掺石粉混凝土在沐若水电站工程中的应用

牟海磊

(1.三峡发展(马来西亚)公司沐若工程建设部;2.中国长江三峡集团公司向家坝工程建设部，四川宜宾644600)

1 概 述

沐若水电站工程地处马来西亚婆罗洲岛的砂捞越州，坝址位于拉让(Rajang)河流域源头沐若河上。工程总体布置由碾压混凝土重力坝、坝后生态电站以及下游12 km处右岸地面式厂房、右岸引水系统等建筑物组成。受地质条件制约，人工骨料采用砂岩骨料。由于料场砂岩微风化，人工砂石粉含量偏高，达到25%左右。已有工程对掺石粉混凝土进行的相关试验研究及应用，对于高石粉含量骨料［1］，可将部分石粉(SP)作为掺合料，以“粉煤灰F+石粉SP”的形式掺入混凝土使用，水胶比表达式为:W/(C+F+SP)。为验证沐若工程混凝土掺石粉掺和料的可行性，以及用经济有效的方法解决人工砂石粉含量偏高问题，沐若工程建设部开展了掺石粉混凝土的性能试验研究，并将掺石粉混凝土应用于现场施工。

2 沐若水电工程人工砂石粉物理品质检测

人工砂较高的石粉含量会对混凝土性能及混凝土拌和物性能产生较不利的影响，主要是由于石粉需水量较大，且易覆裹在骨料表面，形成裹粉。［2］若将部分石粉作为掺合料，以“粉煤灰+石粉”的形式掺入混凝土使用，则首先要确定石粉的品质是否能够满足混凝土掺合料的性能要求。为此，沐若工程试验室开展了砂岩石粉与木胶粉煤灰的物理品质对比试验，以及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥胶砂对比试验，试验结果见表1和表2。

表1 石粉(SP)物理品质检测成果

表2 不同比例“粉煤灰F+石粉SP”水泥胶砂试验成果

由表1试验数据可见，沐若工程所用的砂岩骨料石粉颗粒较粗，细度为75%(0.045 mm)，超出了Ⅲ级粉煤灰(≤45%)的标准;需水比为108%，可以满足Ⅲ级粉煤灰(≤115%)的要求。

以上对比试验结果表明，F+SP(80:20)与F+SP(70:30)时:需水比≤95%，能够满足Ⅰ级粉煤灰的要求;细度为22.1% ～28.7%，接近Ⅱ级粉煤灰的要求;28 d龄期的水泥胶砂的抗压强度比＞70%，抗折强度比＞80%;90d龄期的水泥胶砂的抗压强度比与抗折强度比均＞90%。综合分析以上试验成果，可以认为，以 F+SP(80∶20)与 F+SP(70∶30)比例掺石粉到混凝土中，相当于掺入Ⅱ级粉煤灰。

3 不同石粉掺量对混凝土性能的影响

上文的石粉品质试验及不同比例“粉煤灰+石粉”水泥胶砂对比试验结果，可以推出以合适比例掺加石粉理论上等效于在混凝土内掺入II级粉煤灰，即在混凝土中掺入适量的石粉是可行的。为进一步研究不同掺量石粉对混凝土性能的影响，沐若试验室继续进行了不同石粉掺量对混凝土性能的影响试验，限于篇幅，本文只列出了II级配碾压混凝土(50∶50)，水胶比0.50，石粉掺量0% ～30%的试验结 果，具体见表3。

表3 石粉(SP)不同掺量碾压混凝土试验结果

试验结果表明，随着石粉掺量的增加，混凝土抗压强度会降低，每增加10%掺量的石粉，混凝土强度降低约1.0～2.0 MPa，且降低幅度随掺量增加而增大。因此，石粉掺量应根据需要合理控制。由于沐若工程用于碾压混凝土的人工砂石粉含量在25%～28%左右，与沐若工程技术标准要求的10% ～22%相差约3% ～5%，因此在碾压混凝土中，作为掺合料的石粉质量宜控制为人工砂质量的3% ～5%，约为20 ～30 kg/m3。

