锦屏水电站人工砂坚固性损失率超标成因与试验分析

李胜平，李 杰，兰道银，王 黎，邹宏超

（1.长江科学院水利部长江科学院工程质量检测中心，武汉 430010；2.长江勘测规划设计研究院有限责任公司，武汉 430010；3.中国葛洲坝集团股份有限公司，湖北宜昌 443000）

锦屏水电站人工砂坚固性损失率超标成因与试验分析

李胜平1，李 杰2，兰道银1，王 黎1，邹宏超3

（1.长江科学院水利部长江科学院工程质量检测中心，武汉 430010；2.长江勘测规划设计研究院有限责任公司，武汉 430010；3.中国葛洲坝集团股份有限公司，湖北宜昌 443000）

砂料坚固性损失率是评价混凝土耐久性能的一项重要指标。因锦屏一级水电站混凝土大坝用人工砂采用三滩大理岩为母材，受岩性特征影响，各参建单位试验结果差异较大，随之出现争议。自大坝开浇以来，业主、试验中心、监理机构就此问题多次组织各参建单位试验室开展比对试验，通过综合分析和总结，制定出《三滩大理岩人工砂坚固性损失率试验检测作业指导书》，规范了各方检测行为，目前各单位检测结果基本趋近一致，实际效果良好。关 键 词：大理岩；人工砂；坚固性损失率；比对试验；综合分析

1 研究背景

长江水利委员会（后称“长江委”）监理机构在2008年12月至2009年3月期间对锦屏三滩大理岩人工砂坚固性损失率例行检测和混凝土配合比原材料复核试验中［1］，发现坚固性损失率高达30%～51%，平均值为41%。水利部长江科学院工程质量检测中心也曾受委托检测长江委监理试验室自备用三滩砂1组坚固性损失率为40%，均不满足现行规范要求。对此及时向业主反馈了结果，建议参建各方应给予足够关注，但随之引发长达数年争议，检测结果见表1。

表1 三滩大理岩人工砂坚固性损失率检测结果Table 1 Test results of the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand

相对于其他岩性而言，三滩大理岩岩性较为特殊，料源质量和试验过程对坚固性损失率检测结果极为敏感。截至2012年12月，长江委锦屏工程监理部试验室开展例行检测和参加比对试验共计54组，有数据显示：三滩右岸砂石系统因前期料源岩性较差，坚固性损失率检测结果严重超标。2009年检测人工砂坚固性损失率最大值为43%，最小值2%，平均值为17%，合格率为67%。2010年检测人工砂坚固性损失率最大值31%，最小值5%，平均值13%，合格率仅为20%。2011年和2012年检测人工砂坚固性损失率合格率有所改善，最大值为16%，最小值2%，平均值8%，相比往年检测结果呈明显下降趋势，统计结果见图1。

图1 三滩大理岩人工砂坚固性损失率监理检测结果统计图Fig.1 Statistics of the test results of Santan marble manu factured sand’s hardness loss rate

2 三滩大理岩岩性特征

为不影响检测结果对其坚固性损失率指标的真实判断并减少争议，成都勘测设计院对此岩性开展专题研究，结果表明［2］：三滩大理岩人工砂坚固性损失率超标的成因主要是由料场白色中晶大理岩特性所致。原岩试验揭示灰色中细晶大理岩饱和抗压强度为51.5～86.1 MPa，软化系数0.76～0.94；浅灰～灰白色细晶大理岩饱和抗压强度为75.3～76.2 MPa，软化系数0.80；白色中晶大理岩呈条带或透镜体夹层，饱和抗压强度56.6 MPa，软化系数0.89。占总量20%～30%的白色中晶大理岩，以及灰色中细晶大理岩中颗粒较粗的中晶大理岩饱和抗压强度偏低，其值小于60 MPa，锤击易成粉末。

