吳樹(shù)良, 鄧爭(zhēng)榮, 粟玉英, 張召松, 程方權(quán)

(長(zhǎng)江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢　430010)

1　工程背景

某水電站工程位于東南亞某國(guó)峽谷區(qū),屬于Ⅰ等大(1)型水電工程,樞紐擋水、泄水建筑物布置于主河床,設(shè)計(jì)為碾壓混凝土重力壩,設(shè)計(jì)最大壩高200余米。該水電站位于開(kāi)發(fā)河流中游河段,河谷狹窄,工程區(qū)天然砂礫料缺乏,所需混凝土骨料須采用人工骨料。

水電站場(chǎng)址區(qū)內(nèi)廣泛分布花崗片麻巖,可以選擇作為混凝土人工骨料原巖開(kāi)采加工利用。本著料場(chǎng)選擇應(yīng)遵循“技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，盡可能減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響,先近后遠(yuǎn)”[1]的基本原則,經(jīng)地形地質(zhì)、開(kāi)采運(yùn)輸條件比較后,就近選定了位于該水電站工程右壩肩下游1 km以內(nèi)的花崗片麻巖石料場(chǎng)作為人工骨料料源。料源規(guī)劃開(kāi)采范圍內(nèi)剝離層較薄,儲(chǔ)量充足,但勘察期需要對(duì)原巖進(jìn)行質(zhì)量方面的試驗(yàn)論證研究,文中主要論述其試驗(yàn)研究以及質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)研究成果,可供同類工程參考借鑒。

2　人工骨料場(chǎng)地質(zhì)概況

工程選擇的人工骨料場(chǎng)位于該水電站工程右壩肩下游1 km,所在地區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕中低山、河流侵蝕地貌區(qū),山脈主要呈近南北向延伸。料場(chǎng)區(qū)總體由“人”字形斜交的兩條山脊構(gòu)成主體骨架,兩條山脊于料場(chǎng)北部交匯后形成走向近SN的山脊,其中“人”字形山脊中的西側(cè)山脊向SW方向延伸,東側(cè)山脊向SE方向延伸,兩山脊間為向南傾斜的凹槽。

料場(chǎng)區(qū)地表多為第四系殘坡積層(Qedl)含碎石黏土及碎塊石土覆蓋,基巖零星出露。第四系覆蓋層厚度一般不超過(guò)21 m,基巖地層巖性為中上元古界(Pt2-3)花崗片麻巖。料場(chǎng)范圍內(nèi)剝離層厚度1～32 m,局部達(dá)50 m,規(guī)劃開(kāi)采范圍內(nèi)剝離層厚度<27 m,平均約17 m,有用層儲(chǔ)量豐富,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。

3　原巖試驗(yàn)研究

3.1　礦物、化學(xué)成份及室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

3.1.1礦物、化學(xué)成份試驗(yàn)

在人工骨料場(chǎng)鉆孔中采取有用層巖石芯樣9組進(jìn)行巖礦鑒定及化學(xué)成份測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)表明,其巖石礦物成份以斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石為主,少量黑云母及角閃石;主要化學(xué)成份為SiO2、Al2O3,少量CaO、Fe2O3、Na2O、K2O等。

表1　花崗片麻巖巖石礦物成份鏡鑒及化學(xué)成份測(cè)試成果

3.1.2室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

在人工骨料場(chǎng)鉆孔中采取有用層巖石(微新?tīng)?芯樣10組,進(jìn)行了室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn),試驗(yàn)成果見(jiàn)表2、表3。由表可知,巖石天然塊體密度2.57～2.87 g/cm3,平均2.66 g/cm3;飽和單軸抗壓強(qiáng)度128～218 MPa,平均152 MPa,屬堅(jiān)硬巖。

表2　花崗片麻巖巖石室內(nèi)物理性質(zhì)試驗(yàn)成果

表3　花崗片麻巖巖石室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果

3.1.3原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

由原巖礦物、化學(xué)成份及室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果,按照規(guī)程DL/T 5388—2007中對(duì)人工骨料原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求,對(duì)其評(píng)價(jià)見(jiàn)表4。由表可知,人工骨料原巖飽和抗壓強(qiáng)度力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)滿足規(guī)定要求。

表4　人工骨料原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

3.2　堿活性及抑制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

花崗片麻巖屬于片麻巖類,巴西、法國(guó)、印度等國(guó)水電工程使用花崗巖或片麻巖作為骨料均出現(xiàn)過(guò)堿骨料反應(yīng)導(dǎo)致的事故[2-4]。鑒于已有的片麻巖骨料具有堿活性的工程案例,本工程對(duì)原巖開(kāi)展了專門堿活性試驗(yàn)研究。

3.2.1堿活性試驗(yàn)

本工程對(duì)人工骨料場(chǎng)有用層巖樣的堿活性試驗(yàn)按規(guī)程DL/T 5388—2007規(guī)定的方法進(jìn)行,首先采用巖相法確定骨料原巖中是否含有堿活性的成份,鑒定結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明,骨料原巖中存在一定量的微晶石英、應(yīng)變石英,可能發(fā)生堿硅酸反應(yīng)。其次采用砂漿棒快速法試驗(yàn)進(jìn)行判定,試驗(yàn)采用中熱水泥,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果表明,人工骨料場(chǎng)所采取有用層巖石芯樣制備的試件中,有近80%的試件具有潛在危害性反應(yīng)活性。

表5　花崗片麻巖巖石巖相法鑒定結(jié)果

3.2.2堿活性抑制試驗(yàn)

