內摻石粉在沐若水電站RCC中的試驗研究及應用

付建平 陳 歆 付 斌

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

前言

我國的碾壓配合比設計技術路線是：采用高摻摻合料、高石粉含量、摻緩凝減水劑、低VC 值，改善了碾壓混凝土拌和性能，使碾壓混凝土的可碾性、液化泛漿、層間結合、密實性、抗滲性等整體性方面極大提高。

摻合料大致可分活性和惰性兩類，粉煤灰、磷礦渣、錳鐵礦渣摻入后在水泥水化過程中積極參與反應，可以改善水泥的性能，屬于活性類摻合料；石灰石粉、凝灰巖粉等加入水泥只起沖淡與填料的作用，不與水泥水化的成分作用，屬于惰性類摻合料類。在碾壓混凝土摻合料性能研究與應用方面，石粉（d≤0.16 mm 的顆粒）作為摻合料在碾壓混凝土的作用越來越受到人們重視，石粉中特別是小于0.08 mm 的微石粉已成為碾壓混凝土不可缺少的組成部分。

沐若大壩碾壓混凝土使用的砂巖人工骨料，砂巖骨料呈微弱風化，人工砂采用干法生產，石粉含量達22%～27%，細度模數為（2.2～2.6），人工砂石粉含量超出技術標準。

微弱風化砂巖骨料在大體積RCC 的應用，沐若工程屬首例。工程進行RCC 配合比設計時，開展砂巖人工砂石粉含量對碾壓混凝土性能影響研究與試驗，對石粉在混凝土的作用重新認識，并通過認真的施工工藝論證，內摻石粉RCC 配合比成功應用。

1 工程概述

1.1 工程簡介

沐若水電站地處馬來西業婆羅洲島的沙撈越州，流域屬熱帶季風氣候，工地年平均氣溫26.5℃，降雨呈微弱季節性，混凝土必須在高溫、多雨季節施工，大壩混凝土的施工質量和施工進度控制難度大。

大壩設計為碾壓混凝土重力壩，壩高146 m，碾壓混凝土152 萬m3。工程采用EPC 合同方式，設計、施工執行中國規范與標準。

1.2 混凝土技術要求

沐若大壩RCC 設計技術指標見表1。

2 RCC 配合比基本參數試驗

2.1 原材料

水泥：普通波特蘭水泥（OPC）,相當于GB 175-2007 標準P.Ⅰ42.5 水泥。

粉煤灰：Mukah 粉煤灰，需水量比≤95%，粉煤灰品質符合Ⅰ級灰標準。

表1 沐若大壩RCC 設計技術指標

骨料：砂巖骨料，主要成分為長石石英砂巖，檢測為非堿活性骨料。

人工砂細度2.21，石粉含量23.6%，d≤0.08 mm的顆粒含量10.2%；粗骨料為人工碎石。

外加劑：TG-2 緩凝高效減水劑、TG-1A 型引氣劑。

2.2 配合比基本參數

初選的RCC 配合比基本參數見表2。

表2 初選RCC 配合比基本參數

初選的RCC 配合比經校核試驗，混凝土力學性能、變形性能及耐久性符合設計技術要求；RCC 工作性能較好，可以滿足工程的大體積混凝土連續施工的要求。

3 內摻石粉RCC 配合比試驗

大量工程實踐及試驗證明，人工砂的石粉含量直接影響到碾壓混凝土的工作性和施工質量。由于碾壓混凝土中膠凝材料和水的用量較少，當人工砂中含有適量的石粉含量，特別是提高到18%左右，可有效地改善砂漿及混凝土的和易性、保水性，提高混凝土均質性、密實性、抗滲性、力學指標及斷裂韌性。同時，石粉可用作摻合料，代替部分粉煤灰。適當提高石粉含量，可提高砂的產量，降低成本與粉塵污染，增加技術經濟效益。

不同巖性的人工砂的最佳石粉存在差異，《水工碾壓混凝土施工規范》規定“人工砂的石粉（d≤0.16 mm 的顆粒）含量宜控制在12%～22%，其中d≤0.08 mm 的顆粒含量不宜小于5%。最佳石粉含量應通過試驗確定。”

微弱風化砂巖骨料在大體積碾壓混凝土的應用，沐若工程屬首例。因此有必要開展砂巖人工砂石粉混凝土性能的研究，對于砂巖人工砂石粉含量在混凝土的作用進行重新認識；同時砂巖人工骨料的碾壓混凝土施工應用，必須通過施工工藝試驗論證。

