強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能影響

葉文鋒

摘要：某水電站大壩由于料區(qū)植被覆蓋層被剝離，無泥土層，導(dǎo)致料區(qū)巖體出現(xiàn)寬度在35.Om左右的強風化巖層，且夾層內(nèi)巖石完全被粉末化，導(dǎo)致該水電站大壩碾壓混凝土中夾雜了一定量的強風化巖粉。為確定強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能的影響，文章采用試驗探究的方法，結(jié)合某水電站大壩碾壓混凝土施工設(shè)計情況，探究了強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能影響，以期為水電站大壩碾壓混凝土施工中強風化巖粉的有效控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：強風化巖粉;水電站;大壩;混凝土砂漿

中圖分類號：TQ177.6+7 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0089-04

強風化巖粉屬于“松次堅石”，顆粒粒徑在0.05～0.005mm范圍內(nèi)，是質(zhì)量大于巖石總質(zhì)量50%的一種碎屑巖。由于強風化巖粉內(nèi)具有含量較大的強吸附性細顆粒，若水電站大壩混凝土砂漿內(nèi)含有一定量強風化巖粉，不僅會影響水電站大壩混凝土水泥漿、骨料間粘接性，而且會促使混凝土砂漿中水、外加劑用量增加，對硬化混凝土力學(xué)性能、拌合物性能造成一定影響。因此，探究水電站大壩碾壓混凝土施工中強風化巖粉對砂漿性能影響情況具有非常重要的意義。

1 工程概況

某水電站大壩為一梯級電站，以發(fā)電為主，兼有水土保持、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、庫區(qū)航運等多方面功能。由于該水電站主要為河床式電站，總長為350m，壩頂高程為370.Om，最大壩高為58.6m，電站共分為14個壩段，總裝機容量為3×55MW?；炷翑r河壩主要包括中導(dǎo)墻壩段、左岸非溢流壩段、廠房壩段、右岸非溢流壩段、表孔溢流壩段幾個模塊。原設(shè)計混凝土總量為6.79×10 5m3，其中碾壓混凝土總量為3.02×10 5m3。因設(shè)計優(yōu)化、整體建基面抬高等因素，實際施工混凝土為5.98×10 5m3，碾壓混凝土總量為1.54×10 5m3。

2 強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能影響試驗準備

本次關(guān)于水電站大壩碾壓混凝土施工中強風化巖粉對混凝土砂漿性能影響試驗開始前需要準備與施工設(shè)計資料相符的原材料[1]。主要為骨料場加工產(chǎn)出的人工砂（細度模數(shù)為2.86）、亞泰鼎鹿牌普通硅酸鹽水泥（P.042.5）、先后經(jīng)過5.Omm套篩及0.08mm套篩并烘干密封的人工砂（粒徑為0.08～5.Omm）、黃褐色巖粉（料場隨機選取三條強風化巖石夾層并過0.08mm號套篩）、潔凈花崗巖粉（過0.08mm套篩并烘干）[2]。

3 強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能影響試驗過程

3.1制備人工砂樣品

一般來說，水電站大壩碾壓混凝土施工所用人工砂中不同級別顆粒礦物成分、母巖一致，花崗巖所制作的人工砂MB值（亞甲藍值）較標準要求小，若在花崗巖中混入粒徑在0.08mm以下的泥質(zhì)顆?；蛘咂渌缺砻娣e較大的顆粒，則會導(dǎo)致人工砂吸附性能持續(xù)提升[3]。基于此，本次試驗首先利用水洗法，對人工砂中<0.08mm顆粒含量進行檢測，得出該水電站大壩碾壓混凝土施工中人工砂含量為12.05%?；谶@一結(jié)果，對人工砂中<0.08mm顆粒中強風化巖粉比例進行適當調(diào)整，得出了不同強風化巖粉含量人工砂樣品，如表1所示。隨后依據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2014的相關(guān)要求，對所獲得的不同強風化巖粉含量人工砂樣品進行亞甲藍MB值試驗，以確定強風化巖粉對該水電站大壩碾壓混凝土施工中對人工砂吸附性的影響。

