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        西非某工程利用尾礦砂與細(xì)河砂配制優(yōu)質(zhì)砂的研究

        2021-05-14 00:27:06蓉,
        四川水力發(fā)電 2021年2期
        關(guān)鍵詞:石料場礦砂河砂

        冉 蓉, 朱 映 文

        (中國水利水電第五工程局有限公司 四川 成都 610066)

        1 概 述

        西非貝寧三城市供水項目之大壩工程位于貝寧南部韋梅河流域,距離首都科托努約250 km。該工程主要包括兩個水庫大壩,其中,Ayédjoko*水庫的蓄水量為210萬m3,均質(zhì)土壩壩長609 m,最大壩高19.2 m;Lifo水庫的蓄水量為1 235萬m3,均質(zhì)土壩壩長1 050 m,最大壩高19.3 m。其中Ayédjoko*壩混凝土工程量為16 793 m3,Lifo壩混凝土工程量為17 485 m3。

        項目所在中南部沿海平原為熱帶雨林氣候,高溫多雨,年最高氣溫為39 ℃,最低氣溫為20 ℃。該工程所在韋梅河流域降水年內(nèi)分配不均,4~10月降水量占全年降水量的90%,11~次年3月降水量僅占年降水量的10%,最枯的12月降水量僅占年降水量的0.45%。

        工程伊始,項目部對工程周邊的砂石料場進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)距項目約30 km有當(dāng)?shù)氐氖蠄?。但由于貝寧缺水缺電等原因?qū)е缕錈o法滿足砂料生產(chǎn)的工藝要求,且該料場只生產(chǎn)粗骨料,不生產(chǎn)人工砂。除距項目200 km科特努附近泄湖存在滿足質(zhì)量要求的水撈砂外,項目附近均沒有合格的砂料場。為了降低工程成本,項目部在工程附近韋梅河周邊進(jìn)行勘探,發(fā)現(xiàn)了大量的天然河砂,其儲量能夠滿足現(xiàn)場施工需要。經(jīng)對天然河砂進(jìn)行檢測,根據(jù)DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》中對砂的要求并經(jīng)配合比試驗得知:天然河砂配合比施工性能較差,不能滿足工程施工配合比的需要。

        為了能夠就近獲得優(yōu)質(zhì)的砂料,項目部技術(shù)人員針對當(dāng)?shù)厝斯す橇仙笆蠄龆汛娴拇罅课驳V砂進(jìn)行了研究,研究發(fā)現(xiàn):尾礦砂中含有大量的人工砂顆粒,能夠和天然細(xì)河砂形成優(yōu)勢互補(bǔ),據(jù)此項目部技術(shù)人員對天然細(xì)河砂及尾礦砂進(jìn)行了深入分析、檢測和試驗。

        2 解決方案

        2.1 天然細(xì)河砂料顆粒分析及配合比試驗

        通過進(jìn)行室內(nèi)顆粒分析試驗并展開對天然河砂進(jìn)行篩析法試驗及顆粒分析試驗取得的結(jié)果見表1、2。

        表1 天然細(xì)河砂篩析法試驗結(jié)果表

        表2 天然細(xì)河砂顆粒分析試驗結(jié)果表

        試驗結(jié)果表明:天然河砂料細(xì)度模數(shù)為2,屬細(xì)砂,級配檢測結(jié)果屬Ⅲ區(qū)砂[1],99%的顆粒粒徑在2.36 mm以下;同時,對其它砂樣進(jìn)行了檢測,天然河砂細(xì)度模數(shù)最小值達(dá)到1.55。根據(jù)法國標(biāo)準(zhǔn)p-18-541《水凝混凝土用集料》,砂的細(xì)度模數(shù)為1.8~3.2就能夠滿足混凝土配合比要求;但根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015規(guī)范要求,細(xì)砂做配合比需要進(jìn)行試驗。為了在保證混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)上最大限度地利用當(dāng)?shù)夭牧希椖坎考夹g(shù)人員對天然細(xì)河砂進(jìn)行了配合比試驗。當(dāng)砂率按37%進(jìn)行試配后,混凝土的流動性較差,在調(diào)整配合比用水量后,水泥用量增加,在將其與以往同級配混凝土配合比類比發(fā)現(xiàn),水泥用量嚴(yán)重超標(biāo)。為了最大限度地規(guī)避非洲炎熱天氣下水泥水化熱帶來的后續(xù)質(zhì)量問題及減少施工成本、降低水泥用量,對配合比進(jìn)行了砂率調(diào)整,將其調(diào)整至27%[2],所配制混凝土的配合比結(jié)果見表3。

