大理岩人工砂石粉含量对锦屏一级水电站.doc

大理岩人工砂石粉含量对锦屏一级水电站大坝混凝土性能的影响研究杜青林, 王树平 田先忠(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都，610072)[摘要] 受客观条件的限制，锦屏一级水电站大坝混凝土人工骨料不得不采用砂岩粗骨料和大理岩细骨料由于受母岩特性的影响，大理岩经过破碎后人工砂石粉含量相当高结合锦屏一级水电站的实际，对不同石粉含量大理岩人工砂混凝土性能进行试验研究结果表明：适量的石粉可以起到改善混凝土性能的作用在调整砂率和用水量的情况下，采用石粉含量为15%~25%的大理岩人工砂，可以配制出性能指标满足设计要求的大坝混凝土综合考虑大坝混凝土的抗裂性能以及有利于资源利用的目的，建议锦屏一级大坝混凝土大理岩人工砂的石粉含量应控制在不大于20%为宜[关键词]水工材料 大理岩人工砂 石粉 混凝土 影响1.前言锦屏一级水电站装机3600MW为一等工程，混凝土拱坝高305m为世界第一高拱坝整个枢纽工程混凝土总量为761万m3，需混凝土骨料约1828万吨，其中大坝混凝土约528万m3，需要骨料约1275万吨由于当地天然骨料的匮乏，大坝混凝土只有采用人工骨料工程区域内出露地层主要为三叠系浅变质岩，岩性以变质砂岩和板岩为主，局部夹大理岩。

近坝范围内未发现坚硬的火成岩，从坝址附近出露的地层岩性分析，可作为人工骨料料源的仅有大理岩和变质砂岩在对当地各个人工骨料料场进行大量的勘探，以及对人工骨料及混凝土进行的试验研究基础上，推荐大坝混凝土采用大奔流沟料场的砂岩作为粗骨料、三滩右岸料场的大理岩作为细骨料的组合骨料方案三滩右岸大理岩料场地层为三叠系中上统杂谷脑组第二段第7、8层大理岩，岩性以灰色中细晶大理岩、浅灰~灰白色细晶大理岩为主，夹白色中晶大理岩条带灰色中细晶大理岩和浅灰~灰白色细晶大理岩岩块新鲜较坚硬，白色中晶大理岩条带含量约20~30%，岩块强度偏低，锤击易成粉末由于三滩右岸料场的大理岩存在着强度偏低，强度的变异性较大的不足，因此在采用“全干法生产风选剔除石粉工艺”生产大理岩人工砂时，仍存在着加工性能差，破碎易成粉的特点，采用颚破、圆锥破、反击破、立轴破及棒磨机等不同种类的破碎机破碎后的大理岩原状砂的石粉含量均在40%左右DL/T5144-2001“水工混凝土施工规范”中规定：“人工砂石粉含量宜控制在6％～18%”为了使人工砂石粉含量满足该执行规范要求，而盲目地将石粉洗掉，不仅增加了污染物的排放量，而且造成很大的资源浪费。

在水泥的生产过程中，常加入一定量的石灰石作为水泥混合材大量研究表明，石灰石粉尤其是微细颗粒的石灰石粉具有一定的早期活性，可以作为掺和料用于混凝土大理岩与石灰石同属于碳酸钙质骨料，且大理岩石粉弃料中0.08mm以下的微细石粉颗粒含量也较高，将大理岩石粉大量弃掉势必造成资源浪费和环境污染，因此结合锦屏一级水电站的实际，开展高石粉含量大理岩人工砂大坝混凝土性能的试验研究，探讨人工砂中的石粉含量对大坝混凝土的性能的影响，以确定大坝混凝土大理岩人工砂的最佳石粉含量是十分必要的2.大理岩石粉的基本性能2.1大理岩石粉的化学成分和矿物组成大理岩石粉的化学成分见表1，其CaO含量和烧失量之和占总质量的90%以上X射线衍射分析结果表明：大理岩为典型的碳酸盐类岩石，主要矿物成分为方解石表1 大理岩石粉的化学成分（/%）CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3K2ONa2O烧失量52.562.081.150.320.560.030.170.0543.082.2大理岩石粉的物理性能及粒度分析大理岩石粉的密度为2.57g/cm3，需水量比为97.7％，大理岩石粉的粒度分析试验结果见表2采用显微图像分析仪对大理岩石粉颗粒级配分析结果结果表明：大理岩石粉的颗粒大部分分布在0～5μm粒径范围内，占颗粒总数的90％以上。

采用激光粒度分析仪对大理岩石粉的颗粒级配和比表面积进行测试试验结果表明：大理岩石粉的比表面积为213.5 m2/m3，中径为80.5μm表2 大理岩石粉显微图像粒度分析结果颗粒个数百分比 / %平均粒径/μm最大粒径/μm比表面积/m2/m3中径/μm0~5μm5~20μm20~50μm50~70μm70~100μm100~150μm94.704.380.420.330.1703.6102.5213.580.52.3大理岩石粉水泥胶砂强度特性掺大理岩石粉水泥胶砂强度特性的试验研究结果见图1，掺量固定为30％由试验结果可以看出：掺大理岩石粉的水泥胶砂强度低于掺Ⅱ级粉煤灰的水泥胶砂强度，其28d的强度降低10％左右，表明大理岩石粉的强度特性要逊于粉煤灰与掺硅酸盐类岩石粉相比，掺大理岩石粉水泥胶砂强度略高，28d的强度提高17％，表明大理岩石粉的强度特性要高于硅酸盐类岩石粉的强度特性 （a）水泥胶砂抗折强度 （b）水泥胶砂抗压强度 图1 掺大理岩石粉水泥胶砂强度特性3.大理岩人工砂石粉含量对混凝土性能影响研究试验研究的基本条件 ：（1）选用石粉含量分别为15.2%、18.0%、20.6%、22.7%和25.6%的大理岩人工砂，结合锦屏一级水电站的实际开展大理岩人工砂石粉含量对混凝土性能影响的试验研究。

