康小春，張改香

（中國水利水電第四工程局有限公司勘測設(shè)計研究院，青海 西寧 810007）

0 引言

金安橋水電站包括大壩、泄水及引水發(fā)電系統(tǒng)等主體工程全部混凝土方量約629萬m3，混凝土所需骨料量巨大，其中碾壓混凝土259萬m3（含右岸沖刷壩段泄水槽基礎(chǔ)17萬m3）。壩址附近巖石以玄武巖及弱風化玄武巖為主。在進行大壩碾壓混凝土配合比試驗過程中發(fā)現(xiàn)，玄武巖具有密度大、巖性脆、硬度高的特點，在對其毛料進行加工時，玄武巖制砂石粉含量低、細度模數(shù)大，無法生產(chǎn)出符合施工要求的碾壓混凝土用砂。特別是玄武巖骨料碾壓混凝土的用水量急劇增加，而且新拌碾壓混凝土拌和物性能差，不能滿足碾壓混凝土可碾性、液化泛漿和層間結(jié)合的施工要求，明顯有別于其他工程的碾壓混凝土，對大壩碾壓混凝土的快速施工、層間結(jié)合、溫控、防裂均帶來不利。本文通過對玄武巖骨料碾壓混凝土性能試驗研究，采取外摻石粉代砂、提高外加劑摻量、低VC值等技術(shù)措施，使玄武巖骨料成功應用于金安橋水電站的大壩碾壓混凝土。

1 原材料

（1）水泥。為麗江永保42.5中熱水泥，其物理和化學指標均符合GB200—2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》要求。

（2）粉煤灰。大壩混凝土使用攀枝花利源粉煤灰制品有限公司的Ⅱ級粉煤灰，細度平均值為15.8%，需水量比平均值為99%。粉煤灰品質(zhì)符合DL/5055—2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)程》技術(shù)要求。

（3）骨料?；炷了么帧⒓毠橇暇鶠樾鋷r人工骨料。人工砂及粗骨料物理品質(zhì)檢測結(jié)果表明：人工砂細度模數(shù)2.78、石粉含量11.8%、表觀密度2 940 kg/m3； 粗骨料表觀密度2 970～2 990 kg/m3； 除人工砂石粉含量偏低外，粗、細骨料的其他品質(zhì)均滿足規(guī)范要求。

（4）外加劑。采用ZB-1Rcc15緩凝高效減水劑和ZB-1G引氣劑。試驗結(jié)果表明，減水劑和引氣劑性能均滿足標準和施工要求。

2 玄武巖微觀分析

2.1 成分分析

取玄武巖石粉、石灰?guī)r石粉和Ⅱ級粉煤灰，進行化學成分對比試驗。結(jié)果表明，玄武巖化學成分明顯有別于石灰?guī)r粉、粉煤灰，玄武巖主要化學成份為 SiO2、 Al2O3、 Fe2O3、 CaO， 其中 SiO2含量最多，占45%。玄武巖粉、石灰?guī)r粉和粉煤灰的礦物組成見表1。

表1 玄武巖粉、石灰?guī)r粉和粉煤灰的礦物組成

表1中可以看到玄武巖主要礦物組成為綠泥石、云母、石英、長石、方解石，不同于石灰?guī)r粉和粉煤灰。

2.2 顆粒分布

將玄武巖粉、石灰?guī)r粉和粉煤灰分別進行篩分分析。顆粒分布測試結(jié)果顯示，玄武巖粉顆粒最粗，粒徑小于38 μm的含量只有48.3%，而石灰?guī)r粉和粉煤灰顆粒較細，38 μm粒徑以下的含量均在74%以上。

2.3 顆粒形貌

通過對玄武巖粉、石灰?guī)r粉和Ⅱ粉煤灰在掃描電鏡下進行顆粒形貌分析，掃描電鏡照片顯示，三種微粉顆粒形貌區(qū)別很大。玄武巖粉為多角形粒狀，比石灰?guī)r粉顆粒明顯粗糙。粉煤灰顆粒由玻璃微珠和不規(guī)則玻璃體組成，明顯有別于玄武巖石粉。