        將砂率調(diào)整至約27%后試配出的混凝土配合比室內(nèi)試驗強(qiáng)度滿足要求,水及水泥用量有所降低,但類比以往配合比仍偏高約30 kg/m3;同時,由于為了降低水泥用量采用了低砂率,配合比工作性能較差,現(xiàn)場試拌時純天然細(xì)河砂配合比和易性較差,泌水及離析現(xiàn)象嚴(yán)重且坍落度損失較快,混凝土施工性能差。

        2.2 砂料場尾礦砂顆粒分析

        為了進(jìn)一步優(yōu)化施工配合比之用砂質(zhì)量,在對當(dāng)?shù)厥蠄鲞M(jìn)行調(diào)查時發(fā)現(xiàn),石料場廢棄有大量的尾礦砂(圖1)。

        圖1 石料場大量廢棄的尾礦砂

        通過對當(dāng)?shù)厝斯す橇隙汛娴奈驳V砂進(jìn)行現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn):其實際就是生產(chǎn)粗骨料中產(chǎn)生的尾礦砂,遂對該尾礦砂用篩析法進(jìn)行了分析,具體結(jié)果見表4。

        試驗結(jié)果證明:尾礦砂內(nèi)粒徑0.15 mm以上的顆粒含量達(dá)到70%左右,剩余粉料以石粉為主。

        2.3 天然砂及尾礦砂顆粒組成篩析法分析對比情況

        天然砂和尾礦砂顆粒分析試驗成果對比情況見表5、6。從表5、6中可以看出:天然細(xì)河砂顆粒粒徑為2.36 mm以下的含量達(dá)99%,粒徑5~2.36 mm區(qū)間的顆粒幾乎為零,而尾礦砂粒徑在5~2.36 mm的含量為23.2%,砂料顆粒組成和尾礦砂顆粒組成可以互為補(bǔ)充[3]。由于考慮到尾礦砂中石粉含量較多,根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境,采用了增加一道2 mm篩對尾礦砂進(jìn)行篩余生產(chǎn),利用篩余料和天然細(xì)河砂按一定比例混合作為混凝土用砂。

        表3 純天然細(xì)河砂混凝土配合比匯總表

        表4 尾礦砂篩析法試驗匯總表

        表5 天然砂顆粒分析試驗成果對比匯總表

        表6 尾礦砂顆粒分析試驗成果對比匯總表

        2.4 料場尾礦砂增加篩孔徑2 mm砂篩,對篩余料進(jìn)行顆粒分析

        將尾礦砂經(jīng)過加篩孔徑2 mm砂篩進(jìn)行整理加工后進(jìn)行顆粒分析,粒徑5~2.36 mm顆粒的含量達(dá)到58.5%,粒徑2.36~0.075 mm顆粒的含量達(dá)到40%以上,石粉含量為1.5%,屬特粗砂,其結(jié)果見表7、8。

        2.5 天然細(xì)河砂與篩分整理后的尾礦砂

        2.5.1 尾礦砂摻配試驗

        對天然細(xì)河砂料及篩分整理后的尾礦砂進(jìn)行摻配試驗且經(jīng)過比例摻和后進(jìn)行篩析法及顆粒分析試驗后認(rèn)為天然細(xì)河砂及篩分整理后的尾礦砂按照質(zhì)量比為2∶1的比例摻配其效果最優(yōu)。天然河砂與尾礦砂摻配后進(jìn)行的篩析法及顆粒分析試驗結(jié)果見表9、10。

        表9、表10試驗分析結(jié)果表明,按2∶1摻配后的混合砂品質(zhì)檢測結(jié)果均滿足規(guī)范 DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求,細(xì)度模數(shù)在2.2~3.0之間,屬中砂。

