摻石粉混凝土在沐若水電站工程中的應(yīng)用

牟海磊

(1.三峽發(fā)展(馬來(lái)西亞)公司沐若工程建設(shè)部;2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司向家壩工程建設(shè)部，四川宜賓644600)

1 概 述

沐若水電站工程地處馬來(lái)西亞婆羅洲島的砂撈越州，壩址位于拉讓(Rajang)河流域源頭沐若河上。工程總體布置由碾壓混凝土重力壩、壩后生態(tài)電站以及下游12 km處右岸地面式廠(chǎng)房、右岸引水系統(tǒng)等建筑物組成。受地質(zhì)條件制約，人工骨料采用砂巖骨料。由于料場(chǎng)砂巖微風(fēng)化，人工砂石粉含量偏高，達(dá)到25%左右。已有工程對(duì)摻石粉混凝土進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)研究及應(yīng)用，對(duì)于高石粉含量骨料［1］，可將部分石粉(SP)作為摻合料，以“粉煤灰F+石粉SP”的形式摻入混凝土使用，水膠比表達(dá)式為:W/(C+F+SP)。為驗(yàn)證沐若工程混凝土摻石粉摻和料的可行性，以及用經(jīng)濟(jì)有效的方法解決人工砂石粉含量偏高問(wèn)題，沐若工程建設(shè)部開(kāi)展了摻石粉混凝土的性能試驗(yàn)研究，并將摻石粉混凝土應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

2 沐若水電工程人工砂石粉物理品質(zhì)檢測(cè)

人工砂較高的石粉含量會(huì)對(duì)混凝土性能及混凝土拌和物性能產(chǎn)生較不利的影響，主要是由于石粉需水量較大，且易覆裹在骨料表面，形成裹粉。［2］若將部分石粉作為摻合料，以“粉煤灰+石粉”的形式摻入混凝土使用，則首先要確定石粉的品質(zhì)是否能夠滿(mǎn)足混凝土摻合料的性能要求。為此，沐若工程試驗(yàn)室開(kāi)展了砂巖石粉與木膠粉煤灰的物理品質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)，以及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥膠砂對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 石粉(SP)物理品質(zhì)檢測(cè)成果

表2 不同比例“粉煤灰F+石粉SP”水泥膠砂試驗(yàn)成果

由表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，沐若工程所用的砂巖骨料石粉顆粒較粗，細(xì)度為75%(0.045 mm)，超出了Ⅲ級(jí)粉煤灰(≤45%)的標(biāo)準(zhǔn);需水比為108%，可以滿(mǎn)足Ⅲ級(jí)粉煤灰(≤115%)的要求。

以上對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)+SP(80:20)與F+SP(70:30)時(shí):需水比≤95%，能夠滿(mǎn)足Ⅰ級(jí)粉煤灰的要求;細(xì)度為22.1% ～28.7%，接近Ⅱ級(jí)粉煤灰的要求;28 d齡期的水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度比＞70%，抗折強(qiáng)度比＞80%;90d齡期的水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度比與抗折強(qiáng)度比均＞90%。綜合分析以上試驗(yàn)成果，可以認(rèn)為，以 F+SP(80∶20)與 F+SP(70∶30)比例摻石粉到混凝土中，相當(dāng)于摻入Ⅱ級(jí)粉煤灰。

3 不同石粉摻量對(duì)混凝土性能的影響

上文的石粉品質(zhì)試驗(yàn)及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥膠砂對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，可以推出以合適比例摻加石粉理論上等效于在混凝土內(nèi)摻入II級(jí)粉煤灰，即在混凝土中摻入適量的石粉是可行的。為進(jìn)一步研究不同摻量石粉對(duì)混凝土性能的影響，沐若試驗(yàn)室繼續(xù)進(jìn)行了不同石粉摻量對(duì)混凝土性能的影響試驗(yàn)，限于篇幅，本文只列出了II級(jí)配碾壓混凝土(50∶50)，水膠比0.50，石粉摻量0% ～30%的試驗(yàn)結(jié) 果，具體見(jiàn)表3。

表3 石粉(SP)不同摻量碾壓混凝土試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著石粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度會(huì)降低，每增加10%摻量的石粉，混凝土強(qiáng)度降低約1.0～2.0 MPa，且降低幅度隨摻量增加而增大。因此，石粉摻量應(yīng)根據(jù)需要合理控制。由于沐若工程用于碾壓混凝土的人工砂石粉含量在25%～28%左右，與沐若工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的10% ～22%相差約3% ～5%，因此在碾壓混凝土中，作為摻合料的石粉質(zhì)量宜控制為人工砂質(zhì)量的3% ～5%，約為20 ～30 kg/m3。

4 摻石粉混凝土性能試驗(yàn)

結(jié)合上文對(duì)不同石粉含量對(duì)混凝土性能影響的分析及沐若工程人工砂的生產(chǎn)工藝，摻石粉碾壓混凝土配合比見(jiàn)表4，相應(yīng)的混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 摻SP碾壓混凝土配合比

