白鶴灘大壩混凝土骨料質(zhì)量檢測管理研究

顏劍秋

摘 要：白鶴灘水電站是全球在建最大水電工程，大壩混凝土采用灰?guī)r骨料。本文從母巖料源性、系統(tǒng)工藝、生產(chǎn)質(zhì)控等方面簡述大型人工砂石系統(tǒng)質(zhì)量檢測管理工作。

關(guān)鍵詞：母巖品質(zhì);系統(tǒng)工藝;質(zhì)量檢測

中圖分類號：TV544文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）17-0094-03

Research on Quality Inspection and Management of Concrete Aggregate of Baihetan Dam

YAN Jianqiu

（Research and Design Institute of Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410000）

Abstract： Baihetan Hydropower Station is the largest hydropower project under construction in the world， and limestone aggregate is used for dam concrete. This paper briefly described the quality inspection and management of large-scale artificial sand and gravel system from the aspects of parent rock material source， system technology and production quality control.

Keywords： quality of parent rock;systematic process;quality inspection

水工混凝土大壩混凝土用量大，其混凝土各種性能指標要求高，而骨料則是構(gòu)成混凝土的主要原材料，起著剛性骨架作用?；炷林?，骨料占其總質(zhì)量的70%以上，骨料所占的體積越大，水泥用量就越少，骨料質(zhì)量的好壞在很大程度上影響混凝土性能。石灰?guī)r在我國分布較廣，其具有良好的加工性、磨光性和很好的膠結(jié)性能，骨料粒形較好，混凝土線形膨脹系數(shù)好，是水工大壩混凝土的優(yōu)選骨料。白鶴灘水電站大壩混凝土就選用灰?guī)r骨料。

1 工程概述

白鶴灘水電站是全球在建最大水電工程，其大壩距離白鶴灘大壩砂石加工系統(tǒng)公路里程約55 km，人工骨料加工系統(tǒng)主要承擔(dān)加工白鶴灘大壩工程878.0萬m3混凝土所需的成品骨料。

2 質(zhì)量檢測的難點及其實施主要控制措施

成品骨料加工過程中有以下難點：白鶴灘大壩砂石加工系統(tǒng)工程旱谷地母巖灰?guī)r料場巖性單一，夾雜無用料較多，開挖分揀難度大;特大石及大石用量大，運距遠，顛頗擠壓及卸料沖力易產(chǎn)生跌損;人工砂指標提高，細度模數(shù)控制在2.6±1.0，石粉含量控制在10%～15%，微粒含量控制在9%以下。針對有關(guān)難點，有必要實施質(zhì)量控制措施。

2.1 料場母巖品質(zhì)檢測及質(zhì)量管理

2.1.1 料場地質(zhì)情況及前期勘探試驗成果。旱谷地料場場區(qū)巖性單一，地表出露基巖呈弱風(fēng)化狀，依據(jù)巖體節(jié)理發(fā)育密度、裂隙夾泥情況，將料場區(qū)灰?guī)r劃分為弱風(fēng)化上段巖體、弱風(fēng)化下段巖體及微風(fēng)化帶巖體。場區(qū)規(guī)模較大的斷層、擠壓帶內(nèi)，溶蝕縫發(fā)育，多充填方解石、泥質(zhì)，不能作為混凝土骨料料源，為無用料，其余各風(fēng)化帶灰?guī)r巖體內(nèi)裂隙夾泥現(xiàn)象較少，均為有用料。

華東勘測設(shè)計院前期料勘探試驗檢測成果如下：白鶴灘大壩砂石加工系統(tǒng)旱谷地料場灰?guī)r、鈣泥灰?guī)r樣品巖石膨脹率均小于規(guī)程限定值，判定料場灰?guī)r、鈣泥灰?guī)r均不具有堿碳酸活性反應(yīng)和堿硅酸活性反應(yīng)，根據(jù)巖塊樣、巖芯樣強度試驗結(jié)果，可以判定旱谷地料場灰?guī)r原巖質(zhì)量滿足白鶴灘水電站高拱壩混凝土骨料要求。

2.1.2 料場原巖品質(zhì)復(fù)核試驗。旱谷地灰?guī)r骨料是白鶴灘大壩的“糧食”，其料源品質(zhì)、存儲量對這座巨型工程大壩起著至關(guān)重要的影響。料場剝離表層及無用料層后，其有用料層中夾雜少許的鈣膜料、泥膜料，根據(jù)相關(guān)工作安排，組織對料場母巖品質(zhì)進行相關(guān)檢測復(fù)核試驗。

