溫春玉,胡克功

(中國水電顧問集團西北勘測設(shè)計研究院,甘肅蘭州 730050)

甘再水電站4#灰?guī)r料場中碳泥工程特性初步研究

溫春玉,胡克功

(中國水電顧問集團西北勘測設(shè)計研究院,甘肅蘭州 730050)

碳泥在建材領(lǐng)域是首次遇到,關(guān)于其物理、化學(xué)、工程等各種性質(zhì)的研究是一片空白,對柬埔寨甘再水電站4#料場出露的碳泥的地質(zhì)特征及對混凝土性質(zhì)的影響,通過實驗的方法,進行對比試驗,結(jié)合以往國內(nèi)對混凝土的研究,提出碳泥作為建材的混入料在應(yīng)用過程中應(yīng)謹(jǐn)慎對待。

碳泥;灰?guī)r料場;抗壓強度;初凝;用水量;含氣量;水電站

0 引言

甘再水電站位于柬埔寨王國貢布省西南部,是中國水電建設(shè)集團公司在國外的BOT項目,項目的投資建設(shè)受到參建各方積極的關(guān)注與重視,其中4#灰?guī)r料場為前期勘測階段所選備用料場,經(jīng)柬埔寨政府指定使用。2009年5月初,當(dāng)料場上部強風(fēng)化灰?guī)r剝離開采后,在弱風(fēng)化灰?guī)r中出露了碳泥夾層,在局部較為集中,因碳泥[1]在國內(nèi)料場中從未曾遇見過,為慎重起見,充分利用現(xiàn)場各種實驗手段對其進行了研究。

1 地質(zhì)特征

甘再水電站4#料場地處熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域,雨季、旱季分明;經(jīng)地層對比初步確定出露地層為侏羅系中統(tǒng)微晶灰?guī)r,屬侵蝕性地貌;區(qū)內(nèi)地層穩(wěn)定,據(jù)工程招標(biāo)文件及其最新研究成果,50年超越概率10%的峰值地面地震加速度為0.02～0.04g,屬歷史地震活動低—非常低。

4#料場灰?guī)r呈厚層狀—巨厚層狀,灰?guī)r為微晶灰?guī)r,呈淺灰黑色,巖質(zhì)堅硬;4#料場可分兩個區(qū):主料場區(qū)和備用料場區(qū),其分別為兩個獨立小山包,主料場區(qū)內(nèi)發(fā)育一條小背斜,另發(fā)育數(shù)條高傾角斷層,巖體風(fēng)化程度較淺;備用料場區(qū)巖體呈單斜構(gòu)造,巖體多呈深卸荷,卸荷裂隙發(fā)育,巖體風(fēng)化程度較主料場深。

后經(jīng)補充鉆孔勘探揭露碳泥主要發(fā)育于4#料場主料場區(qū)內(nèi),備用料場補充的鉆孔中未出露碳泥;在主料場區(qū)碳泥主要出露于裂隙(見圖1)、斷層、斷層影響帶及背斜的核部,同時,在垂直方向上表現(xiàn)為越向地下碳泥含量越高,巖體風(fēng)化越強烈碳泥含量越低(強風(fēng)化巖體內(nèi)基本未見到碳泥)的分布特征;出露碳泥呈黑褐色—棕褐色,其硬度隨泥質(zhì)含量變化,泥質(zhì)含量越高則硬度越低,易成粉末狀(見圖2),不溶于水,在水中易成懸浮狀;含泥量較高時呈團塊狀或?qū)訅K狀(見圖3),易污手;因碳的吸附作用,其間夾有少量黃鐵礦等礦物小顆粒。

圖1 裂隙中發(fā)育的碳泥Fig.1 Carbonaceousmud rock in fissure

圖2 粉末狀碳泥Fig.2 Powder of carbonaceousmud rock

圖3 團塊狀碳泥Fig.3 Cube of carbonaceousmud rock

2 混凝土試驗

含碳泥灰?guī)r較灰?guī)r易破碎,現(xiàn)場生產(chǎn)過程碳泥易進入人工砂及人工石粉,從而影響混凝土的特性。

根據(jù)現(xiàn)場實際條件,對含碳泥灰?guī)r進行了各種對比試驗。

2.1 巖體物理力學(xué)試驗

現(xiàn)場實驗室對料場不同部位進行取樣,試驗結(jié)果如表1。

表1 力學(xué)實驗成果表Table 1 Result table ofmechanics test

2.2 混凝土原材料實驗

(1)石粉物理性質(zhì)實驗 實驗中正常石粉為由現(xiàn)場使用的雷蒙機生產(chǎn),碳泥為實驗室內(nèi)研磨制成,結(jié)果如表2。

表2 石粉物理性質(zhì)影響實驗對比表Table 2 Compared table of physics quality about rock-powder

試驗結(jié)果表明碳泥顆粒比表面積較大,隨碳泥含量的增加,需水量比同時增大,表觀密度逐漸降低。

(2)砂石骨料物理性質(zhì)實驗 ①人工砂實驗:本實驗區(qū)分是否含碳泥,主要以肉眼觀察為主,其顏色較正常砂深者為含碳泥砂;其實驗結(jié)果如表3。

從試驗結(jié)果看,含碳泥砂飽和面干密度較小,僅為2.19 g/cm3,吸水率顯著增大,<0.08 mm的顆粒含量明顯增多。

②人工粗骨料實驗:本實驗含碳泥灰?guī)r粗骨料,計數(shù)法檢測為8%,其實驗結(jié)果如表4。

本次實驗中所采用柬埔寨產(chǎn)KTC TYPEⅠ型水泥、中國廣西田東電廠Ⅱ級粉煤灰和外加劑(包括ZB-1RCC緩凝高效減水劑、GK-4A緩凝高效減水劑、TG-1A引氣劑),經(jīng)檢測均滿足中國相關(guān)規(guī)范要求;在外加劑與含碳泥混凝土適應(yīng)性的試驗中,發(fā)現(xiàn)碾壓混凝土中含氣量較低,對混凝土的抗凍性帶來不利影響,但考慮甘再水電站地處熱帶,常年氣溫在23℃以上,其抗凍性基本可不用考慮。