3.2制備混凝土砂漿樣品

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，將前期制備人工砂樣品取出。結(jié)合該水電站大壩碾壓混凝土施工中混凝土砂漿配置方案，如表2所示，進行混凝土水泥砂漿制作。

依據(jù)表2數(shù)據(jù)，在該水電站大壩碾壓混凝土施工中混凝土砂漿配置完畢后，可以依據(jù)《水泥膠砂漿流動度測定方法》，對該水電站大壩碾壓混凝土施工中混凝土砂漿拌合物流動度進行測試。在獲得混凝土砂漿拌合物流動度測試結(jié)果后，可以將該水電站大壩碾壓混凝土施工所用混凝土砂漿制備成40.Omm×40.Omm×160.Omm的試驗件。在將其養(yǎng)護到一定齡期后，依據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2014的相關(guān)要求，進行水泥砂漿小試驗件28d抗凍試驗及無引氣劑抗凍試驗[4]。同時依據(jù)《水泥膠砂強度試驗方法（IOS法）》GB/T 17671/1999的相關(guān)要求，開展3d、7d、28d混凝土砂漿強度試驗。根據(jù)試驗要求，進一步探究強風化巖粉對該水電站大壩碾壓混凝土施工中砂漿耐久性、力學(xué)性能影響。

4 強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿性能影響試驗結(jié)果

4.1強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿亞甲藍MB值影響試驗結(jié)果

在制得水電站大壩碾壓混凝土施工所用人工砂之后，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，稱取人工砂樣品，將人工砂樣品縮分至2009左右，放置在烘箱中于100.0℃～110.0℃環(huán)境下烘干至恒定重量并冷卻至室溫，將大于2.36mm顆粒篩除[5]。利用電子天平精確稱樣100.0g（精確至0.1g），將人工砂試驗樣倒入盛有（250±5）mL蒸餾水的燒杯內(nèi)，利用600±60r/min葉輪攪拌機，勻速攪拌300s。在溶液形成懸浮液后，向懸浮液內(nèi)加入2.50mL亞甲藍溶液，調(diào)整葉輪攪拌機轉(zhuǎn)速為400±40r/min至試驗結(jié)束。利用玻璃棒蘸取一滴懸浮液（沉淀物直徑在8～12.0mm內(nèi)），快速滴在濾紙上。若沉淀物周邊沒有出現(xiàn)色暈，則可以再次加入2.50mL亞甲藍溶液繼續(xù)以400±40r/min速度攪拌60s，直至濾紙沉淀物周邊出現(xiàn)淺藍色色暈為止[6]。隨后每間隔60s進行一次沾染試驗，直至1.00mm淺顏色色暈可以持續(xù)300s，記錄所加入亞甲藍溶液體積。最終亞甲藍值為所加入亞甲藍溶液量/人工砂試驗樣總量×10。所得試驗結(jié)果為人工砂試驗樣中強風化巖粉含量與亞甲藍值成正比，兩者存在較為良好的線性聯(lián)系。由此可得出，強風化巖粉是成品人工砂吸附性來源，也是導(dǎo)致該水電站大壩混凝土砂漿吸附性增強、亞甲藍值增加的直接因素。

4.2強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿流動性影響試驗結(jié)果

首先，利用目測的方式，對該水電站大壩混凝土砂漿拌合及試驗樣成型過程中砂漿拌合物流動性進行觀測，得出隨著該水電站大壩混凝土砂漿中強風化巖粉含量的增加，各試驗樣拌合流動性逐步變差。且在該水電站大壩混凝土砂漿中強風化巖粉含量超出7.65%時，混凝土砂漿流動性明顯低于強風化巖粉含量為0%的砂漿流動性[7]。