3.1 砂巖石粉品質

石粉的品質檢驗參照粉煤灰檢驗標準進行，石粉品質檢驗結果見表3。

砂巖石粉顆粒較粗，細度（0.045 mm 篩余）75%，超出Ⅲ級粉煤灰標準；需水比為108%，滿足Ⅲ級粉煤灰的要求。

3.2 石粉摻量比例對水泥膠砂的強度影響

按照水泥膠砂強度檢驗方法，“F+SP”摻量為30%，試驗結果見表4。

“F+SP”的SP≤30 時，需水比≤95%，滿足Ⅰ級灰要求；細度接近Ⅱ級灰要求。

可以認為摻入“F+SP”到混凝土中，控制SP≤30%，等效于摻入Ⅱ級灰。

3.3 石粉含量對RCC 性能的影響

不同石粉含量RCC 性能試驗成果見表5。

石粉含量在16%～27%范圍，碾壓混凝土抗壓強度相近。石粉含量增加，混凝土工作性改善，用水量略有增加，極限拉伸值與軸拉強度少量降低。

3.4 石粉不同摻量碾壓混凝土試驗

骨料級配50∶50，水膠比0.50，石粉不同摻量碾壓混凝土試驗結果見表6。

表3 石粉（SP）物理品質檢測成果

表4 “粉煤灰F+石粉SP”水泥膠砂試檢成果 %

表5 不同石粉含量RCC 性能試驗成果

表6 石粉不同摻量RCC 試驗結果

3.5 內摻石粉碾壓混凝土水膠比與強度關系

骨料級配50∶50（序號12 骨料級配30∶40∶30），內摻石粉RCC 的水膠比與強度關系試驗成果見表7。

3.6 內摻石粉RCC 性能試驗

3.6.1 內摻石粉RCC 配合比設計

試驗研究成果初步表明，在碾壓混凝土中作為摻合料代替粉煤灰的石粉質量可在（20～30）kg/m3，約為砂質量的3%～5%。當石粉摻合料考慮以內含在人工砂的方式摻用，人工砂中的石粉含量為25%～27%。

根據室內混凝土配合比基本參數試驗成果，以初選RCC 配合比為基礎，經試拌調整，設計的內摻石粉RCC 配合比見表8。

表7 摻石粉RCC 水膠比與強度關系試驗成果

表8 內摻石粉RCC 試驗配合比

3.6.2 內摻石粉RCC 物理性能

內摻石粉碾壓混凝土性能試驗結果見表9。

試驗研究表明,內摻石粉RCC 工作性能較好，抗壓強度與其他性能滿足設計技術指標要求。

表9 摻石粉RCC 物理性能試驗結果

3.6.3 內摻石粉RCC 熱學性能與自生體積變形

內摻石粉RCC 絕熱溫升試驗成果與自生體積變形試驗成果符合RCC 的一般規律。

達180 d 設計齡期時，RCC 自生體積變形值為31.29×10-6～34.42×10-6。

4 內摻石粉RCC 施工工藝試驗

為了驗證大壩碾壓混凝土施工工藝參數、層面處理技術措施、變態混凝土施工工藝、驗證RCC 配合比的可碾性及其技術性能；現場進行了RCC 施工工藝試驗，工藝試驗結果表明：內摻石粉RCC 的親和性、可碾性較好，機口與現場取樣檢測的RCC 各項性能指標均能滿足設計要求。RCC 本體與變態混凝土的芯樣表面光滑，骨料膠體結構密實，骨料分布基本均勻。采用正常的層間處理方式施工，RCC 摩擦系數f′值為（1.18～1.69），粘聚力c′為（1.24 MPa～1.55）MPa，滿足設計指標要求。

5 內摻石粉RCC 的施工應用

沐若工程RCC 施工自2011年1月開始，2013年5月完成,碾壓混凝土填筑152 萬m3。施工過程中，混凝土的質量檢驗與控制工作按規定要求嚴格執行。

5.1 倉面相對密實度

沐若RCC 大壩外部混凝土相對密實度最小值98.3%，平均值99.3%，合格率100%；內部混凝土相對密實度最小值97.7%，平均值99.2，合格率100%。

5.2 硬化碾壓混凝土性能

達到設計齡期時，C18015 抗壓強度平均值23.7 MPa，合格率100%；C18020 抗壓強度平均值28.2 MPa，合格率100%。

在90 d 齡期時，C18015 極限拉伸值為0.87×10-4，抗滲等級為W8；C18020 極限拉伸值為0.94×10-4，抗滲等級為W10。達180 d 齡期時，C18020 極限拉伸值平均1.12×10-4；抗滲等級為W10。

5.3 鉆孔壓水試驗與芯樣檢測

施工過程中，在大壩9#、3#壩段進行取芯鉆孔檢查，獲取14.9 m，18.2 m、21.0 m 芯樣各1 根。巖芯表面光滑、結構致密、骨料分布均勻、層縫面無界限。

對現場的芯樣孔進行分段次的壓水試驗，單位吸水率非常小，各孔段平均吸水率為（0.03～0.10）Lu，碾壓混凝土層間結合性能優良，抗滲性能好。

芯樣檢測成果證明，大壩碾壓混凝土的密實度滿足要求，均勻性較好，各項指標滿足設計和規范要求。

6 技術、經濟效果及社會效應

經過試驗研究論證，對沐若工程砂巖人工砂質量標準進行調整：大壩RCC 的人工砂細度模數為（2.2～3.0）范圍，石粉含量控制在22%～27%。大壩骨料加工系統不需進行較大的工藝改造，為工程施工贏得了時間，實現了大壩混凝土開澆的節點目標。

內摻石粉RCC 配合比應用，減少粉煤灰3 萬t，節約造價約合人民幣1 800 萬元；緩解了施工高峰時期的運輸壓力，有力地推動了工程施工進展。

綠色高性能混凝土（GHPC）代表混凝土發展方向，它具有三個含義：節約資源、能源；不破壞環境，更有利環境；可持續發展，既滿足當代人的需求，又不危及后代人滿足需要的能力。

內摻石粉碾壓混凝土配合比在沐若水電站的應用，完全符合綠色高性能混凝土的要求，是GHPC 充分利用當地材料，綠色環保、經濟節約的典型實例。