天然砂石骨料碾壓混凝土質量控制

1、天然砂石骨料碾壓混凝土質量控制綜述吳正敏（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，廣元 蒼溪，628400）摘 要：碾壓混凝土拌合物質量將直接影響工程質量安全，而采用天然砂石骨料拌制碾壓混凝土，質量控制難度較大。本文結合亭子口水利樞紐的骨料及工程特點，重點闡述了天然砂石骨料的料場規(guī)劃、生產(chǎn)、拌制、配合比試驗等工藝及質量控制難點。經(jīng)過骨料試驗檢驗及碾壓混凝土取芯檢測表明，碾壓混凝土滿足各項施工技術要求和設計指標，VC值控制穩(wěn)定，保證了施工安全和質量。關鍵詞：亭子口；水利樞紐；碾壓混凝土；天然砂石骨料引言近20 年來,中國在建、已建的碾壓混凝土壩(包括圍堰等臨時工程)已達160座之多,筑壩技術越來越成熟

2、,在采用砂石骨料品種選擇上,國內在建和已建的碾壓混凝土壩絕大部分是采用灰?guī)r、花崗巖等巖石生產(chǎn)出的人工砂石骨料1，亭子口水利樞紐大壩工程是碾壓混凝土重力壩，天然砂石骨料儲備充足，碾壓混凝土由天然砂石骨料拌制，但碾壓混凝土質量控制難度較大，需要從天然砂石骨料的料場規(guī)劃、生產(chǎn)、拌制、配合比試驗等環(huán)節(jié)進行質量控制，以確保碾壓混凝土拌合物質量，進而確保大壩的工程質量安全。1 料場選擇與開采1.1 料源情況工程約500萬m3，經(jīng)估算需要砂礫石凈料約850×104m3，其中粗骨料凈料約596×104m3，細骨料凈料約254×104m3；土料約1.34×104m3。經(jīng)初

3、步設計階段勘測，壩址下游23km的河段分布的回水壩、花家壩、杜里壩、張家壩、右雙漩灘、左雙漩灘、葡萄堡等七個料場，查明砂礫石總儲量約1686×104m3，其中礫石儲量約1311×104m3，砂儲量約375×104m3，滿足工程所需的砂石骨料。1.2 砂礫料質量及堿活性天然砂礫石料場中含有硅質巖、砂巖等堿活性巖石，均為具有潛在危害性的活性骨料，根據(jù)前期勘察成果在水泥堿含量不大于0.90%或混凝土總堿量不大于2.5kg/m3時，摻不小于20%的粉煤灰均能有效抑制骨料堿活性。1.3 料場選擇（1） 雙漩灘花家壩河床料場雙漩灘花家壩河床料場是指嘉陵江大橋下游150m的雙漩

4、灘起，止于壩軸線下游10km的花家壩的枯水位以下河道上砂礫石的儲量。料場順江分布，河道長約8.4km，河床寬約100200m，分布面積約1.176km2，料場高程358.5368.9m，料場多位于水位以下，以水下開采為主。南充廣元高速公路的公路橋及蘭渝（蘭州重慶）鐵路的鐵路橋分別從該區(qū)通過，為保征大橋基礎的安全，鐵路橋上游150m至公路橋下游150m范圍內砂礫石不宜開采。根據(jù)勘探和物探揭示，該料場砂卵礫石堆積厚度為5.9013.60m，為卵礫石夾砂，無含泥夾層，無剝離量。下游堆積厚度大于上游端，砂卵礫石層結構松散。卵礫石主要由石英巖、砂巖、硅質巖以及少量花崗巖組成，卵礫石一般表面光滑，磨園度較

5、好，粒徑大小不均，粒徑多在20200mm，分選性差；砂呈淺灰色，以粉粒和細粒為主，有少量中粒，成份以石英顆粒為主，含少量泥。根據(jù)鉆探及物探成果，采用平行斷面法進行儲量計算，考慮到受水下開采能力的限制，儲量計算時對水下10m的儲量進行計算，雙漩灘花家壩河床料場可開采的區(qū)域內砂礫石總儲量約為438.83×104m3，其中礫石儲量約375.37×104m3，砂儲量約63.46×104 m3。（2） 韓家河王家河河床料場韓家河王家河河床料場范圍為壩軸線上游0.6km的韓家河起，止于上游8.5km的王家河的嘉陵江河床及河漫灘。根據(jù)勘探和物探揭示，該料場砂卵礫石堆積厚度為6.

