王大強 章天長

中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西西安 710065

隨著大壩安全監(jiān)控及結構設計技術的成熟化，部分壩料應用和壩高通過小型壩體的實際應用和監(jiān)測后有所突破，早年地質條件復雜，技術開發(fā)程度不能滿足的地區(qū)逐步被開發(fā)。梯級開發(fā)模式能較好保護生態(tài)環(huán)境不被破壞，不過較長的開發(fā)線上地質條件較復雜，在地質條件較差地區(qū)，安全性和經濟性雙重考慮下，能夠充分利用當地材料和結構安全性高的堆石壩成為首選。改變排水結構和面層防滲結構軟巖堆石壩已有建成案例，但是在此環(huán)境下，配套混凝土的骨料問題相對突出，熱帶地區(qū)特有的粉砂巖，軟巖中代表性的泥巖，鈣質溶失后的砂巖等混合后影響骨料品質，使骨料品質和混凝土質量控制具有極大挑戰(zhàn)，針對以上環(huán)境下的砂巖利用，進行了為期幾年的試驗和跟蹤觀察。

某電站位于熱帶雨林氣候區(qū)，料場處在強風化與弱風化界限區(qū)間，地質構造復雜，砂巖成分較多，夾雜有泥巖、粉砂巖和鈣質流失砂巖等混合，骨料特性較常見骨料特性偏離較大，多表現為吸水率大且不易脫水，細度模數變化大且頻繁，骨料軟弱顆粒含量大且無法剔除，堅固性高，骨料開采加工難度大，實際應用中拌和物坍落度損失快，混凝土水灰比高，混凝土氣泡多等現象，現就熱帶地區(qū)此骨料特性的應用介紹如下。

1 巖石的特性分析

該料場出露地層為三疊系中統(tǒng)（T2）和第四系（Q）。三疊系中統(tǒng)第一層（T21）主要為紫紅色泥巖，第二層主要為紫紅色長石石英砂巖夾少量泥巖，實際開挖使用中，夾雜部分石英砂巖“鈣質溶失”嚴重至使“砂化”，同時夾雜粉砂巖及部分強風化巖層料。巖層部分特性多表現為：偏泥質砂巖層狀分布較強，可以通過梯段開采形式對夾層進行剔除，或者為石英砂巖的復雜分布特征：巖層裂隙不規(guī)則，砂化嚴重，交層分布較多，且成條帶分布的夾層較薄，實際開采中多為幾公分至幾十公分的夾層，且成不規(guī)則走向分布，夾層巖石較軟，裂隙多，開采過程中容易混入較好砂巖中。且紫紅色砂巖與紫紅色泥巖的分辨對施工挑選難度增加，部分泥巖初期揭露時，強度較高，骨料生產后，經過雨淋暴曬后容易風化。建議在實際開采中，避免夜間開采帶來的混合，對于強弱風化不容易挑選的巖層，可采用早期開采篩分廠周邊堆存后通過暴曬雨淋自然分解混合料中易崩解和強風化料，隨后通過反鏟的挑選可大大增加骨料母巖品質保證。

巖石的物理特性表現為抗壓強度不均勻，主要為（14．8-142．3）MPa， 飽 和 抗壓（9．4-120．7）MPa，軟 化 系 數 0．43-0．97，比重（2．47-2．77）g/cm3，且同類巖石比重分布（2．51-2．72）g/cm3，由此數據可以看出，巖石風化程度分布較廣，成分較雜，主要是該料場處在強弱風化界限區(qū)，提前進行了強風化剝離，但是由于巖層走向不規(guī)律和較薄夾層的影響，開采出的骨料母巖品質較低。過程中有部分區(qū)域巖體較完整，但是由于前期未規(guī)劃堆存轉運，只能現挖現用，至使部分較好巖石用于結構性安全較低的混凝土部位，在料源不是很豐富的情況下造成了浪費。因此，需提前規(guī)劃開采料堆存和較好品質巖石的儲備，使用過程中出現料源不足情況下，可進行分級使用。

2 骨料生產分析

骨料生產過程中，開采料的利用率較低，主要表現在棄料多和砂的成品率較低，原因主要有以下2點：①巖層破碎造成巖體開挖后巖塊的粒徑偏小，且小于10cm以下混合料中不合格母料偏多，生產過程中發(fā)現，底層細料統(tǒng)一裝車后生產的骨料均不合格，通過多次試驗反饋后，料場底部細料當作棄料堆存。②人工砂通過水洗后，由于母巖鈣質溶失后的“砂化”程度不一和夾雜泥巖軟弱顆粒等，水洗流失量超過20%-30%以上。以上兩個原因是造成原巖利用率低和人工砂生產率低的主要原因，在建設過程中，骨料挑選后的棄料，相對于強風化棄料品質較高，通過試驗后可用于壩體部分結構區(qū)的填筑來提高開采料的利用率。通過對水洗后排出料顆粒分析，粒徑在0．3mm-1mm的料占比達60%左右，在骨料生產過程中，可在出料口加裝回收利用裝置，對較粗人工砂進行顆粒分析后，按比例摻入來提高人工砂品質以及人工砂生產率和合格率。