3 玄武巖骨料碾壓混凝土的性能

3.1 外加劑摻量對用水量的影響

外加劑摻量與碾壓混凝土用水量關(guān)系的試驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出：①對三級配碾壓混凝土，當減水劑ZB-1Rcc15摻量從0%增加到1.0%，ZB-1G引氣劑摻0%、0.25%和0.30%，達到相近VC值時，用水量從127 kg/m3降至95 kg/m3；水膠比為0.55時，膠凝材料用量從231 kg/m3降至173 kg/m3，水膠比為0.50時，膠凝材料由254 kg/m3降至190 kg/m3。②二級配碾壓混凝土的用水量從137 kg/m3降到105 kg/m3，相應的膠凝材料從274 kg/m3降到210 kg/m3。試驗結(jié)果充分說明，碾壓混凝土隨外加劑摻量的提高，單位用水量及膠凝材料用量顯著降低。

從降低混凝土溫升、提高抗裂性能和防止大壩裂縫考慮，提高減水劑摻量是降低膠材用量和方便溫度控制的有效技術(shù)措施。

表2 外加劑摻量與碾壓混凝土用水量關(guān)系試驗結(jié)果

3.2 骨料品種對碾壓混凝土用水量的影響

玄武巖骨料與石灰?guī)r骨料碾壓混凝土用水量的對比試驗結(jié)果見表3。

從表3可以看出：玄武巖骨料碾壓混凝土的用水量明顯高于石灰?guī)r骨料碾壓混凝土；石灰?guī)r骨料密度相對較??；石灰?guī)r骨料碾壓混凝土的表觀密度比玄武巖骨料碾壓混凝土輕約200 kg/m3。

由于玄武巖骨料的特性，加工的人工砂石粉含量偏低，故碾壓混凝土漿體明顯不足，新拌碾壓混凝土拌和物液化泛漿和工作性差，并且單位用水量偏高，碾壓混凝土三級配用水量為100 kg/m3，二級配用水量110 kg/m3，與國內(nèi)其他同類型工程的碾壓混凝土配合比相比，單位用水量偏高10 kg/m3以上。

3.3 石粉含量對碾壓混凝土性能的影響

為了研究外摻不同石粉含量對碾壓混凝土性能的影響，確定玄武巖骨料碾壓混凝土的最佳石粉含量，進行了玄武巖人工砂不同石粉含量 （14%、16%、18%、20%、22%）的碾壓混凝土拌和物性能和力學性能試驗，結(jié)果見表4。

從表4可以看出：當人工砂石粉含量達到18%時，碾壓混凝土拌和物的外觀逐漸變好，將VC值測試完成的混凝土從容量筒中倒出，試樣表面光滑、密實，繼續(xù)增加石粉含量，漿體充足，拌和物粘聚性增強；隨著人工砂石粉含量的增高，碾壓混凝土中材料的總表面積相應增大,用水量呈規(guī)律性的增加；VC值的大小直接影響著碾壓混凝土含氣量的變化，當碾壓混凝土的VC值損失每增加1 s，含氣量平均相應降低約0.7%；石粉含量在16%時碾壓混凝土抗壓強度最高，但和易性較差。

石粉含量在18%～20%范圍時，碾壓混凝土拌和物性能和強度最優(yōu)。

4 配合比設(shè)計優(yōu)化

針對玄武巖骨料碾壓混凝土可碾性差的情況，配合比設(shè)計優(yōu)化主要從4個方面進行：①通過外摻石粉代砂技術(shù)方案解決石粉含量低的問題，通過試驗確定C9020、C9015三級配碾壓混凝土最優(yōu)石粉含量分別為18%、19%；②針對VC值經(jīng)時損失情況，調(diào)整岀機口VC值1～3 s，岀機口VC值控制以倉面可碾性和液化泛漿好為原則；③提高緩凝高效減水劑ZB-1Rcc15的摻量，降低用水量，解決液化泛漿差的難題；④優(yōu)化C9015三級配碾壓混凝土，水泥用量從72 kg/m3降至63 kg/m3，有效降低水化熱溫升。

