溪洛渡水電站玄武巖與灰?guī)r混凝土性能對(duì)比

王瑞 常賀 王雁

(1.武警水電第七支隊(duì)，湖北武漢 430223;2.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064)

金沙江溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)的金沙江下游溪洛渡峽谷河段，距雷波縣城約15 km，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙、改善下游航運(yùn)條件和為下游梯級(jí)電站進(jìn)行補(bǔ)償功能的大型水電站。為保證溪洛渡水電站工程項(xiàng)目的實(shí)施，在金沙江左岸壩址上游臨時(shí)大橋附近建設(shè)黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)。該混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用期生產(chǎn)能力為170萬m3，系統(tǒng)自2005年8月投入生產(chǎn)，至2012年11月停止運(yùn)行。實(shí)際生產(chǎn)混凝土238.15萬m3，實(shí)際生產(chǎn)量為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的139%，致使粗骨料實(shí)際需求量大大超出計(jì)劃供應(yīng)量。故系統(tǒng)投產(chǎn)時(shí)使用黃桷堡碴場玄武巖石碴制備人工骨料，在玄武巖石碴供應(yīng)不足后，自2010年10月開始改用大戲廠碴場灰?guī)r石碴來制備人工骨料。

混凝土集料是混凝土的重要組成成分。研究人員通常把研究重點(diǎn)放在水泥、水灰比、減水劑、活性礦物摻合料等方面，而忽視了占混凝土體積3/4左右的集料［1］。在大體積混凝土工程中，使用合適品種且質(zhì)量優(yōu)良的骨料是非常重要的［2］。已有研究顯示，不同粗骨料對(duì)混凝土的強(qiáng)度、和易性、耐久性等存在不同的影響。本文結(jié)合工作中實(shí)際生產(chǎn)混凝土過程中收集到的數(shù)據(jù)，對(duì)不同玄武巖和灰?guī)r骨料拌制的混凝土性能進(jìn)行對(duì)比分析。

1 混凝土性能對(duì)比與分析

1.1 巖石特性

玄武巖是由火山噴發(fā)出的巖漿冷卻后凝固而成的一種致密狀或泡沫狀結(jié)構(gòu)的巖石，溪洛渡水電站采用的玄武巖屬二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖，致密堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，耐久性好，但玄武巖屬于難破碎巖石，且加工粒徑越小破碎難度越大，致使生產(chǎn)出來的玄武巖粗骨料整形困難，針片狀顆粒含量較高?；?guī)r是以方解石為主要成分的碳酸鹽巖，溪洛渡水電站使用的灰?guī)r屬于非活性巖，巖性均一，易于加工，但其硬度不大，耐酸性較差。

1.2 混凝土主要技術(shù)性能

玄武巖和灰?guī)r混凝土在和易性、強(qiáng)度、耐久性等各方面存在明顯區(qū)別，以下根據(jù)黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)歷年抽樣檢測數(shù)據(jù)對(duì)玄武巖和灰?guī)r混凝土主要技術(shù)性能進(jìn)行對(duì)比分析。

1)混凝土和易性。為對(duì)比分別采用兩種粗骨料拌合的混凝土和易性，選用溪洛渡水電站工程中最常用的C25強(qiáng)度的混凝土作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)要求坍落度控制在160 mm～180 mm范圍內(nèi)?，F(xiàn)將分別采用玄武巖與灰?guī)r為粗骨料的混凝土出機(jī)口坍落度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

通過表1數(shù)據(jù)分析可以看出，在相同混凝土強(qiáng)度等級(jí)、級(jí)配、坍落度要求下，灰?guī)r混凝土和易性優(yōu)于玄武巖混凝土。依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，玄武巖混凝土和灰?guī)r混凝土的坍落度平均值均滿足設(shè)計(jì)要求，但是根據(jù)各組玄武巖混凝土樣品的坍落度值計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)差為6.821 mm，而根據(jù)各組灰?guī)r混凝土樣品的坍落度值計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)差僅為4.132 mm，從這一點(diǎn)可以看出灰?guī)r混凝土坍落度值波動(dòng)明顯小于玄武巖混凝土，即灰?guī)r混凝土流動(dòng)性較之玄武巖混凝土穩(wěn)定，有利于施工作業(yè)。造成這種現(xiàn)象主要是因?yàn)樾鋷r因質(zhì)地堅(jiān)硬，不易破碎，故制備出來的粗骨料形狀不規(guī)則，針片狀顆粒含量較高，而灰?guī)r因硬度相對(duì)小，易于加工，制備出來的粗骨料級(jí)配較好，且針片狀顆粒含量較小。