6、2512.5m，為卵礫石夾砂，無含泥夾層，無剝離量。下游堆積厚度大于上游端，砂卵礫石層結構松散。卵礫石主要由石英巖、砂巖、凝灰?guī)r以及少量燧石組成，卵礫石一般表面光滑，磨園度較好，粒徑大小不均，粒徑多在20200mm，分選性差；砂呈淺灰色，以細粒為主，有少量中粒，成份以石英顆粒為主。儲量計算采用平行斷面法，考慮到受水下開采能力的限制，儲量計算時對水下12m的儲量進行計算，水位線采用實測水位，勘察期間嘉陵江水位線高程369.65374.97m。勘探結果為：該料場砂礫石總儲量957.35×104m3，其中凈礫石儲量812.02×104m3，凈砂儲量145.33×104m

7、3。（3） 砂礫石料場開采及質量上述料場粗骨料可以滿足混凝土用粗骨料的質量技術要求：卵礫石粒度模數(shù)為6.388.31，粒度模數(shù)平均值為7.33，針片狀含量8.74%，軟弱顆粒含量0.09%；細骨料細度模數(shù)為1.463.49，細度模數(shù)平均值為2.16，平均粒徑為0.345。粗骨料以5 80mm級配含量為主，約占總儲量的62.9%，級配較好。由砂礫石的物質組成可知，粗細骨料中均含有堿活性骨料。細骨料以細砂、粉細砂為主。主體工程細骨料主要采用砂（卵）礫石粉碎制砂，砂的細度模數(shù)為2.93.0，平均粒徑0.45mm左右，為中粗砂，級配良好，達到混凝土用細骨料質量技術要求。2 成品骨料生產(chǎn)亭子口水利樞紐天

8、然砂石骨料的生產(chǎn)系統(tǒng)主要承擔約500.0萬m3混凝土所需的骨料生產(chǎn)任務，系統(tǒng)需加工砂石成品料總量約1150.0萬t（其中粗骨料約800.0萬t，細骨料約350.0萬t），需滿足高峰期月澆筑強度25.0萬m3混凝土所需骨料的生產(chǎn)要求，其中碾壓混凝土（RCC）高峰月澆筑強度20.0萬m3。2.1 成品骨料生產(chǎn)工藝（1）細骨料細度模數(shù)的質量控制隨時掌握天然砂來源情況和各個車間制砂的品質情況，即掌控第二篩分車間、細碎車間、超細碎車間、棒磨車間和回水小系統(tǒng)砂的細度模數(shù)指標及在摻和后成品砂的綜合指標，始終將成品砂細度模數(shù)控制在合格范圍以內。（2）細骨料石粉含量質量控制成品砂的組成情況：a.第二篩分車間：細

9、度模數(shù)1.21.9之間；b.細碎車間：細度模數(shù)2.83.2之間；c.超細碎制砂：細度模數(shù)2.83.1之間；d.棒磨車間：細度模數(shù)2.93.1（可調）。已確定的各車間制砂設備工況及主要參數(shù)，如下表：各車間制砂設備工況及主要參數(shù)表車間名稱設備名稱臺數(shù)生產(chǎn)能力細度模數(shù)石粉含量第二篩分車間螺旋洗砂機41502001.21.9811細碎車間CH440MF圓錐破112 t/h3.03.21520超細碎車間RP109立式?jīng)_擊破26082 t/h*22.83.12328棒磨車間棒磨機23650 t/h *22.93.1可調58通過各個車間生產(chǎn)工況的調整，確保成品砂細度模數(shù)始終控制在中砂范圍，石粉含量控制在國家