最常用的抑制堿骨料反應(yīng)的摻合料有粉煤灰、粒化高爐礦渣、硅灰及偏高嶺土、硅藻土、沸石等,國(guó)內(nèi)外對(duì)這些摻合料抑制堿骨料反應(yīng)的有效性進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究,摻入粉煤灰作為抑制和防止堿骨料反應(yīng)已得到廣泛應(yīng)用[5]。

選取具有潛在堿活性反應(yīng)的花崗片麻巖人工骨料,分別采用在水泥中摻入不同比例I級(jí)粉煤灰、火山灰作為抑制材料進(jìn)行了骨料堿活性抑制效果試驗(yàn)研究,試驗(yàn)方法仍采用砂漿棒快速法。

摻入I級(jí)粉煤灰、火山灰后,花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7,不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線見(jiàn)圖1。結(jié)果表明,I級(jí)粉煤灰及火山灰摻量逐漸增加,試件各齡期膨脹率遞減,對(duì)應(yīng)膨脹率降低率遞增;當(dāng)I級(jí)粉煤灰摻量≥10%時(shí),砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規(guī)定要求,膨脹率降低率分別>75%、63%;當(dāng)火山灰摻量≥30%時(shí),砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規(guī)定要求,膨脹率降低率分別>60%、56%。

3.2.3堿活性及摻合料抑制效果評(píng)價(jià)

堿活性試驗(yàn)結(jié)果表明,有近80%的砂漿棒試件具有潛在危害性反應(yīng)活性。因此,綜合判定認(rèn)為,本水電站工程花崗片麻巖人工骨料場(chǎng)原巖具有潛在危害性反應(yīng)活性。堿活性抑制試驗(yàn)表明:摻入粉煤灰、火山灰摻合料均對(duì)花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制效果明顯,其中,分別摻入I級(jí)粉煤灰摻量≥10%、火山灰摻量≥30%時(shí),砂漿棒試件膨脹率均滿足規(guī)定要求。摻入摻合料砂漿棒試件的膨脹率降低率,I級(jí)粉煤灰大于火山灰;14 d、28 d齡期膨脹率滿足規(guī)定要求的砂漿棒試件摻合料摻量,I級(jí)粉煤灰小于火山灰,由此可見(jiàn),摻合料堿活性抑制效果,I級(jí)粉煤灰明顯優(yōu)于火山灰。

表6　花崗片麻巖巖樣堿活性試驗(yàn)結(jié)果

表7　摻入摻合料人工骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果

圖1　摻合料不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線

3.3　人工軋制骨料試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

3.3.1人工軋制骨料試驗(yàn)

對(duì)人工骨料場(chǎng)有用層采取巖樣進(jìn)行了人工軋制混凝土細(xì)骨料、粗骨料試驗(yàn)各6組,試驗(yàn)成果見(jiàn)表8-表9。由結(jié)果可知,原巖人工軋制混凝土細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)2.37～2.82,平均2.58;平均粒徑0.33～0.42 mm,平均值0.38 mm;石粉含量18.0%～21.0%,平均20.0%。原巖人工軋制混凝土粗骨料壓碎指標(biāo)10.1%～15.6%,平均13.3%;無(wú)泥塊含量。

3.3.2人工軋制混凝土骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

由試驗(yàn)成果,按照規(guī)程DL/T 5388—2007對(duì)人工軋制混凝土細(xì)、粗骨料的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求,對(duì)其評(píng)價(jià)見(jiàn)表10、表11。結(jié)果表明,人工軋制混凝土細(xì)、粗骨料除物理性質(zhì)堆積密度偏小外,其余質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)定要求;骨料原巖具有堿活性潛在危害性反應(yīng)。原巖加工的骨料存在的堿活性反應(yīng),須采取堿活性抑制措施。

4　結(jié)論

某水電站工程選定的花崗片麻巖人工骨料料源,經(jīng)對(duì)原巖試驗(yàn)研究與評(píng)價(jià),結(jié)果表明:

表8　原巖人工軋制混凝土細(xì)骨料試驗(yàn)成果

表9　原巖人工軋制混凝土粗骨料試驗(yàn)成果

表10　原巖人工軋制混凝土細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

說(shuō)明:表中“試驗(yàn)成果”列括號(hào)內(nèi)數(shù)值為平均值,下同。

表11　原巖人工軋制混凝土粗骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

(1)原巖和其人工軋制混凝土細(xì)、粗骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)除堆積密度外,其余均滿足規(guī)定要求;

(2)堿活性專門試驗(yàn)結(jié)果顯示骨料具有潛在危害性反應(yīng)活性,經(jīng)抑制試驗(yàn),得出在混凝土中摻入適量的I級(jí)粉煤灰或火山灰,可以達(dá)到理想的抑制效果。

(3)工程建設(shè)時(shí)應(yīng)采取低堿水泥嚴(yán)格控制含堿量與堿活性抑制措施,從而提高混凝土耐久性。

參考文獻(xiàn):

[1]DL/T 5388—2007水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2007.

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[3]馬賽爾·阿羅德.法國(guó)硅堿骨料中堿骨料反應(yīng)的最新研究[J].中國(guó)三峽工程建設(shè),1998(5)：60-63.

[4]Gote,B.S.An Evaluation of Some Common Indian Rocks with Special Reference to Alkali-Aggregate Reaction [J].Engineering Geology,1973(7):135-183.

[5]許繼剛,王立明,唐曉芳.中低熱水泥對(duì)人工骨料堿活性抑制影響研究[J].人民長(zhǎng)江,2010(18)：71-72.