4.3強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿抗凍性影響試驗結(jié)果

依據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2014的相關(guān)要求，進行二百次凍融循環(huán)，得出在試驗期間若試驗件質(zhì)量損失率達到5.0%或以上，或者相對動彈模量下降至初始值58%時可初步認定該組試驗件已經(jīng)被破壞[8]?；诖?，依據(jù)前期設(shè)計配合比，利用當?shù)仄胀ü杷猁}水泥及細度一定粉煤灰、粗集料、細集料及減水劑，在水泥砂漿攪拌完畢后制作成40.0mm×40.0mm×160.0mm抗凍件，經(jīng)標準養(yǎng)護28d后，利用DR-2型全自動快速凍融機、DT-10W動彈儀，進行200次凍融循環(huán)，每間隔25次凍融循環(huán)后，進行一次動彈模量測量。通過對水泥砂漿小試驗件28d抗凍試驗及無引氣劑抗凍試驗結(jié)果進行分析，可得出，在為摻加引氣劑的情況下，僅水電站大壩混凝土砂漿所用人工砂中強風化巖粉含量為0、2.47%、5.31%時，經(jīng)過200次凍融循環(huán)后人工砂漿試驗件沒有被破壞，其余試驗件則隨著強風化巖粉含量增加而出現(xiàn)質(zhì)量損失率增加、相對動彈模量降低的情況。經(jīng)過180次凍融循環(huán)后，04號試驗件被破壞;經(jīng)過120次凍融循環(huán)后，05號試驗件被破壞;經(jīng)過115次凍融循環(huán)后，06號人工砂試驗件被破壞。同時在人工砂中強風化巖粉含量超出5.31%時，人工砂試驗件質(zhì)量損失加速度也在逐步增加，表明在200次凍融循環(huán)過程中，含有少量強風化巖粉（<5.31%）的人工砂制作的混凝土砂漿，在無引氣劑摻加的情況下可以基本滿足該水電站大壩碾壓混凝土施工對混凝土砂漿抗凍性要求。由此可知，含有少量強風化巖粉（<5.31%）的混凝土微觀結(jié)構(gòu)較密實，毛細孔含量不多，大量孔隙通過凝膠孔的形式存在于40.0mm ×40.0mm×160.0mm抗凍件中，毛細孔內(nèi)參與凍融破壞的自由水量也不多。而隨著強風化巖粉含量的增加，其內(nèi)部自由水無法被水泥水化消耗完全，也無法實現(xiàn)自我干燥，在硬化后外部水分也可以進入40.0mm×40.0mm×160.0mm抗凍件內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部無法在短時間內(nèi)實現(xiàn)干燥。進而出現(xiàn)參與凍融破壞水分過多導(dǎo)致的凍融過程不足，對40.0mmx40.0mmx 160.0mm抗凍件內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損壞[9]。

通過對摻加引氣劑的40.0mm×40.0mm×160.0mm抗凍件進行測試，可得出：對于含有少量強風化巖粉（<5.31%）的人工砂制作的混凝土砂漿而言，引氣劑摻入后可以有效改善其抗凍性能，與高強混凝土相接近;而對于強風化巖粉含量超出5.31%的人工砂制作的混凝土砂漿而言，引氣劑摻入后對其抗凍性能沒有較大影響。

4.4強風化巖粉對水電站大壩混凝土砂漿強度影響試驗結(jié)果

依據(jù)《水泥膠砂強度試驗方法（lOS法）》GB/T 17671-1999的相關(guān)要求，得出3d、7d、28d混凝土砂漿強度試驗結(jié)果如表3所示。

由表3可知，隨著該水電站大壩混凝土砂漿中強風化巖粉含量增加，各試驗件在同齡期彎曲強度、壓縮強度均有所降低，但是降低幅度不大。其中各人工砂試驗件3d壓縮強度變化較均勻，7d壓縮強度變化也不大[10]。但是在該水電站大壩碾壓混凝土施工所用混凝土砂漿中強風化巖粉含量超出7.65%時，混凝土砂漿28d壓縮強度出現(xiàn)了突然下降趨勢且整體壓縮強度下降幅度也增加。

5 結(jié)語

綜上所述，在無引氣劑摻加的情況下，強風化巖粉含量在5.31%以下的人工砂制備的混凝土水泥砂漿，可以基本滿足該水電站大壩碾壓混凝土施工對混凝土砂漿抗凍性、壓縮強度、流動性要求。因此，相關(guān)人員應(yīng)加強對人工砂中強風化巖粉含量檢測，保證混凝土砂漿質(zhì)量。

參考文獻

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