10、現(xiàn)行標準范圍以內。（3）細骨料含水率的質量控制在砂石加工系統(tǒng)第二篩分車間與棒磨車間成砂后，經(jīng)螺旋洗砂機進行砂水分離后，通過直線脫水篩進行機械脫水。細碎及超細碎車間采用干法生產(chǎn)工藝，將篩分后的干砂摻入成品砂中，以降低含水量。進入成品砂堆場后，分區(qū)堆存，利用盲溝進行自然脫水。在轉砂銷售過程中，機械配合供料，持續(xù)向用料單位提供含水率合格的成品砂。（4）粗骨料超遜徑質量控制嚴格控制第二篩分車間各級篩網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸，保證篩分加工后的各級成品粗骨料在合格范圍以內。在成品大石堆場設置緩降器，以避免二次破碎后的遜徑含量。（5）粗骨料針片狀質量控制按照砼用粗骨料標準，粗骨料的針片狀含量應為15%，加工系統(tǒng)已使用先進

11、的粗、中破設備，在生產(chǎn)過程中控制好排料口尺寸進行質量控制。2.2 成品骨料質量控制2.2.1控制難點1）由于毛料中天然砂不足的缺陷特性，系統(tǒng)加大了人工砂的生產(chǎn)比例，最終造成了2.5mm粒級及其以上的比例偏大，0.315mm粒級及其以下的比例偏少，級配曲線呈“啞鈴狀”分布。2）左砂系統(tǒng)成品砂采用的工藝是洗砂機濕法生產(chǎn)，在洗砂過程中帶走大量石粉，經(jīng)取樣檢測后測得石粉含量僅為8%左右，水工碾壓混凝土規(guī)范DL/T5112-2009要求的石粉含量宜控制在12%-22%，石粉含量低將導致碾壓混凝土拌合過程中和易性不好，施工過程中泛漿困難，層間結合質量難以保證。2.2.2 優(yōu)化方案1）為適當調整級配曲線，在

12、棒磨機生產(chǎn)過程中適當降低細度模數(shù)，使成品砂連續(xù)級配可以得到一定程度的改善。2）為了解決石粉含量較低的現(xiàn)象左砂系統(tǒng)專門組建了制粉車間生產(chǎn)石粉，并利用罐車運送至拌合樓，在拌合過程中按比例外摻，以解決石粉含量偏少的問題。3 碾壓混凝土配合比設計亭子口水利樞紐工程使用的混凝土為碾壓混凝土、常態(tài)混凝土和變態(tài)混凝土，每種混凝土又由多個強度等級構成。承建單位分別對各自承擔的標段進行混凝土配合比試驗，并參考了亭子口水利樞紐工程招投標文件推薦的混凝土配合比進行優(yōu)化試驗，最終形成了碾壓混凝土配合比參數(shù)（詳見表3.1）第一階段配合比試驗主要是進行各類原材料試驗和原材料選擇，配合比設計主要為了確定混凝土配合比的砂率、

13、膠材用量、粉煤灰摻量、單位用水量、水膠比、外加劑摻量等關鍵參數(shù)。第一階段的配合比試驗基本確定了左岸非溢流壩段及右岸非溢流壩的施工配合比。第二階段（二期）配合比試驗時，左岸砂石生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)投產(chǎn)，因此第二階段采用了左岸砂石生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的骨料對一期的配合比參數(shù)進行優(yōu)化和驗證調整，同時進行大壩主體工程施工配合比試驗。二期施工混凝土配合比報告提出后，通過了咨詢專家的審查。從施工過程中各參建方抽樣檢測數(shù)據(jù)可知，二期配合比報告中混凝土各項性能指標能夠滿足設計要求。第三階段的配合比試驗主要是對二期試驗進行全面的驗證，第三期的配合比報告數(shù)據(jù)全面，提出了全部的混凝土試驗指標，包括抗?jié)B、抗凍、抗壓、彈模、極限拉伸、

14、絕熱溫升等。3.1碾壓混凝土配合比參數(shù)水泥品種及強度等級江油煤灰（%）外加劑品種及摻量設計強度等級設計 齡期級配水膠比用水量（kg/m3）砂率（%）膠材總量（kg/m3）濕容重（kg/m3）減水劑引氣劑三峽中熱42.550JM-（C）0.5%JM-20005/萬R90150F50W690d三0.517834.51532470R90200F50W690d三0.457834.01732470備 注出機口要求碾壓混凝土拌和物VC值控制范圍：35S4 碾壓混凝土施工工藝4.1拌合系統(tǒng)布置亭子口水利樞紐程分別在左右岸布置了兩個拌和系統(tǒng)，其中左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)配置了2×6m3的強制式拌和樓和2&