2.1.2.1 原巖強度復(fù)核。根據(jù)料場原巖的情況，從料場開挖工作面對原巖進行取樣，進行了鈣膜料、泥膜料及新鮮巖石的抗壓強度試驗分析。

原巖取樣部位為旱谷地料場有用料區(qū)域，對新鮮巖石、鈣膜料、泥膜料進行取樣，各取兩組，進行強度試驗檢測，經(jīng)復(fù)核檢測，原巖平均強度均超過80 MPa，與前期試驗結(jié)果基本一致，滿足大壩混凝土最高強度等級C18040配合比骨料強度指標要求。

2.1.2.2 原巖堅固性及硫化物含量檢測。骨料的堅固性是指骨料在自然風(fēng)化和其他外界物理、化學(xué)因素的作用下抵抗破裂的能力。骨料是影響混凝土強度的主要因素之一，因為普通混凝土受力破壞一般出現(xiàn)在骨料和水泥石的分界面上，這是常見的黏結(jié)面破壞形式，如果骨料里面含有雜質(zhì)，必然降低骨料與水泥石之間的黏結(jié)力，也就會造成黏結(jié)面的黏結(jié)力不夠而提早破壞。經(jīng)檢測，母巖堅固性試驗結(jié)果最大值為2%，硫酸鹽及硫化物含量最大值為0.09%。

綜上，料場弱風(fēng)化區(qū)域的原巖抗壓強度與前期設(shè)計單位研究成果相符;料場有用料母巖堅固性及硫化物專項試驗結(jié)果符合現(xiàn)行標準要求。

2.1.3 精細化爆破。針對料場地質(zhì)情況，經(jīng)三峽為業(yè)主及行內(nèi)專家組的指導(dǎo)，確定了個性化爆破原則，即少排數(shù)、小排距、大孔距、長條形平臺爆破，以增加有用料的爆破塊度，并適當(dāng)減少炮根。通過爆破參數(shù)的調(diào)整，有用料的爆破粒徑分布得到改善，半成品80 mm以上粒徑的占比已提升至50%。

2.1.4 料場開挖質(zhì)量精細化施工管理措施。針對料場地質(zhì)情況，組建料場開挖質(zhì)量精細化管理QC小組，對料場有用料及無用料實施精細化施工管理，主要采取以下具體措施：提前挖除無用料，形成大平臺;每層開挖完成后，準確計算有用料、無用料，并與設(shè)計院所給的有無用料資料做對比，有偏差的地方在圖紙上準確標注;在料場開挖過程中，根據(jù)設(shè)計提供的地質(zhì)預(yù)判資料，對較大斷層進行分區(qū)、分塊單獨爆破剔除;為加強料場毛料開挖質(zhì)量控制，單獨制定《采石場有用料毛料開挖質(zhì)量管理辦法》，該辦法對料場毛料鑒別、開挖、裝料、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)提出了詳細的控制要求，以達到毛料質(zhì)量合格、無用料有效剔除的目的。同時，根據(jù)現(xiàn)場有用料及無用料的鑒定情況，對開挖區(qū)域、設(shè)備進行掛牌區(qū)分，確保施工過程中不發(fā)生混料現(xiàn)象，通過精細化施工管理保證料源質(zhì)量。

2.2 系統(tǒng)工藝性試驗及生產(chǎn)質(zhì)量控制

白鶴灘大壩砂石加工系統(tǒng)主要生產(chǎn)工藝流程是：毛料→半成品→特大石→大石→中石、小石→人工砂→污水處理（零排放）。

2.2.1 半成品生產(chǎn)。主要測定粗碎不同開口尺寸（140 mm、150 mm和160 mm）的進出料級配、產(chǎn)能、原狀砂含量。白鶴灘大壩混凝土以四級配為主，而由于料場巖石節(jié)理發(fā)育裂隙，骨料原巖品質(zhì)較差，檢定大石、特大石的初步獲得率是否滿足要求，主要檢測40 mm以上顆粒篩余含量。在粗碎出口膠帶機上分段大批量取樣，不同排料口分次進行試驗檢測，獲得40 mm以上粒徑的最大含量，以確定最佳的粗碎開口，測定出料級配及產(chǎn)能。

2.2.2 特大石及大石生產(chǎn)工藝試驗及質(zhì)量控制檢測。特大石及大石的生產(chǎn)工藝流程如下。

2.2.2.1 一篩分。主要檢測一篩處理能力，固化半成品料倉地垅下料弧門的開口度，并經(jīng)一篩篩分后大于150 mm物料含量、特大石和大石產(chǎn)量以及超中遜徑等質(zhì)量指標。通過檢測以上指標，調(diào)整一篩角度、篩徑和沖洗水量。

