玄武巖骨料碾壓混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用探討

王奮

貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó)·貴州 貴陽(yáng) 550002

碾壓混凝土壩以其施工速度快、工期短、投資省等優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)水利開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，受水利工程附近料源限制，部分工程采用玄武巖骨料筑壩。論文通過(guò)大量查閱文獻(xiàn)，基于中國(guó)部分已建的玄武巖骨料碾壓混凝土壩的相關(guān)資料，闡述了玄武巖骨料特性、玄武巖骨料碾壓混凝土拌和物性能特點(diǎn)，以及實(shí)際施工中存在的問(wèn)題和解決手段，對(duì)玄武巖骨料碾壓混凝土筑壩技術(shù)部分問(wèn)題進(jìn)行探討，可以為今后類似工程的施工提供借鑒和啟示。

玄武巖骨料；碾壓混凝土；筑壩技術(shù)

1 引言

碾壓混凝土筑壩是采用振動(dòng)碾將攤鋪的干硬性混凝土薄層壓實(shí)，具有施工簡(jiǎn)便、機(jī)械化程度高、施工速度快、工期短、投資省和溫控相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。水利水電工程中選用不同種類的巖石分別作為粗細(xì)人工骨料，骨料特性各不同，勢(shì)必明顯影響混凝土的性能。受水利工程附近料源限制，中國(guó)云南大朝山、金安橋、四川官地、貴州象鼻嶺等碾壓混凝土壩選用玄武巖骨料。因玄武巖骨料獨(dú)有的物理化學(xué)性能和生產(chǎn)加工中的特性，玄武巖骨料碾壓混凝土拌合物性能表現(xiàn)不佳，有必要對(duì)玄武巖骨料碾壓混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用的情況進(jìn)行介紹和探討。

2 玄武巖骨料特性

2.1 物理、化學(xué)性能

玄武巖是由火山噴發(fā)的巖漿冷卻凝固形成的一種致密狀或泡沫狀結(jié)構(gòu)的巖石，屬于巖漿巖，常見(jiàn)顏色多為黑色、黑褐色或暗綠色。玄武巖具有密度大、巖性脆、硬度、彈模高、耐久性好，表面粗糙、吸附性強(qiáng)，吸水性大，保水性好等特點(diǎn)。

物理力學(xué)試驗(yàn)成果表明，玄武巖的飽和抗壓強(qiáng)度范圍值160～264MPa，平均值212MPa，干抗壓強(qiáng)度范圍值219～293MPa，平均值256MPa，吸水率平均值0．11%。

玄武巖為基性巖，主要組成礦物有綠泥石、云母、石英、長(zhǎng)石、方解石、鈣斜長(zhǎng)石和輝石，玄武巖中SiO2、Fe2O3、Al2O3含量高，二氧化硅含量最多，硅含量45%～55%。

玄武巖一般不具有堿活性，但有時(shí)玄武巖具有氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造，其中杏仁孔穴被次生SiO2充填，形成蛋白石，這種玄武巖往往具有堿活性。

2.2 玄武巖骨料生產(chǎn)加工特性

2．2．1 玄武巖骨料針片狀含量高，粒形差

玄武巖屬于硬質(zhì)巖，具有強(qiáng)度高、脆性大、難破碎等特點(diǎn)，骨料破碎生產(chǎn)過(guò)程中，整形困難，針片狀顆粒較高。溪洛渡工程曾采用四段破碎的加工工藝（閉路粗碎、開(kāi)路中碎、開(kāi)路細(xì)碎、閉路超細(xì)碎），將小石骨料針片狀含量從31．6%降低到8．2%，達(dá)到了溪洛渡工程骨料針片狀含量小于10%的要求[1]。

2．2．2 玄武巖制砂產(chǎn)量不高，細(xì)度模數(shù)大

玄武巖易碎難磨，產(chǎn)砂率低，成品砂細(xì)度模數(shù)偏大，不經(jīng)特殊處理，通常難以生產(chǎn)出符合施工要求的碾壓混凝土用砂。SL 677-2014 《水工混凝土施工規(guī)范》，要求人工砂的細(xì)度模數(shù)宜為2．4～2．8，DL/T 5112-2009《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》，要求人工砂的細(xì)度模數(shù)宜為2．2～2．9。金安橋初期生產(chǎn)的砂細(xì)度模數(shù)在2．78 左右，官地是2．9，溪洛渡3．01[2]，均偏大，如表1。后期主要采用棒磨機(jī)和立軸破碎機(jī)兩種聯(lián)合制砂工藝，按一定比例摻混，能保證制砂產(chǎn)量和砂的細(xì)度模數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

2．2．3 玄武巖制砂石粉含量低

DL/T 5112-2009《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》，要求人工砂的石粉（d ≤0．16mm 的顆粒）含量宜控制在12%～22%，其中d ＜0．08mm 的微粒含量不宜小于5%，最佳石粉含量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