表1 玄武巖與灰?guī)r混凝土出機(jī)口坍落度對(duì)比

2)混凝土強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度是混凝土的重要質(zhì)量指標(biāo)，在工程實(shí)際中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度使用相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，骨料的種類及級(jí)配作為影響混凝土強(qiáng)度的重要因素，在混凝土配合比設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)中必須加以考慮。黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度要求以抗壓強(qiáng)度為主，現(xiàn)仍以C25混凝土作為研究對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)過程中混凝土出機(jī)口成型的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28 d齡期后測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 玄武巖與灰?guī)rC25混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比

由表2中數(shù)據(jù)分析可見C25玄武巖混凝土試件的28 d平均強(qiáng)度為35.1 MPa，而灰?guī)r混凝土試件的28 d平均強(qiáng)度為33.4 MPa，在平均強(qiáng)度上，玄武巖混凝土比灰?guī)r混凝土高5%，且玄武巖混凝土的強(qiáng)度保證率為98.23%高于灰?guī)r的97.50%，故玄武巖混凝土的整體強(qiáng)度更高。但在混凝土試件強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差方面，玄武巖混凝土為4.779，灰?guī)r為4.291，在變異系數(shù)方面玄武巖混凝土也明顯小于灰?guī)r混凝土，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)體現(xiàn)出灰?guī)r混凝土樣本間強(qiáng)度的波動(dòng)較小。綜合看來，其他條件相同的條件下，玄武巖混凝土的強(qiáng)度要高于灰?guī)r混凝土，但灰?guī)r混凝土的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)波動(dòng)較小，質(zhì)量更為穩(wěn)定。

3)混凝土耐久性。黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)混凝土耐久性主要指標(biāo)為混凝土抗凍抗?jié)B性，根據(jù)每月全面成型檢測數(shù)據(jù)可以得知:玄武巖混凝土的抗凍性要優(yōu)于灰?guī)r混凝土，因?yàn)樾鋷r質(zhì)地堅(jiān)硬，能使混凝土更加適應(yīng)凍融循環(huán)。而灰?guī)r混凝土的抗?jié)B性要高于玄武巖混凝土，其原因在于灰?guī)r粗骨料的粒形及級(jí)配要優(yōu)于玄武巖，使混凝土更加密實(shí)，進(jìn)而提高灰?guī)r混凝土的抗?jié)B性。

2 現(xiàn)場施工性能

黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的混凝土在現(xiàn)場施工中滿足了各工程部位不同強(qiáng)度等級(jí)、級(jí)配以及坍落度的要求，比較而言灰?guī)r混凝土在現(xiàn)場施工性能方面優(yōu)于玄武巖混凝土，尤其在可泵性方面表現(xiàn)的尤為突出，換用灰?guī)r后，和使用玄武巖人工骨料生產(chǎn)混凝土的中心場混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)相比較，施工單位普遍反映黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的泵送混凝土更利于泵送，對(duì)混凝土泵機(jī)以及泵管的損壞更小。其原因在于灰?guī)r巖性均一，易于加工，其加工出來的骨料質(zhì)量優(yōu)于玄武巖，有利于混凝土的現(xiàn)場施工。

3 結(jié)語

在混凝土的各組分中，骨料占總體積的70%～80%，在混凝土中起填充和骨架作用，不同品種的骨料對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度以及現(xiàn)場施工的可泵性等性能都有一定的影響。溪洛渡水電站黃桷堡混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)先后使用玄武巖人工骨料和灰?guī)r人工骨料生產(chǎn)出來的玄武巖混凝土和灰?guī)r混凝土各方面的性能存在明顯的差異。并且由于骨料使用量大，對(duì)新拌和硬化混凝土的性能、經(jīng)濟(jì)性有顯著的影響，因此在骨料的選擇上一定要通過嚴(yán)格且全面的試驗(yàn)研究，以準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為選擇的依據(jù)［2］。

根據(jù)上述對(duì)比，在其他條件相同的條件下，玄武巖混凝土在強(qiáng)度以及抗凍性方面優(yōu)于灰?guī)r混凝土，但其在和易性、強(qiáng)度波動(dòng)、抗?jié)B以及現(xiàn)場施工性能方面表現(xiàn)不如灰?guī)r混凝土，結(jié)合人工骨料加工的難易程度，在確?；?guī)r非活性的情況下，生產(chǎn)混凝土應(yīng)盡量考慮使用灰?guī)r制備的人工骨料。

［1］任 峰.集料對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［2］劉 濤，王冀忠，劉明苗.灰?guī)r骨料與玄武巖骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究［J］.研究與應(yīng)用，2011(10)：37-38.