金安橋水電站大壩玄武巖骨料碾壓混凝土配合比設(shè)計采用適宜的水膠比、外摻石粉代砂、提高外加劑摻量、低VC值的技術(shù)路線。經(jīng)過反復的、大量的試驗研究，以及現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，有效地降低了碾壓混凝土的單位用水量，改善了拌和物性能，所確定的碾壓混凝土施工配合比見表5。

表3 玄武巖與石灰?guī)r碾壓混凝土用水量對比

表4 不同石粉含量的碾壓混凝土性能

表5 碾壓混凝土施工配合比

5 VC值動態(tài)控制研究

結(jié)合金安橋水電站碾壓混凝土的施工過程及氣候環(huán)境特點，對碾壓混凝土VC值與可碾性進行了相關(guān)試驗，為碾壓混凝土VC值動態(tài)控制提供依據(jù)。

5.1 工況模擬

VC值動態(tài)控制試驗在拌和樓碾壓混凝土生產(chǎn)過程中進行，模擬碾壓混凝土從運輸?shù)浆F(xiàn)場施工時的兩種實際情況：①碾壓混凝土運輸時車輛無遮蓋直接入倉攤鋪；②碾壓混凝土運輸過程中車輛采用苫布遮陽，入倉后和攤鋪過程中現(xiàn)場采用噴霧、保濕、降溫的措施。對出機的碾壓混凝土在自然的氣候環(huán)境下，采用無遮蓋和濕麻袋遮蓋兩種條件進行試驗。

5.2 試驗方法

碾壓混凝土從拌和樓出機到運輸至倉面需15 min。因倉面碾壓混凝土的攤鋪和碾壓受到來料速度、攤鋪面積、攤鋪機械的影響時間變化較大，為減小試驗誤差，分別采用出機后30 min和60 min兩種時間定為碾壓混凝土攤鋪后、碾壓前的時間。即在拌和樓對出機的碾壓混凝土在自然的氣候條件下，采用無遮蓋和溫麻袋遮蓋兩種條件下分別測試出機和15、30、60 min后的VC值。

5.3 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，施工環(huán)境條件對碾壓混凝土的工作度影響大，采取有效的措施可減小碾壓混凝土VC值的損失。在太陽曝曬的環(huán)境下碾壓混凝土運輸時無遮蓋直接入倉攤鋪，碾壓混凝土VC值損失最大，并且隨著時間的延長，VC值損失繼續(xù)加大。如果碾壓混凝土運輸時有苫布遮陽，入倉后和攤鋪過程中現(xiàn)場采用噴霧降溫，可顯著減小VC值的損失。

5.4 實際應用

從碾壓混凝土施工和現(xiàn)場碾壓效果來看，當攤鋪后、碾壓前VC值小于5 s時，碾壓后的混凝土表而光滑、泛漿充分，隨著VC值的增大，碾壓混凝土液化泛漿逐漸變差；當攤鋪后、碾壓前VC值大于9 s時，碾壓混凝土液化泛漿差，碾壓后的混凝土表面有大面積的石子外露，增加碾壓遍數(shù)也無法改觀。

6 質(zhì)量檢測評定

6.1 機口混凝土性能檢測

大壩碾壓混凝土于2007年5月開始澆筑，至2009年12月底完成，共澆筑碾壓混凝土259萬m3。機口取樣檢測結(jié)果見表6。

從表6可以看出，碾壓混凝土強度保證率在94.3%以上。同時抽樣檢測混凝土的極限拉伸值在72×10-6以上，抗?jié)B等級大于W6和W8要求，抗凍等級大于F100。碾壓混凝土的強度、變形性能和耐久性均滿足設(shè)計要求。