金安橋水電站生產(chǎn)的細(xì)砂石粉含量11．8%，含量偏低，不能滿足施工要求。通過(guò)外摻石灰石粉代砂，將玄武巖砂石粉含量提高到18%[4]，可以改善碾壓混凝土的拌和性。大朝山水電站前期生產(chǎn)的細(xì)砂石粉為8%，后期在生產(chǎn)系統(tǒng)增加石粉回收設(shè)施，石粉含量顯著提高到15%，基本達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2．2．4 玄武巖制砂脫水難

玄武巖親水性大，保水性好，吸附性強(qiáng)，成品砂脫水困難。金安橋水電站初期的成品砂含水率大多在8%左右，規(guī)范要求砂的含水率不大于6%，合格率僅為20%[5]。后期通過(guò)將干濕砂分倉(cāng)存儲(chǔ)，按15%～20%比例摻干砂，有效解決了玄武巖砂脫水及含水量高的難題。

表1 大壩玄武巖骨料相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2.3 玄武巖骨料碾壓混凝土拌合物特點(diǎn)

通過(guò)收集大朝山、金安橋、官地、象鼻嶺等工程的玄武巖骨料碾壓混凝土壩相關(guān)資料，玄武巖骨料碾壓混凝土拌合物主要特點(diǎn)如下[2，6-8]：

（1）玄武巖骨料粒型較差，細(xì)片狀含量高，表面粗糙吸附性強(qiáng)，導(dǎo)致碾壓混凝土單位用水量比普通灰?guī)r骨料大很多。

（2）玄武巖骨料人工砂石粉含量偏低，碾壓混凝土漿體明顯不足，致使碾壓混凝土拌和物性能不好，可碾性差，液化泛漿慢。

（3）玄武巖骨料碾壓混凝土干縮大，抗裂性能不佳。

（4）石粉含量提高，漿砂比增大，可以使碾壓混凝土泛漿加快，性能有效改善，但同時(shí)玄武巖骨料碾壓混凝土用水量增加，干縮也加大。

（5）玄武巖骨料碾壓混凝土表面容易產(chǎn)生麻面，層間結(jié)合質(zhì)量不太好。

3 討論

針對(duì)玄武巖骨料在加工過(guò)程的特性，以及玄武巖骨料碾壓混凝土的特點(diǎn)，以下幾個(gè)方向可以值得深入研究。

3.1 解決玄武巖制砂產(chǎn)量不高、細(xì)度模數(shù)大、骨料針片狀含量高的問(wèn)題

可研究超細(xì)碎車間和棒磨車間生產(chǎn)的人工砂按哪個(gè)比例范圍進(jìn)行混合，不同比例對(duì)砂細(xì)度模數(shù)的影響。分析玄武巖骨料針片狀不同含量對(duì)碾壓混凝土性能的影響，考慮加工工藝和經(jīng)濟(jì)性，選出最佳針片狀含量。

3.2 解決玄武巖制砂石粉含量低的問(wèn)題

通過(guò)外摻不同巖性的石粉，以提高玄武巖砂的石粉含量?？梢员容^摻入不同巖性石粉（如砂巖、板巖、片麻巖、花崗巖、大理巖、白云巖）對(duì)玄武巖碾壓混凝土性能的影響，最終選出幾種工程界常用且易得到的巖石石粉作為外摻首選。

3.3 解決玄武巖制砂脫水難問(wèn)題

弄清楚玄武巖砂脫水難的機(jī)理，從制砂工藝上尋找脫水難的解決辦法。

3.4 解決玄武巖骨料碾壓混凝土抗裂能力不佳問(wèn)題

分析玄武巖人工骨料混凝土的抗裂能力不佳的原因，研究采取何種措施抑制玄武巖骨料的干縮，降低單位用水量，提高抗裂能力。比如，用不同巖性（砂巖、板巖、片麻巖、灰?guī)r、花崗巖、白云巖）的細(xì)骨料與玄武巖粗骨料混合，與純玄武巖骨料對(duì)比碾壓混凝土性能。

3.5 研究石粉含量、減水劑、砂脫水難度三者之間的關(guān)系

提高石粉含量，增加了用水量，這與減水劑的作用相反，同時(shí)石粉含量提高也致使砂的脫水難度加大。故可研究石粉含量、減水劑添加量、脫水難易程度三者之間的關(guān)系，尋找最優(yōu)平衡點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

論文通過(guò)大量查閱文獻(xiàn)，收集工程實(shí)際資料，闡述了玄武巖骨料特性及其碾壓混凝土拌和物的特點(diǎn)，探討了玄武巖骨料碾壓混凝土筑壩技術(shù)部分問(wèn)題，可以為今后類似工程的施工提供借鑒和啟示。