天然砂石骨料碾壓混凝土質(zhì)量控制

1、天然砂石骨料碾壓混凝土質(zhì)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(zhì)量將直接影響工程質(zhì)量安全，而采用天然砂石骨料拌制碾壓混凝土，質(zhì)量控制難度較大。本文結(jié)合亭子口水利樞紐的骨料及工程特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了天然砂石骨料的料場(chǎng)規(guī)劃、生產(chǎn)、拌制、配合比試驗(yàn)等工藝及質(zhì)量控制難點(diǎn)。經(jīng)過骨料試驗(yàn)檢驗(yàn)及碾壓混凝土取芯檢測(cè)表明，碾壓混凝土滿足各項(xiàng)施工技術(shù)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)，VC值控制穩(wěn)定，保證了施工安全和質(zhì)量。關(guān)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(shí)工程)已達(dá)160座之多,筑壩技術(shù)越來越成熟

2、,在采用砂石骨料品種選擇上,國內(nèi)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(chǔ)備充足，碾壓混凝土由天然砂石骨料拌制，但碾壓混凝土質(zhì)量控制難度較大，需要從天然砂石骨料的料場(chǎng)規(guī)劃、生產(chǎn)、拌制、配合比試驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制，以確保碾壓混凝土拌合物質(zhì)量，進(jìn)而確保大壩的工程質(zhì)量安全。1 料場(chǎng)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(xì)骨料凈料約254×104m3；土料約1.34×104m3。經(jīng)初

3、步設(shè)計(jì)階段勘測(cè)，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(gè)料場(chǎng)，查明砂礫石總儲(chǔ)量約1686×104m3，其中礫石儲(chǔ)量約1311×104m3，砂儲(chǔ)量約375×104m3，滿足工程所需的砂石骨料。1.2 砂礫料質(zhì)量及堿活性天然砂礫石料場(chǎng)中含有硅質(zhì)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(shí)，摻不小于20%的粉煤灰均能有效抑制骨料堿活性。1.3 料場(chǎng)選擇（1） 雙漩灘花家壩河床料場(chǎng)雙漩灘花家壩河床料場(chǎng)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(chǔ)量。料場(chǎng)順江分布，河道長約8.4km，河床寬約100200m，分布面積約1.176km2，料場(chǎng)高程358.5368.9m，料場(chǎng)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(chǔ)的安全，鐵路橋上游150m至公路橋下游150m范圍內(nèi)砂礫石不宜開采。根據(jù)勘探和物探揭示，該料場(chǎng)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(jié)構(gòu)松散。卵礫石主要由石英巖、砂巖、硅質(zhì)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(xì)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(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，考慮到受水下開采能力的限制，儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)對(duì)水下10m的儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，雙漩灘花家壩河床料場(chǎng)可開采的區(qū)域內(nèi)砂礫石總儲(chǔ)量約為438.83×104m3，其中礫石儲(chǔ)量約375.37×104m3，砂儲(chǔ)量約63.46×104 m3。（2） 韓家河王家河河床料場(chǎng)韓家河王家河河床料場(chǎng)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(chǎng)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(jié)構(gòu)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(xì)粒為主，有少量中粒，成份以石英顆粒為主。儲(chǔ)量計(jì)算采用平行斷面法，考慮到受水下開采能力的限制，儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)對(duì)水下12m的儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，水位線采用實(shí)測(cè)水位，勘察期間嘉陵江水位線高程369.65374.97m?？碧浇Y(jié)果為：該料場(chǎng)砂礫石總儲(chǔ)量957.35×104m3，其中凈礫石儲(chǔ)量812.02×104m3，凈砂儲(chǔ)量145.33×104m