表2 三滩大理岩人工砂坚固性损失率7次比对试验结果汇总表Table 2 Results of seven comparative tests on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand

3 三滩人工砂坚固性损失率比对试验结果

针对监理机构检测三滩大理岩人工砂坚固性损失率较大的问题，应业主要求，在锦屏工地先后组织7次比对试验，参加单位有：锦屏水电工程试验检测中心（“中心”）、长江水利委员会锦屏工程监理部试验室（“监理”）、中水七局锦屏施工局试验室（“七局”）、葛洲坝锦屏一级大坝右岸工程项目部试验室（“葛洲坝”）、中水十四局试验室（“十四局”）、葛洲坝锦屏砂石系统项目部试验室（“葛砂石”）、成都勘测设计院科研所（“成科所”）、葛洲坝锦屏三滩砂石系统项目部试验室（“葛三滩”）。各次比对结果汇总见表2。

4 三滩人工砂坚固性损失率比对试验结果综合分析

4.1 比对试验数据处理

在同组平行比对检测值中，若出现个别值与其他值相差较远，称之为离群值。检验方法是将疑似离群值和其最邻近的一个值之差与检测值极差相比即得Q计算（离群计算值）。根据测定次数n和取置信度为90%查Q表（离群临界值），若Q计算＞Q表，则视为离群值应舍去，反之则应保留。

4.2 比对试验结果综合分析

（1）第1次比对样品经混合均匀后分发各参加比对试验单位，比对结果见表2。“中心”、“葛洲坝”、“七局”、“葛砂石”4家坚固性损失率结果接近，满足规范要求。“监理”和“十四局”坚固性损失率结果较大，备受质疑。但“监理”根据离群值计算结果Q计算＜Q表，认为该坚固性损失率为16%的结果应当保留，不应简单判定数据为异常。

（2）第2次比对试验前，由“中心”组织各单位人员培训。统一购置试验用网篮、标准筛、密度计和无水硫酸钠，经校验符合要求。以此减少不同试验器具、物料不同所产生的系统误差。

料场Ⅰ和Ⅳ区制砂样品各单位坚固性损失率比对结果基本接近。但“监理”料场Ⅲ区坚固性损失率为12%偏大，根据离群值计算结果Q计算＜Q表；该值应当保留。

料场Ⅱ区制砂样品各单位坚固性损失率比对结果除“十四局”为13%偏大外，其余各单位结果基本接近。根据离群值计算结果Q计算＞Q表；该值应舍去。表明存在某种因素导致结果异常。

（3）第3次比对试验由“中心混合均匀后分成1＃和2＃样品供各单位开展比对试验”。根据离群值计算结果Q计算＞Q表，表明“监理”1＃样品坚固性损失率为19%的值应舍去。而2＃样品坚固性损失率为18%的离群值Q计算＜Q表，应保留。为进一步查明1＃样品结果发生离群和2＃样品结果偏大，从试验方法和过程中查找原因并进行了多次复检，见表2、表3。“监理”1＃和2＃样品第1次复检试验采用首次使用过的硫酸钠饱和溶液，坚固性损失率总体趋势有所降低。在“中心”第2次复检2＃样品与“监理”首次结果比较又有所降低，试验方法上仅区别于有无硫酸钠饱和溶液循环装置。“监理”对2＃样品第3，4次复检结果均为9%，表明加装溶液循环装置不对结果产生影响。

（4）第4次比对试验由“监理”单独进行，“中心”跟踪溶液密度变化情况，分析是否存在差异，见表3。从YGS－269和YGS－273两组样品比对结果看：当硫酸钠饱和溶液密度变化范围在1.158～1.165 kg／L时，两者坚固性损失率结果没有影响。当样品编号YGS－275硫酸钠饱和溶液密度变化范围在1.160～1.161 kg／L时，对其结果影响较大。而当样品编号YGS－277两次硫酸钠饱和溶液密度变化范围大小不同时，其结果两者相差将近1倍。

