砂巖骨料在斯登沃代(Stung Atay)水電站大壩混凝土中的應用

鄧長軍

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院科學研究所，四川成都 610072)

1 概述

斯登沃代水電站位于柬埔寨王國西部菩薩省列文縣歐桑鄉，是柬埔寨工業礦產能源部在額勒賽河流域規劃興建的電站之一。電站建在額勒賽河上游支流——沃代河上，壩址南面距離國公省省會國公市路程約60 km，北面距離列文縣城路程約60 km。電站分兩級開發，整個工程共需各級成品砂石料約132萬t，其中粗骨料86萬t，細骨料46萬t。

前期資料表明:工程區域內的瀑布料場砂巖人工骨料具有表觀密度較小、壓碎指標和吸水率大、骨料的耐水性較差、遇水易崩解等特點。由于本工程區域的地質條件以及所處的地理位置決定了工程不可能重新選用人工骨料料場或外購砂石骨料澆筑混凝土，因此，需結合斯登沃代水電站的實際情況(工程擬用的砂巖骨料、水泥等混凝土原材料)，開展砂巖人工骨料混凝土配合比設計及混凝土性能試驗研究，其目的在于:針對大壩、廠房等工程部位，在無法采購中熱水泥條件的同時用硅酸鹽水泥配制不同等級與品種的混凝土，為大壩混凝土溫控設計提供混凝土的溫控參數，同時為承包商采用的混凝土施工配合比及監理審批的施工配合比提供依據。

鑒于目前工程采用的砂巖具有疑似堿活性，采用一定的工程措施抑制砂巖堿活性膨脹是保證工程耐久性的基本條件。國內外大量研究和工程實踐證實:使用粉煤灰置換部分水泥，不僅能夠延緩或抑制骨料的堿硅反應，而且對混凝土的其它性能也有一定的改善作用，同時對節約資源、保護環境具有重要意義。因此，本試驗研究是在采用高摻粉煤灰的工程措施抑制砂巖堿活性的基礎上而展開的。

2 混凝土原材料

試驗采用的、由泰國京都水泥公共有限公司生產的藍鉆石牌P.I42.5級水泥和泰國金牛波作嵐有限公司生產的金牛牌粉煤灰品質檢測結果分別列于表1～3。

當地砂巖由石英晶體鑲嵌構造而成，其中含有少量云母、長石和約4%的微晶質至隱晶質石英。砂巖人工砂和粗骨料基本性能檢測結果分別列于表4、5。其中，為了判定當地砂巖人工砂中粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量主要是泥土還是與被加工母巖化學成分相同的石粉，參照《建筑用砂》(14684-2001)中亞甲藍快速試驗方法，對砂巖人工砂中粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量的成分進行了鑒定。圖1的鑒定結果表明:現場取樣的人工砂中粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量的主要成分為泥。

表2 水泥物理力學性能表

表3 粉煤灰物理力學性能表

表4 砂巖人工砂基本性能表

圖1 砂巖人工砂亞甲藍快速試驗結果示意圖

表5 砂巖粗骨料性能表

3 采用砂巖骨料的大壩混凝土性能

3.1 混凝土強度性能

試驗采用泰國京都水泥公共有限公司生產的藍鉆石牌P.I42.5級水泥以及泰國金牛波作嵐有限公司生產的金牛牌粉煤灰(摻量為40%)，復摻0.8%的GK-4A 緩凝高效減水劑和0.02%的GK-9A 引氣劑，按照《水工混凝土試驗規程》(SL352-2006)中的有關規定，對大壩混凝土的基本性能進行了試驗研究。

從大壩混凝土的強度性能試驗結果(表6)可以看出:采用當地砂巖人工骨料配制的大壩混凝土的強度性能能夠滿足設計要求。

表6 大壩混凝土強度性能表

3.2 混凝土變形性能

從大壩混凝土的變形性能試驗結果(表7)可以看出:大壩混凝土的彈性模量較低，90 d 的彈性模量為12.8～15.1 GPa;而大壩混凝土的極限拉伸值較高，90 d 極限拉伸為1.48×10-4～1.56×10-4，表明采用當地砂巖人工骨料配制的大壩混凝土具有低彈和高極限拉伸值的特性。

3.3 混凝土體積穩定性

表7 大壩混凝土變形性能表

由大壩混凝土的干縮和濕脹性能關系(圖2)可以看出:采用當地砂巖人工骨料配制的大壩混凝土的90 d 干縮變形為836×10-6～858×10-6，其中28 d 濕脹變形可達到500個微應變左右，據此，大壩混凝土干縮、濕脹變形相當大，表明采用當地砂巖人工骨料配制的大壩混凝土具有干縮變形較大的特點，其對大壩混凝土抗裂性能的影響不容忽視，建議在混凝土澆筑后應根據氣候條件的變化加強對大壩混凝土的養護。

圖2 大壩混凝土的干縮變形和濕脹變形示意圖

由大壩混凝土的自生體積變形試驗結果(圖3)可以看出:采用泰國京都水泥公共有限公司生產的藍鉆石牌P.I42.5級水泥配制的大壩混凝土自生體積變形呈收縮狀態，其150 d 的收縮變形為-0.8×10-6～-11.8×10-6。

圖3 大壩混凝土的自生體積變形示意圖

3.4 混凝土耐久性能

由大壩混凝土的耐久性能試驗結果(表8)可以看出:大壩混凝土90 d 的抗滲等級為≥W8，滿足設計要求。大壩混凝土的28 d 抗凍等級僅為F25，表明大壩混凝土的抗凍能力較低，90 d 混凝土抗凍等級均為≥F50，滿足設計要求。

3.5 混凝土熱學性能

由大壩混凝土的熱學性能試驗結果(表9)可見:C9010、C9015、C9020三標號混凝土導溫系數、導熱系數、比熱及線膨脹系數大致相當;隨著混凝土等級的增加，混凝土絕熱溫升值也隨之增高。

表8 大壩混凝土耐久性能表

表9 大壩混凝土熱學性能表

4 結語

(1)采用瀑布料場砂巖料加工的人工骨料具有飽和面干、表觀密度小、吸水率和堅固性質量損失大、微粒含量多等特點，在混凝土配合比設計時應加以重視。

(2)鑒于采用瀑布料場砂巖骨料配制的混凝土存在用水量大、膠凝材料多和混凝土干縮、濕脹變形較大等缺陷，同時使用該砂巖人工骨料配制的混凝土具有低彈和高極限拉伸值的特性，因此，工地現場在使用硅酸鹽水泥(當時柬埔寨國內沒有中熱水泥生產廠家)進行混凝土配合比設計的同時，建議采用減水率更高的緩凝高效減水劑;同時，還應加大粉煤灰摻量，以達到抑制骨料堿硅酸反應，減少混凝土膠凝材料用量，降低混凝土水化熱溫升，減少混凝土的收縮變形，提高混凝土的抗裂性能和耐久性能。