15、#215;4.5m3的強制式拌和樓各1座，右岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)配置了2×4.5m3的強制式拌和樓和2×3m3強制式拌和樓各1座。4.2 碾壓混凝土施工工藝及工法經(jīng)碾壓混凝土現(xiàn)場工藝試驗相關測試，得出如下結論，并按下述工藝進行碾壓混凝土施工。（1）經(jīng)碾壓試驗倉現(xiàn)場工藝試驗驗證，采用室內提供的碾壓混凝土配合比參數(shù)，拌和物工作性較佳，無粗骨料分離現(xiàn)象，具有較好的親和性。（2）投料順序采用“（小石+中石+大石） （砂+石粉） （煤灰+水泥） （水+外加劑）”、冬季拌和時間采用75s的拌和方式，拌和物性能最優(yōu)。夏季二級配碾壓混凝土的拌合時間為105s， 三級配碾壓混凝土的拌合時間分兩種

16、，加冰量20kg拌合時間為120s，加冰量20kg拌合時間為105s。（3）碾壓混凝土出機口VC值控制在35s，拌和物可碾性較好，且泌水少；（4）碾壓混凝土運輸采用自卸汽車多點接料、兩點下料方式，骨料分離較少；（5）碾壓混凝土攤鋪厚度采用35cm、壓實厚度30cm較經(jīng)濟、快速，利于碾壓混凝土施工質量控制；（6）BM202AD-2型振動碾采用“無振2遍+有振8遍+無振2遍”、徐工XD121型振動碾采用“無振2遍+有振10遍+無振2遍”、LW321F型手扶振動碾采用“無振2遍+有振32遍+無振2遍”的碾壓方式均滿足大面及與變態(tài)混凝土結合部壓實度要求。（7）層間間隔時間低溫季節(jié)按10小時控制能滿足質

17、量控制要求；高溫季節(jié)按6小時控制能滿足質量控制要求。（8）新老混凝土層面采用均勻攤鋪23cm厚高一標號砂漿的層間處理措施能保證層間結合質量，二級配碾壓混凝土每30cm碾壓層均勻攤鋪23mm水泥粉煤灰凈漿能保證層間結合質量及防滲要求。（9）變態(tài)混凝土采用挖槽加漿（加漿量為60L/m3）、靜置15min、100振搗棒或振搗車在45min內振搗完畢的方式施工，能保證變態(tài)混凝土施工質量。（10）橫縫成縫采用先碾壓后切縫、填塞4層彩條布的方式施工，方便、快捷，同時能保證成縫質量，亦滿足碾壓混凝土快速施工的要求。（11）收倉收倉要求表面基本水平，局部不平控制在±5cm范圍內。混凝土收倉后，水平止

18、水片上的覆蓋厚度不得小于30cm，在施工過程中禁止踩踏止水片。碾壓混凝土收倉需一定強度后方可允許設備通過，一般控制在2-3天。 5.碾壓混凝土施工質量及密實性檢查5.1混凝土密實性檢查截止到目前，亭子口工程混凝土密實性檢查主要采用了以下幾種方式進行，即：利用取芯孔、帷幕灌漿混凝土、物探檢查、聲波檢測及孔內錄像體排水孔等，分別在左非13#16#壩段、表孔、上閘首及右非壩段進行混凝土壓水檢查，共計壓水1305m，檢查結果顯示，常態(tài)混凝土最大透水率0.4Lu，最小透水率0.05Lu；碾壓混凝土最大水率為0.5Lu，最小透水率為0.1Lu，透水率、聲波檢測及孔內錄像均滿足設計及規(guī)范要求。5.2混凝土取芯截止目前，大壩1#26#壩段共取芯849.65m，其中在20#壩段EL376.20m平臺取出15.80m三級配混凝土長芯。經(jīng)檢查各項指標均滿足設計和相關規(guī)范要求。大壩26#50#壩段共取芯699.63m，其中在表孔壩段35#壩段（高程：EL398m，樁號：壩橫：X0+3.50，壩縱：Y0+332.16）取出了一根直徑195毫米、長18.88米的二級配天然骨料碾壓混凝土芯樣。經(jīng)檢查各項指標均滿足設計指標，符合相關規(guī)范要求。在2013年業(yè)主分別在37#壩段、43#壩段、19#壩段、20#壩段、24#壩段進行了布孔取芯、