2.2.2.2 中細碎。測定中細碎設(shè)備不同開口尺寸進出料級配、產(chǎn)能，以便確定不同工況的最優(yōu)參數(shù)。主要控制不同開口下的40 mm以上含量，目的是測定大石獲得率，對生產(chǎn)中的大石進行部分整形。其中，中碎的料源是一篩及檢篩篩分后特大石的超徑顆粒;細碎的料源是一篩、二篩及檢篩篩分后大石的超徑顆粒。

2.2.2.3 二篩分。其料源是中細碎車間生產(chǎn)的混合骨料。主要測定二篩進料量級配，篩分后大于80 mm物料含量，小于40 mm物料含量，二篩所出大石產(chǎn)量及超中遜徑等質(zhì)量指標，以確定二篩處理能力、經(jīng)過二篩處理后所出大石的產(chǎn)量。

2.2.2.4 特大石及大石檢篩。該檢篩是特大石及大石質(zhì)量檢測最重要的環(huán)節(jié)，是特大石和大石入成品骨料倉的最后一道篩分，其作用是對來自一篩和二篩篩分處理后的特大石和大石再次進行篩分和沖洗，通過檢測特大石和大石的超遜徑和含泥量指標來確定檢篩篩徑及沖洗水量，以便調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)。檢篩控制的特大石及大石的超徑粒徑范圍為2%～4%，遜徑小于5%。

2.2.3 中石及小石生產(chǎn)工藝試驗及質(zhì)量控制檢測。中石及小石生產(chǎn)工藝流程主要由三篩分、超細碎、四篩分和檢篩組成。

2.2.3.1 三篩分。三篩料倉進料來源是一篩小于40 mm粒徑的顆粒，主要測定三篩的處理能力。其功能主要是將一篩底部的細渣料（粒徑小于5 mm）剔除，而特大石及大石生產(chǎn)車間中一篩粒源是經(jīng)粗碎生產(chǎn)的所有半成品料。經(jīng)檢測，其5 mm以下顆粒的硫化物含量滿足現(xiàn)行水工規(guī)范要求，但是由于項目要求高，白鶴灘工程還是剔除不用，三篩分僅作為中間工藝，為后續(xù)中、小石及成品砂的生產(chǎn)提供半成品原料。

2.2.3.2 超細碎。超細碎系統(tǒng)是中小石二次整形和制砂的重要生產(chǎn)車間，其料源來自三篩分5～40 mm的顆粒，主要檢測其處理能力及產(chǎn)砂量。

2.2.3.3 四篩分。四篩進料來自超細碎生產(chǎn)后的出料，主要測定篩分后中石、小石產(chǎn)量及超中遜徑等質(zhì)量指標，進棒磨料倉物料顆粒含量及級配，四篩篩分后所產(chǎn)砂的產(chǎn)量及質(zhì)量指標，以確定四篩處理能力。

2.2.3.4 中小石檢篩。該檢篩主要是對來自四篩分后的中小石超中遜徑、含泥量進行復(fù)檢。通過檢測中石和小石的超遜徑和含泥量指標，確定檢篩篩徑及沖洗水量，以便調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)。中小石粒形受到業(yè)內(nèi)專家的一致好評。

2.2.4 人工砂生產(chǎn)質(zhì)量控制。人工骨料加工系統(tǒng)難點是成品砂的生產(chǎn)質(zhì)量控制。白鶴灘大壩混凝土的人工砂調(diào)整參考以下標準：《水工混凝土施工規(guī)范》（DL T 5144—2015）要求，人工砂細度模數(shù)為2.6±0.2，石粉含量為6%～18%，出廠含水率宜小于6%，石粉中微粒含量沒有要求;三峽工程拱壩細骨料標準要求人工砂細度模數(shù)為2.6±0.1，石粉含量為10%～15%，人工砂出廠含水率≤5%。白鶴灘工程采用的是三峽標準，要求控制范圍變小，難度加大。

成品砂由四篩篩分后的部分粗砂、棒磨機生產(chǎn)的砂和高頻篩增加的石粉組成。

2.2.4.1 棒磨車間。測定不同裝棒量和用水量（流量計控制）情況下棒磨機的產(chǎn)能及所產(chǎn)砂的級配和石粉含量，檢測不同棒磨機的產(chǎn)能及所產(chǎn)砂的質(zhì)量。棒磨車間是成品砂調(diào)整細度模數(shù)和石粉含量的核心環(huán)節(jié)，也是骨料加工系統(tǒng)難度最大、控制要求最高的生產(chǎn)工藝流程。