表5 摻SP碾壓混凝土性能試驗(yàn)成果

從混凝性能試驗(yàn)結(jié)果可以看出，按上述配合比配置的摻石粉混凝土的凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、極限拉伸值、彈性模量以及抗凍、抗?jié)B指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

為進(jìn)一步了解摻石粉后對(duì)混凝土熱力學(xué)性能以及變形性能的影響，按上述配合比制作了試件進(jìn)行絕熱溫升與自生體積變形試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

擬定混凝土絕熱溫升表達(dá)式為:

絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)標(biāo)號(hào)的摻石粉碾壓混凝土均在15 d左右達(dá)到最高溫度，其中三級(jí)配C18015W6碾壓混凝土最高溫升16℃左右，三級(jí)配C18020F50W6碾壓混凝土最高溫升18℃左右，二級(jí)配C18020F50W10碾壓混凝土最高溫升19℃左右;自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)標(biāo)號(hào)的摻石粉碾壓混凝土設(shè)計(jì)齡期的自生體積變形量值＜35×10-6，其中三級(jí)配C18015W6碾壓混凝土自生體積變形較小，為30×10-6左右，三級(jí)配C18020F50W6碾壓混凝土與二級(jí)配C18020F50W10碾壓混凝土自生體積變形過(guò)程及量值基本一致，為35×10 左右。

圖1 摻石粉碾壓混凝土絕熱溫升曲線(xiàn)

圖2 摻石粉碾壓混凝土自生體積變形曲線(xiàn)

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

沐若工程主體大壩工程碾壓混凝土約144萬(wàn)m3，常態(tài)混凝土約14.6萬(wàn)m3。為經(jīng)濟(jì)有效解決砂巖骨料石粉含量高問(wèn)題，結(jié)合摻石粉混凝土試驗(yàn)研究結(jié)果及推薦的配合比，沐若工程碾壓混凝土及常態(tài)混凝土澆筑均采用了摻石粉混凝土［3］。截至目前，沐若工程大壩主體已完成混凝土澆筑約145萬(wàn)m3，從現(xiàn)場(chǎng)澆筑情況來(lái)看，按推薦配合比生產(chǎn)的摻石粉混凝土工作度良好，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，在良好的質(zhì)量控制條件下，摻石粉混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2011年10月9日下午，在大壩09#壩段防滲層取出了一根直徑21.9 cm、長(zhǎng)度10.35 m的完整碾壓混凝土芯樣(圖3)，取出的芯樣表面光滑、骨料分布均勻、結(jié)構(gòu)致密。實(shí)踐表明，摻石粉混凝土在沐若工程的應(yīng)用是成功的。

圖3 沐若工程大壩9#壩段防滲層碾壓混凝土芯樣

6 結(jié)論

1)試驗(yàn)研究表明，沐若工程的砂巖石粉顆粒較粗，細(xì)度為75%(0.045 mm)，需水比為108%，以F+SP(80∶20)與F+SP(70∶30)比例進(jìn)行摻加時(shí)，需水量比、細(xì)度以及各齡期水泥膠砂強(qiáng)度比均達(dá)到II級(jí)粉煤灰及以上的要求，按 F+SP(80∶20)與 F+SP(70∶30)比例摻石粉到混凝土中，相當(dāng)于摻入Ⅱ級(jí)粉煤灰。

2)不同石粉摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究表明，混凝土抗壓強(qiáng)度隨石粉摻量的增大而減小，在石粉摻量在0% ～30%，每增大10%石粉摻量，相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度降低在1.0～2.0 MPa，且降低幅度隨著摻量增大而增大。

3)綜合考慮沐若工程人工砂石粉含量及沐若工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，沐若工程碾壓混凝土石粉摻量宜為人工砂質(zhì)量的3% ～5%，常態(tài)混凝土石粉摻量宜為人工砂質(zhì)量的2% ～3%，相應(yīng)的，為合理經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行微弱風(fēng)化砂巖骨料的生產(chǎn)和使用，沐若工程人工砂石粉含量分別按碾壓混凝土22% ～27%控制，常態(tài)混凝土10%～22%控制。

4)按本文中摻石粉配合比進(jìn)行的混凝土性能試驗(yàn)、熱力學(xué)及自生體積變形試驗(yàn)結(jié)果表明，按合適比例摻加石粉的混凝土各項(xiàng)性能均可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，部分指標(biāo)甚至稍有提升。

5)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際澆筑表明，按當(dāng)前配合比生產(chǎn)的混凝土工作度良好，取出的混凝土芯樣表面光滑、骨料分布均勻，結(jié)構(gòu)致密，混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)良。實(shí)踐表明，摻石粉混凝土在沐若工程的應(yīng)用是成功的。

6)本文只針對(duì)砂巖骨料摻石粉混凝土進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)于其它巖性骨料尚需進(jìn)一步研究。

［1］劉數(shù)華，閻培渝.石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述［J］.水利發(fā)電，2007，33(1):69-71.

［2］李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應(yīng)用研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2004(01):66-71.

［3］成勝權(quán)，王琛，丁琳.飽和粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度與含水率關(guān)系的試驗(yàn)研究［J］.黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2012，03(02):17-21.