete durability.The manufactured sand for the dam concrete of Jinping Ihydropower station ismade from Santan marble which caused disputes over the hardness test results among construction participants.The proprietor，test center，and supervision institutions have organizedmany comparative tests on this issue since the concrete pouring.By comprehensive anal ysis and summary，the Guidebook of Hardness Test Inspection for Santan Marble Manufactured Sand is formulated.By complying with the criteria，the hardness inspection results are consistent.This research has achieved practical effect.

marble；manufactured sand；hardness loss rate；comparative test；comprehensive analysis

TV4

A

1001－5485（2013）12－0126－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2013.12.024 2013，30（12）：126－130

2013－05－11；

2013－06－10

李勝平（1958－），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，主要從事水電工程質(zhì)量檢測(cè)，（電話）15884019291（電子信箱）136241902＠qq.com。