7、3。（3） 砂礫石料場(chǎng)開采及質(zhì)量上述料場(chǎng)粗骨料可以滿足混凝土用粗骨料的質(zhì)量技術(shù)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(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為1.463.49，細(xì)度模數(shù)平均值為2.16，平均粒徑為0.345。粗骨料以5 80mm級(jí)配含量為主，約占總儲(chǔ)量的62.9%，級(jí)配較好。由砂礫石的物質(zhì)組成可知，粗細(xì)骨料中均含有堿活性骨料。細(xì)骨料以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主。主體工程細(xì)骨料主要采用砂（卵）礫石粉碎制砂，砂的細(xì)度模數(shù)為2.93.0，平均粒徑0.45mm左右，為中粗砂，級(jí)配良好，達(dá)到混凝土用細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)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(dān)約500.0萬m3混凝土所需的骨料生產(chǎn)任務(wù)，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(xì)骨料約350.0萬t），需滿足高峰期月澆筑強(qiáng)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(qiáng)度20.0萬m3。2.1 成品骨料生產(chǎn)工藝（1）細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)的質(zhì)量控制隨時(shí)掌握天然砂來源情況和各個(gè)車間制砂的品質(zhì)情況，即掌控第二篩分車間、細(xì)碎車間、超細(xì)碎車間、棒磨車間和回水小系統(tǒng)砂的細(xì)度模數(shù)指標(biāo)及在摻和后成品砂的綜合指標(biāo)，始終將成品砂細(xì)度模數(shù)控制在合格范圍以內(nèi)。（2）細(xì)骨料石粉含量質(zhì)量控制成品砂的組成情況：a.第二篩分車間：細(xì)

9、度模數(shù)1.21.9之間；b.細(xì)碎車間：細(xì)度模數(shù)2.83.2之間；c.超細(xì)碎制砂：細(xì)度模數(shù)2.83.1之間；d.棒磨車間：細(xì)度模數(shù)2.93.1（可調(diào)）。已確定的各車間制砂設(shè)備工況及主要參數(shù)，如下表：各車間制砂設(shè)備工況及主要參數(shù)表車間名稱設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)生產(chǎn)能力細(xì)度模數(shù)石粉含量第二篩分車間螺旋洗砂機(jī)41502001.21.9811細(xì)碎車間CH440MF圓錐破112 t/h3.03.21520超細(xì)碎車間RP109立式?jīng)_擊破26082 t/h*22.83.12328棒磨車間棒磨機(jī)23650 t/h *22.93.1可調(diào)58通過各個(gè)車間生產(chǎn)工況的調(diào)整，確保成品砂細(xì)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(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。（3）細(xì)骨料含水率的質(zhì)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(jī)進(jìn)行砂水分離后，通過直線脫水篩進(jìn)行機(jī)械脫水。細(xì)碎及超細(xì)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(jìn)入成品砂堆場(chǎng)后，分區(qū)堆存，利用盲溝進(jìn)行自然脫水。在轉(zhuǎn)砂銷售過程中，機(jī)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(zhì)量控制嚴(yán)格控制第二篩分車間各級(jí)篩網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸，保證篩分加工后的各級(jí)成品粗骨料在合格范圍以內(nèi)。在成品大石堆場(chǎng)設(shè)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(zhì)量控制按照砼用粗骨料標(biāo)準(zhǔn)，粗骨料的針片狀含量應(yīng)為15%，加工系統(tǒng)已使用先進(jìn)

11、的粗、中破設(shè)備，在生產(chǎn)過程中控制好排料口尺寸進(jìn)行質(zhì)量控制。2.2 成品骨料質(zhì)量控制2.2.1控制難點(diǎn)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(jí)及其以上的比例偏大，0.315mm粒級(jí)及其以下的比例偏少，級(jí)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(jī)濕法生產(chǎn)，在洗砂過程中帶走大量石粉，經(jīng)取樣檢測(cè)后測(cè)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(dǎo)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(jié)合質(zhì)量難以保證。2.2.2 優(yōu)化方案1）為適當(dāng)調(diào)整級(jí)配曲線，在