        表7 尾礦砂經(jīng)2 mm篩篩余顆粒篩析法試驗

        表8 尾礦砂經(jīng)2 mm篩篩余顆粒分析試驗結(jié)果表

        表9 天然細(xì)河砂∶尾礦砂篩余料2∶1摻配后顆粒篩析法試驗結(jié)果表

        表10 天然細(xì)河砂∶尾礦砂篩余料2∶1摻配后顆粒分析試驗結(jié)果表

        2.6 混凝土配合比試驗

        2.6.1 混凝土推薦配合比的確定

        依據(jù)以上原材料試驗及混凝土配合比設(shè)計最佳參數(shù)的選擇結(jié)果,按照《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》DL/T 5330-2015和《水工混凝土試驗規(guī)程》DL/T 5150-2017進(jìn)行了混凝土配合比拌和物性能試驗,對硬化混凝土進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗,其結(jié)果見表11,根據(jù)表11中的試驗結(jié)果進(jìn)行了回歸分析[4],得出的混凝土強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系式見表12,得出的混凝土水膠比結(jié)果見表13。通過對表11、12、13中的結(jié)果進(jìn)行分析,依據(jù)設(shè)計指標(biāo)、混凝土和易性、經(jīng)濟(jì)性因素進(jìn)行綜合比較后確定了混凝土所用配合比,所推薦的常態(tài)混凝土配合比見表14。

        2.6.2 天然細(xì)河砂混凝土配合比及混合砂混凝土配合比改善了混凝土性能

        將天然細(xì)河砂混凝土配合比及混合砂混凝土配合比兩組配合比數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得知:由于天然細(xì)河砂里摻入了經(jīng)整理的尾礦砂的篩余料,使砂的細(xì)度模數(shù)得到大幅度改觀,砂的級配更合理[5]且滿足規(guī)范要求,成為適合配置混凝土的優(yōu)質(zhì)Ⅱ區(qū)砂。因此,在除砂以外其它材料不變的情況下,混合砂混凝土配合比比純天然細(xì)河砂混凝土配合比的水泥用量減少了約30 kg/m3,減水劑摻量減少了約0.5 kg/m3,同時,混合砂配合比除強(qiáng)度滿足質(zhì)量要求外,進(jìn)行混凝土生產(chǎn)拌和試驗時,混凝土配合比的流動性、和易性等工作性能均能滿足現(xiàn)場施工需要。

        表11 C10、C15、C20、C25混凝土配合比表

        表12 混凝土28d強(qiáng)度與水膠比關(guān)系表

        表13 混凝土水膠比結(jié)果表

        表14 推薦混合砂混凝土配合比匯總表(混合砂(天然細(xì)河砂∶整理尾礦砂=2∶1))

        綜上所述,由于混合砂級配較合理,細(xì)度模數(shù)適中,混合砂品質(zhì)優(yōu)于純天然細(xì)河砂,由混合砂拌制的混凝土比純天然細(xì)河砂拌制的混凝土可施工性強(qiáng),混凝土流動性、和易性及質(zhì)量穩(wěn)定性均優(yōu)于純天然細(xì)河砂混凝土配合比。

        3 結(jié) 語

        在非洲干旱環(huán)境下,對不生產(chǎn)人工砂的砂石料場的尾礦砂經(jīng)過2 mm篩進(jìn)行篩分處理獲得的整理后的尾礦砂與天然細(xì)河砂按適當(dāng)比例進(jìn)行摻配,互為補(bǔ)充,使混凝土用砂的品質(zhì)得到了良好改善,且配制的混凝土在施工中性能穩(wěn)定,質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求,解決了施工現(xiàn)場附近無合格砂料可用的難題,降低了項目部的生產(chǎn)成本,按西非貝寧當(dāng)?shù)厮鄡r格64 836西非法郎/t(折合人民幣約750元/t)水泥直接節(jié)約人民幣約70余萬元;按當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸單價33.13西非法郎/t/km計算,節(jié)約運(yùn)費(fèi)1.45億西非法郎,折合人民幣150余萬元,同時大量減少了砂料成本、減少了設(shè)備投入費(fèi)用,規(guī)避了遠(yuǎn)距離運(yùn)營帶來的風(fēng)險。

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