6.2 鉆孔取芯及壓水檢查

金安橋水電站先后進行了3次碾壓混凝土鉆孔取芯和2次鉆孔壓水試驗。經(jīng)過對抽取各芯樣的外觀檢查，芯樣呈圓柱狀，芯樣外觀光滑，混凝土結(jié)構(gòu)致密，膠結(jié)情況好，骨料分布均勻。大壩鉆孔取芯獲得率高，層縫面難以辨認，取出10 m以上長芯樣11根，其中取出了15.73 m和16.49 m的國內(nèi)超長芯樣。而且芯樣檢測結(jié)果表明，芯樣強度、抗?jié)B、抗凍、極限拉伸值等指標均滿足設(shè)計要求。

對大壩碾壓混凝土進行2次鉆孔壓水檢查，二級配區(qū)碾壓混凝土壓水段均小于0.5 Lu；三級配區(qū)壓水均小于1 Lu，大部份壓水段小于0.5 Lu。整體抗?jié)B性能良好。

7 結(jié)語

表6 碾壓混凝土性能檢測結(jié)果

（1）微觀分析表明玄武巖礦物成分較為復雜，顆粒較粗，呈多棱角形的片狀顆粒，明顯區(qū)別于石灰?guī)r骨料。

（2）試驗研究表明，玄武巖人工砂石粉含量低是造成碾壓混凝土工作性差的主要因素。

（3）玄武巖與石灰?guī)r骨料碾壓混凝土性能對比試驗結(jié)果表明：玄武巖骨料導致碾壓混凝土的用水量、膠材用量和外加劑用量增加；提高減水劑摻量可以降低膠材用量。

（4）針對玄武巖人工骨料中石粉含量較低的特性，碾壓混凝土配合比設(shè)計 “采用適宜的水膠比、外摻石粉代砂、提高粉煤灰和外加劑摻量、低VC值”的技術(shù)路線，有效地降低了碾壓混凝土單位用水量和水泥用量，有效提高了大壩碾壓混凝土層間結(jié)合質(zhì)量，方便大壩溫度控制，提高抗裂性能。

（5）金安橋水電站碾壓混凝土在施工中采取了運輸車輛設(shè)有苫布遮陽、現(xiàn)場攤鋪和碾壓過程中噴霧保濕等措施，改善了現(xiàn)場碾壓混凝土施工倉面的小氣候。有效地減小了碾壓混凝土從出機到入倉，以及攤鋪后碾壓前的VC值損失，提高可碾性，保證了碾壓混凝土液化泛漿及層間結(jié)合質(zhì)量。

（6）機口混凝土性能檢測和鉆孔取芯及壓水檢查表明，碾壓混凝土的強度、變形性能和耐久性均滿足設(shè)計要求，壩體抗?jié)B性和層間結(jié)合良好。為玄武巖骨料碾壓混凝土的成功應用積累了寶貴經(jīng)驗。

［1］ 李苓宏，田育功.金安橋水電站玄武巖骨料碾壓混凝土特性研究［J］.水利水電技術(shù)， 2009（5）： 47-50.

［2］ 中國水利水電第四工程局有限公司，金安橋水電站有限公司.玄武巖骨料碾壓混凝土研究與應用［R］.西寧：中國水利水電第四工程局有限公司試驗中心，2009.

［3］ 康小春.金安橋水電站大壩混凝土配合比試驗報告［R］.西寧：中國水利水電第四工程局有限公司試驗中心，2007.

［4］ 康小春.金安橋水電站大壩碾壓混凝土配合比優(yōu)化試驗報告［R］.西寧：中國水利水電第四工程局有限公司試驗中心，2008.