為精確添加成品砂石粉，使成品砂的級配分布更為合理，有必要采用以下措施：優(yōu)化石粉回收附屬設(shè)施濃縮池進水結(jié)構(gòu)，增加豎流筒，確保廢水從豎流筒進入濃縮池，提高濃縮效率;優(yōu)化渣漿泵出漿管道，使渣漿泵與石粉回收裝置一一對應(yīng)，降低堵管率;根據(jù)石粉回收量，重新確定旋流器開啟組合;在石粉添加膠帶機上增加機械破粉裝置，確保石粉添加均勻。

2.2.4.2 成品砂倉。成品砂入倉質(zhì)量檢測，主要控制出廠砂表面含水率。檢測成品砂表面含水率和砂倉堆存脫水情況。成品砂倉采用試驗方法，分別堆存10、20、28 m成品砂，記錄成品砂生產(chǎn)和堆容日期。堆至試驗高度后，進行成品砂飽和面含水率檢測，每臺班進行一次。

人工砂生產(chǎn)質(zhì)量控制主要措施有：調(diào)整四篩砂篩網(wǎng)孔徑，控制其出砂細度模數(shù)在2.9～3.1，棒磨機生產(chǎn)砂細度模數(shù)控制在2.0～2.4，根據(jù)成品砂細度模數(shù)及石粉含量檢測結(jié)果，調(diào)整高頻篩的石粉添加量。在人工砂檢測中，石粉含量檢測采用水洗法。為了快速檢測砂石粉含量，以便調(diào)整工藝參數(shù)，筆者進行了100組石粉含量干篩和水洗對比試驗，并聯(lián)合業(yè)主試驗中心、監(jiān)理單位和其他兄弟單位實驗室進行驗證。試驗結(jié)果表明，干篩石粉含量與水洗石粉含量的差值范圍為1%～2%，人們可以據(jù)此快速調(diào)整工藝參數(shù)。成品砂入倉后進行分倉脫水，每倉掛牌標明生產(chǎn)時間，輪流置換砂倉，砂表面含水率均能滿足要求。

經(jīng)工藝性試驗檢測，骨料各項檢測指標已趨于穩(wěn)定，檢測成果符合現(xiàn)行標準要求。但是，其特大石及大石中徑指標達不到現(xiàn)行標準要求（中徑指標40%～70%），原因是旱谷地料場巖體裂隙節(jié)理發(fā)育、不完整，爆破毛料塊度較小，造成大石、特大石中徑含量偏低，系統(tǒng)工藝只能調(diào)整其穩(wěn)定區(qū)間。經(jīng)過系統(tǒng)改造和固化，大石、特大石中徑指標趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定區(qū)間均保持在30%～50%，波動較小，利于調(diào)整混凝土配合比參數(shù)，保證各項性能指標滿足設(shè)計要求。

2.3 成品骨料出廠質(zhì)量檢測控制

白鶴灘水電站大壩砂石加工系統(tǒng)距離壩址公路里程約55 km，骨料供應(yīng)過程中，粗骨料在入倉、裝料、轉(zhuǎn)運、卸料等各環(huán)節(jié)發(fā)生多次跌落，不可避免產(chǎn)生了跌落損失，導(dǎo)致骨料品質(zhì)發(fā)生變化，其中以特大石、大石較為嚴重。經(jīng)檢測統(tǒng)計，主要跌落共有7次，累計跌落高度達21 m。

為找尋骨料在轉(zhuǎn)運過程中跌落、摩擦、擠壓產(chǎn)生的粒徑變化規(guī)律，系統(tǒng)投產(chǎn)后開展了生產(chǎn)、出廠、壩區(qū)存料場地垅出口聯(lián)動跌損試驗。近200組試驗檢測成果表明，特大石的跌損率控制在10%～12%，大石跌損率控制在6%～8%。試驗結(jié)果已用于混凝土生產(chǎn)，利于控制混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。

3 結(jié)論

白鶴灘大壩砂石骨料加工系統(tǒng)工程設(shè)計先進，規(guī)模龐大，工藝流程復(fù)雜。從投產(chǎn)到正式向大壩混凝土拌和系統(tǒng)供料，項目生產(chǎn)工藝調(diào)整歷時三個月，工期緊，任務(wù)重，困難大。其采用試驗檢測方式來保證生產(chǎn)質(zhì)量。

試驗檢測作為工程質(zhì)量控制的基本手段，有助于加強質(zhì)量管理。人們要研究骨料跌損規(guī)律，加強對白鶴灘大壩混凝土骨料的質(zhì)量檢測，并采用先進的質(zhì)量管理方法，精細管理，將合格骨料應(yīng)用于白鶴灘電站大壩混凝土生產(chǎn)和澆筑中。

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