泥巖混入為主的砂巖生產的人工砂主要表現為石粉含量高，通過水洗后，石粉含量降低，人工砂品質能夠得到保證。粉砂巖和鈣質溶失“砂化”的巖石混入為主的砂巖生產的人工砂，主要表現在細顆粒含量高，細顆粒主要集中在0．075mm-1mm范圍，未水洗前，人工砂細度模數處于特細砂區(qū)間，通過水洗后，人工砂細度模數滿足規(guī)范建議值，但是通過大量試驗，經過不同程度鈣質溶失后的砂巖生產的人工砂，具有保水特性，肉眼可辨的“飽和面干狀態(tài)”時，砂的含水經檢測范圍在8%-15%，實際檢測的飽和面干吸水率僅為3%左右，且無明水流出，通過振動后有明水溢出，在使用過程中，此種砂的主要問題在于脫水時間過長和吸水率高，特別在雨季期間，問題更加突出。實際生產中，對傳統(tǒng)的高頻振動脫水裝置需加裝污泥脫水設備改裝，加快內部保水通過高頻擠壓振動快速脫出。

3 骨料物理特性分析

砂巖骨料的特性主要表現在吸水率高且吸水飽和時間長，顆粒級配變化大，堅固性高，軟弱顆粒含量高，部分具有堿活性反應。其中砂的粗細和吸水率對混凝土性能影響較大，砂的粗細變化頻繁的主要原因在于巖石風化程度不均勻，夾雜的砂巖鈣質溶失程度不一致，導致生產過程中砂的細度模數產生局部過粗過細，在整體生產中首先要盡量保證供應母巖的品質均一，其次在生產后要通過拌和將過粗過細砂均勻混合。吸水率高的機理主要分為微粒含量高導致的吸水率偏高和巖石本身吸水率高兩種，微粒含量高通常表現為石粉含量過高，細骨料吸水率在1．7%-5．0%，粗骨料吸水率在0．4%-2．6%，巖石本身吸水率高表現為鈣質溶失后內部產生微小孔隙，細骨料吸水率在2．0%-3．4%，但是細骨料保水檢測含水8%-15%，且無明水反光現象，粗骨料吸水率在1．0%-2．3%。對于微粒含量高造成的吸水率偏高問題，可以通過降低微粒含量減小骨料吸水率，但是對于母巖本身吸水率高的骨料，使用過程中需要考慮吸水飽和的時間（通過試驗30min吸水率可達到飽和吸水率的85%以上，60min基本區(qū)域飽和狀態(tài)）和混凝土反應參與水和內部存水的影響。

骨料堅固性高和軟弱顆粒含量高主要是由于地質條件復雜，巖石風化程度較強造成的混合料夾雜影響，實際應用中重要結構部位，需要提前儲備較好骨料，對于非重要結構區(qū)域，通過耐久性試驗驗證后才能使用。通過感官檢查骨料品質明顯較差的骨料，不能僅通過壓碎指標判斷骨料的品質，需結合堅固性和軟弱顆粒指標共同判定，試驗中顯示新鮮泥巖混合料前期強度較高和“砂化”程度較低的骨料壓碎指標沒有明顯偏高的現象，僅通過壓碎指標判定骨料品質容易造成誤判。

4 配合比設計應用

拌制的混凝土拌和物，由于“砂化”的影響濕料拌和的砂率增加為2%左右，配合比設計過程中需要考慮其影響。拌合物的主要表現為坍落度損失大，且損失快，含氣引入較難。通過試驗分析，坍落度損失大主要為石粉對外加劑的吸附和堿活性骨料對外加劑的吸附，石粉對外加劑的吸附可以采用提高外加劑的摻量，通過試驗可達1．5%左右，對于堿活性骨料對外加劑的吸附，可采取中酸性外加劑來解決，實際應用中，氨基磺酸系減水劑的表現較佳，但費用相對偏高。鈣質溶失后砂巖骨料的含氣引入通過大量試驗選擇，傳統(tǒng)的松香型引氣劑能夠有效解決含氣損失快，含氣量低的問題。

通過強度試驗統(tǒng)計分析，7天強度較低，7天至90天不同粉煤灰摻量下的混凝土強度增長幅度達47．8%-69．8%。由于吸水率高的原因，混凝土水灰比偏高，通過耐久性和強度雙重指標試驗反饋，水灰比的計算需要減去骨料吸入未參與化學反應的自由水?；旌瞎橇习柚频幕炷量?jié)B效果較好，抗凍試驗顯示，100次凍融循環(huán)的指標較容易滿足，150次以上凍融循環(huán)的骨料需要單獨挑選。

砂巖骨料拌制的混凝土另一個特性表現為混凝土結構面氣泡偏多，在室內試驗中觀察，表面氣泡的產生多為混凝土拌合物中大氣泡溢出速度較慢，不能隨第一次振搗時間溢散。此氣泡產生機理主要為外加劑與混凝土拌合物的化學反應產生和骨料內部空隙氣體的后期溢出。外加劑產生的氣泡需要降低糖的成分和降低PH值，加快氣泡反應和溢出，骨料內部氣體逸出，過程中需要通過二次振搗能有效降低混凝土表面氣泡。

5 結語

熱帶地區(qū)基于氣候原因，砂巖骨料在應用過程中問題較突出，工程前期需要對骨料特性系統(tǒng)分析后，針對影響骨料應用的主要因素采取防范和解決措施，同時在砂石骨料生產系統(tǒng)設計過程中需要綜合考慮，避免系統(tǒng)建成后影響骨料生產效率和生產品質不能得到有效保證。