表3 人工砂物理性質(zhì)影響實驗對比表Table 3 Compared table of artificialminerals physics quality

表4 人工粗骨料物理性質(zhì)影響實驗對比表Table 4 Compared table of artificial skeletal soil physics quality

從實驗結(jié)果看,碳泥對粗骨料物理性質(zhì)影響較小。

2.3 含碳泥灰?guī)r骨料對混凝土性能影響的實驗

本次實驗結(jié)合甘再水電站施工特點,分別采用現(xiàn)場生產(chǎn)的含有碳泥的石粉完全代替粉煤灰和碾壓混凝土中摻20%粉煤灰加40%石粉的方案進行,其實驗結(jié)果匯總?cè)绫?。表中1為摻和50%石粉的碾壓混凝土,2為摻和20%粉煤灰和40%石粉的碾壓混凝土,3為摻和30%石粉的常態(tài)混凝土,4為摻和30%粉煤灰的常態(tài)混凝土。

表5 含碳泥石粉對混凝土性能影響對比表Table 5 Compared table of rock-powderwith carbonaceousmud rock-cement quality

2.4 灰?guī)r骨料、含碳泥灰?guī)r骨料、碳泥骨料對比試驗

本實驗統(tǒng)一采用基準(zhǔn)水膠比0.53、石子級配6∶4、粉煤灰摻和量20%的標(biāo)準(zhǔn)進行,其實驗結(jié)果如表6。

表6 各骨料混凝土性能試驗對比表Table 6 Compared table of quality test about skeletal cement

實驗結(jié)果表明隨著骨料中碳泥含量的增加,用水量也在不斷增加,含氣量則下降,混凝土凝結(jié)時間則縮短。

3 總結(jié)

(1)黑褐色碳泥硬度較低,易破碎成粉末狀,不溶于水,其分布特征與巖體風(fēng)化、地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育相關(guān),強風(fēng)化巖體內(nèi)發(fā)育較少,裂隙、斷層、斷層影響帶、構(gòu)造擠壓帶等地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)較發(fā)育,因碳粒的吸附作用,碳泥中多吸附有其他礦物顆粒。

(2)碳泥對混凝土細(xì)骨料品質(zhì)影響較明顯,對石粉的影響主要表現(xiàn)為比表面積的顯著增加和需水比的增加,對人工砂的影響主要為吸水率的顯著增大、細(xì)度的減小和<0.08 mm顆粒的增多;對混凝土粗骨料影響有限。

(3)利用含碳泥石粉替代粉煤灰實驗中,揭示碾壓混凝土較粉煤灰混凝土其抗壓強度初期增加較快,隨時間推移,較粉煤灰混凝土其抗壓強度增加幅度將減小;在常規(guī)混凝土中,含碳泥混凝土的含氣量較粉煤灰混凝土要低,其抗壓和抗拉強度均低于粉煤灰混凝土。

(4)在對正常骨料、含碳泥骨料和碳泥骨料對比試驗中,揭示隨著骨料中碳泥含量的增加,用水量同步增加,含氣量則降低,而混凝土的凝結(jié)時間則縮短。

(5)因碳泥較強的吸附性和易碎性,以致在施工過程中不易從細(xì)骨料中清除干凈,在工程施工過程中對肉眼分辨碳泥含量較高的細(xì)骨料應(yīng)予以拋棄,在主體建筑工程施工時,不宜采用含有碳泥細(xì)骨料生產(chǎn)混凝土,在非主體建筑工程施工時應(yīng)慎用,并及時檢測混凝土各項指標(biāo),同時調(diào)整各項參數(shù)。

總之,對于碳泥的研究現(xiàn)處于初步階段,許多實驗需要長時間的觀測與評價,隨著時間的推移,對碳泥的各項特性的研究及其應(yīng)用前景必將有更廣泛的發(fā)展。

[1] GB/T 17412.2—1998,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)巖石分類和命名方案[S].

(責(zé)任編輯:于繼紅)

Prel iminary Study on Engineering Characteristics of Carbonaceous Mud Rock in 4#Quarry Area of Kamchay Hydroelectric Power Station

WEN Chunyu,HU Kegong
(Hydrochina X ibei Engineering Corporation,Lanzhou,Gansu710065)

Carbonaceousmud rock is first appeared in the buildingmaterials field,the study on its characteristics such as physical,chemical and engineering is a blank work atpresent.This article only studies on geological characteristicsof the carbonaceousmud rock which exposed in 4#quarry area of Kamchay hydropower Cambodia and the influence to the concrete properties.

carbonaceous mud rock;quarry area;compressive strength;initial setting time;water consumption;gas content;hydroelectric power station

TV742

A

1671-1211(2010)05-0470-03

2010-07-01;改回日期:2010-08-09

溫春玉(1976-),男,工程師,地質(zhì)專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:422401304@qq.com