由于无法在生产过程中直接提取到试验选定石粉含量的人工砂，因此采取生产15%左右的石粉含量的人工砂，室内通过人工添加石粉配置成试验预定石粉含量，人工翻拌均匀后备用 （2）试验研究混凝土配合比为锦屏大坝C区混凝土施工配合比，基本参数包括：水胶比为0.47、粉煤灰掺量为35％、四级配、混凝土拌和物坍落度控制在50mm～70mm、含气量控制4％～6％等试验采用中热水泥和Ⅰ级粉煤灰，石英砂岩粗骨料，复掺缓凝高效减水剂和引气剂等试验依照DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》中有关规定进行 3.1对混凝土拌和物性能的影响选择水胶比0.47的大坝混凝土，粉煤灰掺量固定在35％，开展不同石粉含量的大理岩人工砂对大坝混凝土拌和物性能影响的试验研究混凝土拌和物坍落度控制在50mm～70mm，含气量控制4％～6％，试验项目为混凝土坍落度损失、含气量损失以及泌水率等大理岩人工砂石粉含量对混凝土拌和物性能影响试验成果见表3由试验结果可以看出：（1）在保持混凝土拌和物的和易性基本一致的条件下，随着大理岩人工砂石粉含量的增加，混凝土单位用水量相应呈增加趋势在引气剂掺量不变的情况下，混凝土含气量随着石粉的增加而减小，但变化幅度不大。

2）混凝土的泌水率随着大理岩人工砂石粉含量的增加而降低，人工砂的石粉含量对混凝土拌合物的泌水性能比较敏感表3 石粉含量对混凝土拌和物性能的影响编号石粉含量/%细度模数用水量/kg坍落度/mm含气量/%泌水率/%坍落度保留率/%含气量/%30min60min30min60 minJP-115.22.8076656.22.682644.53.2JP-218.02.7178666.02.879664.43.3JP-320.62.5578596.01.781654.23.3JP-422.72.4479735.71.578604.13.1JP-525.62.2779685.61.080663.92.93.2对混凝土强度性能的影响大理岩人工砂石粉含量对混凝土强度性能影响的试验成果见表4从试验结果可以看出，当石粉含量在15.2％-25.6%范围内时，混凝土各龄期抗压强度和劈拉强度基本一致,各龄期强度的发展系数基本一致总体上看，大理岩人工砂石粉含量变化对混凝土强度影响不明显表4 石粉含量对混凝土强度性能的影响编号细度模数石粉含量/％抗压强度 /MPa劈拉强度 /MPa7d28d90d180d7d28d90d180dJP-12.8015.212.419.830.736.81.061.742.472.85JP-22.7118.013.020.630.437.60.981.702.602.86JP-32.5520.613.020.030.336.21.301.742.622.87JP-42.4422.712.619.128.834.91.011.572.572.95JP-52.2725.612.519.630.135.11.121.742.502.88平 均 值12.719.830.136.11.091.702.552.883.3对混凝土变形性能的影响极限拉伸和弹性模量是水工大体积混凝土的重要特性。

大理岩人工砂石粉含量对混凝土极限拉伸值和弹性模量影响试验结果表5从试验结果可以看出：大理岩人工砂石粉含量从15.2％变化到25.6%时，混凝土极限拉伸和弹性模量值差异不大；当石粉含量在20.6%时，混凝土90d和180d龄期的极限拉伸值最高，混凝土90d和180d龄期弹性模量最大表5 石粉含量对混凝土变形性能的影响编号细度模数石粉含量/％极限拉伸值/×10-6弹性模量/GPa90d180d90d180dJP-12.8015.211212523.928.2JP-22.7118.011412624.828.8JP-32.5520.611612825.029.7JP-42.4422.711512424.028.9JP-52.2725.611412223.929.43.4对混凝土耐久性能的影响混凝土的耐久性是指：在环境的作用下，随着时间的推移，混凝土维持其应用性能的能力混凝土抗渗和抗冻性能是耐久性的重要指标大理岩人工砂石粉含量对混凝土耐久性能影响的试验成果见表6从试验结果可以看出：所有混凝土的抗冻等级均大于F300,抗渗等级大于等于W16可见在石粉含量为15.2％～25.6％时，大理岩人工砂石粉含量对混凝土耐久性能影响不大。

表6 石粉含量对混凝土耐久性能的影响编号细度模数石粉含量/％冻融300次，180d抗渗等级180d相对动弹模量/％质量损失率/％JP-12.8015.281.42.4≥W16JP-22.7118.082.52.1≥W16JP-32.5520.683.22.3≥W16JP-42.4422.780.62.1≥W16JP-52.2725.681.72.3≥W163.5对混凝土体积稳定性的影响混凝土体积稳定性用自生体变和干缩指标表示混凝土在恒温绝湿条件下，由于胶凝材料的水化作用而引起的体积变形称为自生体积变形大理岩人工砂石粉含量对混凝土自生。