表3 三滩大理岩人工砂坚固性损失率第3次和第4次比对试验综合分析结果Table 3 Com prehensive analysis on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand in the third and fourth com parative tests

表4 三滩大理岩料场与坚固性损失率第5次比对试验结果汇总表Table 4 Statistics of Santan marble yard and the hardness loss rate ofmanufactured sand in the fifth comparative test

（5）第5次比对试验由“葛三滩”对大理岩料场不同分区的岩石，分别开展岩石强度与人工砂坚固性损失率试验，以便有针对性地指导料场开挖和剔除。料场各区与坚固性损失率比对试验和统计结果见表4及图2。结果表明：部分人工砂坚固性损失率超标，存在不稳定现象。由于三滩大理岩岩性较为特殊，坚固性损失率大部分试验结果在8%左右，敏感性较强，不利于人工砂生产质量保持稳定。坚固性损失率超标的部位主要集中在料场Ⅰ，Ⅲ区；Ⅱ，Ⅲ区和Ⅲ，Ⅳ区，因同区不同部位或高程变化，岩性也有所变化，故各区坚固性损失率试验结果存在一定差异。

（6）第6次比对试验由“葛三滩”和“监理”共同见证抽取样品。“葛洲坝”4＃样品坚固性损失率为19%的离群值Q计算＞Q表应舍去；表明存在某种因素导致结果异常。通过对“监理”、“七局”、“葛洲坝”坚固性损失率普遍较大的各粒级损失情况分析，其基本规律是：2.5～5.0 mm级损失最大，其次是1.25～2.5 mm，0.63～1.25 mm；损失最小是0.315～0.63 mm，这符合干法制砂规律。粒级越大的砂子，颗粒中存在的裂隙会越大，反之较小。但“葛三滩”各粒级损失情况无明显规律，其中2.5～5.0 mm级损失最大1次；1.25～2.5 mm级损失最大3次；0.63～1.25 mm和0.315～0.63 mm级损失情况与其他单位基本一致，表明比对样品中各粒级含白色中晶大理岩所占比例有所不同。另外“监理”和“葛洲坝”将各自配制的溶液进行置换比对试验。由表5分析再次证明，溶液密度大小不同是影响试验结果存在差异的主要原因。“葛洲坝”和“葛三滩”还将制备样品筛分次数不同进行了比对，如对成品料堆样品，“葛三滩”1次筛分，坚固性损失率为12%。“葛洲坝”1次为2次筛分，坚固性损失率均为15%；表明制备样品筛分次数不同对结果没有影响。对生产胶带机样品，“葛洲坝”1次筛分，坚固性损失率为11%。“葛三滩”2次筛分，坚固性损失率为13%，表明筛分次数不同对其结果影响不大。

（7）第7次比对试验是“监理”在分析总结前6次比对结果，依据DL／T5151《水工混凝土砂石骨料试验规程》（后称“试验规程”）有关砂料坚固性损失率试验方法基础上，经广泛征求参建各方意见和建议，编写《三滩大理岩人工砂坚固性损失率试验检测作业指导书》（后称“作业指导书”）后首次开展的比对试验，3组坚固性损失率比对结果平均值均为7%，按Q检验方法计算，全部满足Q计算＜Q表，无离群值发生。表明人工砂坚固性损失率质量达标，试验过程规范，明显减小以往比对试验结果存在的较大差异。

图2 三滩大理岩料场与坚固性损失率比对试验结果统计图Fig.2 Statistics of Santan marble yard and the hardness loss rate ofmanufactured sand

表5 三滩大理岩人工砂坚固性损失率第6次比对试验综合分析结果Table 5 Comprehensive analysis on the hardness loss rate of Santan marblemanufactured sand in the sixth comparative test