12、棒磨機(jī)生產(chǎn)過程中適當(dāng)降低細(xì)度模數(shù)，使成品砂連續(xù)級(jí)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(yùn)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(shè)計(jì)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(gè)強(qiáng)度等級(jí)構(gòu)成。承建單位分別對(duì)各自承擔(dān)的標(biāo)段進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，并參考了亭子口水利樞紐工程招投標(biāo)文件推薦的混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，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(yàn)主要是進(jìn)行各類原材料試驗(yàn)和原材料選擇，配合比設(shè)計(jì)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(guān)鍵參數(shù)。第一階段的配合比試驗(yàn)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(yàn)時(shí)，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(duì)一期的配合比參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證調(diào)整，同時(shí)進(jìn)行大壩主體工程施工配合比試驗(yàn)。二期施工混凝土配合比報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)可知，二期配合比報(bào)告中混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。第三階段的配合比試驗(yàn)主要是對(duì)二期試驗(yàn)進(jìn)行全面的驗(yàn)證，第三期的配合比報(bào)告數(shù)據(jù)全面，提出了全部的混凝土試驗(yàn)指標(biāo)，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(qiáng)度等級(jí)江油煤灰（%）外加劑品種及摻量設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì) 齡期級(jí)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(jī)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(gè)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(qiáng)制式拌和樓和2&

15、#215;4.5m3的強(qiáng)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(qiáng)制式拌和樓和2×3m3強(qiáng)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(chǎng)工藝試驗(yàn)相關(guān)測(cè)試，得出如下結(jié)論，并按下述工藝進(jìn)行碾壓混凝土施工。（1）經(jīng)碾壓試驗(yàn)倉現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，采用室內(nèi)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(shí)間采用75s的拌和方式，拌和物性能最優(yōu)。夏季二級(jí)配碾壓混凝土的拌合時(shí)間為105s， 三級(jí)配碾壓混凝土的拌合時(shí)間分兩種

16、，加冰量20kg拌合時(shí)間為120s，加冰量20kg拌合時(shí)間為105s。（3）碾壓混凝土出機(jī)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(yùn)輸采用自卸汽車多點(diǎn)接料、兩點(diǎn)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(shí)厚度30cm較經(jīng)濟(jì)、快速，利于碾壓混凝土施工質(zhì)量控制；（6）BM202AD-2型振動(dòng)碾采用“無振2遍+有振8遍+無振2遍”、徐工XD121型振動(dòng)碾采用“無振2遍+有振10遍+無振2遍”、LW321F型手扶振動(dòng)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(jié)合部壓實(shí)度要求。（7）層間間隔時(shí)間低溫季節(jié)按10小時(shí)控制能滿足質(zhì)

17、量控制要求；高溫季節(jié)按6小時(shí)控制能滿足質(zhì)量控制要求。（8）新老混凝土層面采用均勻攤鋪23cm厚高一標(biāo)號(hào)砂漿的層間處理措施能保證層間結(jié)合質(zhì)量，二級(jí)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(jié)合質(zhì)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(nèi)振搗完畢的方式施工，能保證變態(tài)混凝土施工質(zhì)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(shí)能保證成縫質(zhì)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(nèi)?；炷潦諅}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(qiáng)度后方可允許設(shè)備通過，一般控制在2-3天。 5.碾壓混凝土施工質(zhì)量及密實(shí)性檢查5.1混凝土密實(shí)性檢查截止到目前，亭子口工程混凝土密實(shí)性檢查主要采用了以下幾種方式進(jìn)行，即：利用取芯孔、帷幕灌漿混凝土、物探檢查、聲波檢測(cè)及孔內(nèi)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(jìn)行混凝土壓水檢查，共計(jì)壓水1305m，檢查結(jié)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(cè)及孔內(nèi)錄像均滿足設(shè)計(jì)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(tái)取出15.80m三級(jí)配混凝土長芯。經(jīng)檢查各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)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(hào)：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(jí)配天然骨料碾壓混凝土芯樣。經(jīng)檢查各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，符合相關(guān)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(jìn)行了布孔取芯、