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凝灰岩制备碾压混凝土人工砂石骨料的难点与措施

日期：2016-6-23 13:58:12　来源：转载　浏览数：
　

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西溪水库工程位于浙江省宁波市宁海县境内的白溪支流的大溪上，水库总库容0． 85 亿m3，为多年调节水库，是1 座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电等效益的综合利用水利抠纽。工程重力坝碾压混凝土采用骨料为人工砂石料。砂石料场位于水库大坝坝址下游1． 3 km 的野鹤湫支沟右岸支沟左侧坡。岩性为侏罗系西山头组( J3x) 流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，岩石块体坚硬，天然容重26． 5 kN/m3，岩石饱和抗压强度达到190 MPa 以上，岩石软化系数0． 8。
    1· 碾压混凝土技术指标
    碾压混凝土主要设计指标见表1。

    2· 施工难点
    碾压混凝土重力坝正式施工前，根据设计要求进行了现场生产性试验。试验成果表明，碾压混凝土施工存在以下质量问题。
    1) 人工砂的细度模数为3． 2，超出规范允许的2． 2 ～ 2． 9 之间的范围。
    2) 人工砂中的石粉含量仅为7% 左右，低于规范允许的16% ～ 20%之间的范围。
    3) 粗骨料裹粉严重。
    4) 碾压混凝土均匀性差、密实度不够、层间结合差、抗渗性达不到设计要求。
    5) 碾压混凝土施工可碾性差。
    6) 砂石料系统生产效率低( 达不到设计能力的1 /3) ，无法满足碾压混凝土施工强度要求。
    经试验和分析论证，造成上述质量问题的原因是:熔结凝灰岩岩性硬，强度达到150 MPa 以上，而且相当有韧性，而砂石料加工系统不适应熔结凝灰岩岩性，导致人工砂质量和产量均无法满足要求。
    3 ·措施
    为解决砂石料制备中存在的问题，工程采用改造砂石料生产系统、优化碾压混凝土配合比、改进碾压混凝土施工工艺等措施，经多次试验，最终获得成功。
    3． 1 砂石料系统改造
    为满足碾压混凝土对石粉含量的需要，原砂石料系统按照干法生产砂石骨料设计砂石料系统设计生产能力为360 t /h，采用三段破碎，总破碎比为18，初碎采用鄂式破碎机，产品粒径dmax≤300 mm，中细碎采用反击式破碎机，产品粒径dmax≤80 mm，制砂采用立轴式破碎机，其产品粒径dmax≤5 mm。系统各设备型号及生产能力见表2。

    原系统主要存在3 个方面的问题: ①设备超常磨损; ②骨料级配不平衡，大中石多，小石、砂子少; ③砂中石粉含量偏低。造成砂石系统问题出现的原因主要是熔结凝灰岩磨蚀性指数高、可碎性差、韧性好，用于加工人工砂石料难度相当大。针对熔结凝灰岩岩性，对砂石料系统进行改造。
    1) 提高设备易损件的抗磨蚀能力。设备厂家针对西溪水库料场专门生产耐磨件，解决了设备易损件的抗磨蚀性，延长易损件的使用寿命。
    2) 改变系统的加工工艺，解决骨料级配不平衡的问题，主要有: 半成品系统增加细碎设备，增加1 台APK40 型反击式破碎机，使碎石经中碎后再返回APK － 40 反击破细碎，增加小石和砂的产量; 成品加工系统增加1 台“百力克”立轴式破碎机用于改善骨料形状; 增加1 台圆振筛并将筛网换成条棒形筛网，提高砂的产量; 并在制砂车间布置吸尘设备，尽量收集流失的粉尘，再掺人砂料中。
    上述改造后，砂石料系统的加工能力得到了较大的提高，质量也得到了较大的改善，虽然仍存在石粉含量偏低的问题，但通过调整配合比，基本满足了工程需要。经检测人工砂细度模数为2． 99( 平均值) ，石粉含量12． 34%，粗骨料各项指标符合设计规范要求，有效解决了表面裹粉问题。
    3． 2 掺合粉砂解决石粉含量不足
    砂石料生产系统经改造后，粗骨料质量和生产效率基本上能满足工程需要，石粉含量仍然偏低。为解决这一问题，经试验论证，采用掺入天然粉砂、天然砂增加人工砂中的石粉含量。
    1) 天然粉砂料源的选定。粉砂来自宁海县水车采砂场，经检测，粉砂各项指标见表3。

    由检测指标知，粉砂中＜ 0． 08 mm 颗粒含量为16%，超出水工混凝土施工规范允许范围，考虑到粉砂掺量仅为10% ～ 20%，混合后的人工砂中的总含泥量不会超过规范要求。为了辨明粉砂中＜ 0． 08 mm 颗粒部分的粘粒含量，采用试验测定，粉砂中＜ 0． 08 mm 颗粒中粘粒含量为12． 6%。
    2) 天然砂料源的选定。天然砂来自宁海县水车采砂场，经检测，天然砂各项指标见表4。

    由检测指标知，天然砂各项指标均符合规范要求，且细度模数较小，适量掺入有利于调整人工砂的颗粒级配，改善人工砂的细度模数。
    3) 混合砂比例的确定。经多次试验测定，最终确定粉砂、天然砂与人工砂混合比例为15∶ 20∶ 65，经检测混合砂的细度模数分配为2． 62，粉含量为18． 8%，细度模数和粉含量达到设计和规范的要求。
    3． 3 优化混凝土配合比
    碾压混凝土可碾性差主要原因有: 砂中的含粉量低、粗骨料形状差且裹粉、VC值难以控制、混凝土拌合物不均匀、砂石骨料吸水率大等。通过砂石料系统改造和混合砂有效解决了含粉量不够、骨料形状不好和裹粉等问题; 通过优化配合比调整用水量减小VC值、调整拌合时间等措施，碾压混凝土的可碾性大大提高。碾压混凝土主要材料: PO32． 5 水泥、I 级粉煤灰、NF －2 － 6 缓凝高效减水剂、TG － 1 引气剂。最终选定施工配合比见表5。

    4 ·碾压混凝土质量检测及评价
    4． 1 碾压混凝土质量检测
    为检验大坝碾压混凝土质量施工质量，施工过程中在出机口和施工仓面对碾压混凝土各项目指标进行检测。
    出机口混凝土拌和物检测成果见表6。
    施工仓面检测成果见表7。

4． 2 工程质量评价
西溪水库大坝碾压混凝土的抗压强度、抗剪强度、容重、抗渗、抗冻、极限拉伸、弹模等各项指标经检测均符合设计要求。运行近10 a 来，大坝上游坝面未发现裂缝; 实测扬压力折减系数为0． 1 左右，小于设计值0． 3; 实测的坝基及坝身总渗漏量( 水位140 m 时，正常水位147 m) 最大值为1． 39 L /s，其中坝体渗水量仅为0． 57 L /s，水库运行各项观测指标正常，大坝碾压混凝土的施工质量得到了直接验证。