5 三滩人工砂坚固性损失率检测质量控制措施

按“作业指导书”规定，试验检测过程可归纳5个方面应加以严格控制，即硫酸钠饱和溶液密度应在1.151～1.160 kg／L范围内；溶液温度宜21℃± 1℃；样品制备时每次筛分量应≤200 g；人工筛分频率为2次／s，筛分手法应以左右旋转加上下摇晃和拍打筛框1 min；各粒级最少筛分累计时间不少于4～10 min，直至每分钟通过量不超过砂样总量的0.1%时为止。相应控制标准比“试验规程”更加明确和细化。通过实践证明效果良好。虽然三滩大理岩局部夹杂的白色中晶大理岩无法从根本上剔除，人工砂坚固性损失率检测结果也时有超标现象发生，但从2012年底起，通过此举措，坚固性损失率超标频次、幅度明显降低，检测结果合格率大幅提升。

6 结 论

自锦屏一级大坝开浇以来，三滩大理岩人工砂坚固性损失率超标争论问题，经各参建单位多次比对试验与分析并采取以下应对措施后终于尘埃落定，实践证明行之有效。

（1）统一购置经过校验后的坚固性损失率试验采用网篮、标准筛、密度计等器具，以减少试验系统误差。

（2）编制“作业指导书”，相应试验检测环节和控制标准比“试验规程”更加明确和细化。

（3）组织试验检测人员参加相关业务培训，按“作业指导书”所规定的操作方法和具体要求进行试验检测，以此降低操作人员主观人为因素而导致结果产生偏差的可能性。

（4）为避免对坚固性损失率试验检测结果发生误判，减少争议，按设计要求，当承包商发现三滩大理岩人工砂坚固性损失率超标时应增加检测频次，以便有针对性地指导料场开挖与剔除，只有从制砂源头上加强质量控制，才能确保人工砂坚固性合格率达标。

［1］ 李胜平，王 黎.锦屏一级水电站三滩人工砂坚固性损失率比对试验成果分析报告［R］.武汉：长江科学院，2012.（LISheng ping，WANG Li.Report on the A nalysis of Comparative Test Results on the Hardness Loss Rate of Santan Marble Manufactured Sand at Jinping I Hydropower Station［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2012.（in Chinese））

［2］ 鲁少林，刘华兵.四川省雅砻江锦屏一级水电站拱坝混凝土质量分析报告［R］.四川：凉山州锦屏水电工程试验检测中心，2012.（LU Shao lin，LIU Hua bing.Concrete Quality Analysis for the Arch Dam of Jinping I Hydropower Station on Yalong River in Sichuan Province［R］.Lianshan Autonomous Region of Sichuan Province：Test Center for Jinping Hydropower Project，2012.（in Chinese） ）

（编辑：陈 敏）

Comparative Tests and Analysis on the Standard exceeding Hardness Loss Rate of M anufactured Sand for Jinping Hydropower Station

LISheng ping1，LIJie2，LAN Dao yin1，WANG Li1，ZOU Hong chao3
（1.Engineering Quality Inspection Center of Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China；3.China Gezhouba Group Co.，Ltd.，Yichang 443000，China）

The loss rate of hardness of sand material is an important index of evaluating concrete durability.The manufactured sand for the dam concrete of Jinping Ihydropower station ismade from Santan marble which caused disputes over the hardness test results among construction participants.The proprietor，test center，and supervision institutions have organizedmany comparative tests on this issue since the concrete pouring.By comprehensive anal ysis and summary，the Guidebook of Hardness Test Inspection for Santan Marble Manufactured Sand is formulated.By complying with the criteria，the hardness inspection results are consistent.This research has achieved practical effect.

marble；manufactured sand；hardness loss rate；comparative test；comprehensive analysis

TV4

A

1001－5485（2013）12－0126－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2013.12.024 2013，30（12）：126－130

2013－05－11；

2013－06－10

李胜平（1958－），男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事水电工程质量检测，（电话）15884019291（电子信箱）136241902＠qq.com。