4 掺石粉混凝土性能试验

结合上文对不同石粉含量对混凝土性能影响的分析及沐若工程人工砂的生产工艺，掺石粉碾压混凝土配合比见表4，相应的混凝土性能试验结果见表5。

表4 掺SP碾压混凝土配合比

表5 掺SP碾压混凝土性能试验成果

从混凝性能试验结果可以看出，按上述配合比配置的掺石粉混凝土的凝结时间、抗压强度、极限拉伸值、弹性模量以及抗冻、抗渗指标均满足设计要求。

为进一步了解掺石粉后对混凝土热力学性能以及变形性能的影响，按上述配合比制作了试件进行绝热温升与自生体积变形试验，试验结果见图1和图2。

拟定混凝土绝热温升表达式为:

绝热温升试验结果表明，3个标号的掺石粉碾压混凝土均在15 d左右达到最高温度，其中三级配C18015W6碾压混凝土最高温升16℃左右，三级配C18020F50W6碾压混凝土最高温升18℃左右，二级配C18020F50W10碾压混凝土最高温升19℃左右;自生体积变形试验结果表明，3个标号的掺石粉碾压混凝土设计龄期的自生体积变形量值＜35×10-6，其中三级配C18015W6碾压混凝土自生体积变形较小，为30×10-6左右，三级配C18020F50W6碾压混凝土与二级配C18020F50W10碾压混凝土自生体积变形过程及量值基本一致，为35×10 左右。

图1 掺石粉碾压混凝土绝热温升曲线

图2 掺石粉碾压混凝土自生体积变形曲线

5 现场应用

沐若工程主体大坝工程碾压混凝土约144万m3，常态混凝土约14.6万m3。为经济有效解决砂岩骨料石粉含量高问题，结合掺石粉混凝土试验研究结果及推荐的配合比，沐若工程碾压混凝土及常态混凝土浇筑均采用了掺石粉混凝土［3］。截至目前，沐若工程大坝主体已完成混凝土浇筑约145万m3，从现场浇筑情况来看，按推荐配合比生产的掺石粉混凝土工作度良好，能够满足现场施工需要，在良好的质量控制条件下，掺石粉混凝土质量优良，各项指标均满足设计要求。2011年10月9日下午，在大坝09#坝段防渗层取出了一根直径21.9 cm、长度10.35 m的完整碾压混凝土芯样(图3)，取出的芯样表面光滑、骨料分布均匀、结构致密。实践表明，掺石粉混凝土在沐若工程的应用是成功的。

图3 沐若工程大坝9#坝段防渗层碾压混凝土芯样

6 结论

1)试验研究表明，沐若工程的砂岩石粉颗粒较粗，细度为75%(0.045 mm)，需水比为108%，以F+SP(80∶20)与F+SP(70∶30)比例进行掺加时，需水量比、细度以及各龄期水泥胶砂强度比均达到II级粉煤灰及以上的要求，按 F+SP(80∶20)与 F+SP(70∶30)比例掺石粉到混凝土中，相当于掺入Ⅱ级粉煤灰。

2)不同石粉掺量对混凝土强度影响的试验研究表明，混凝土抗压强度随石粉掺量的增大而减小，在石粉掺量在0% ～30%，每增大10%石粉掺量，相应的混凝土强度降低在1.0～2.0 MPa，且降低幅度随着掺量增大而增大。

3)综合考虑沐若工程人工砂石粉含量及沐若工程技术标准要求，沐若工程碾压混凝土石粉掺量宜为人工砂质量的3% ～5%，常态混凝土石粉掺量宜为人工砂质量的2% ～3%，相应的，为合理经济地进行微弱风化砂岩骨料的生产和使用，沐若工程人工砂石粉含量分别按碾压混凝土22% ～27%控制，常态混凝土10%～22%控制。

4)按本文中掺石粉配合比进行的混凝土性能试验、热力学及自生体积变形试验结果表明，按合适比例掺加石粉的混凝土各项性能均可以满足设计指标要求，部分指标甚至稍有提升。

5)现场实际浇筑表明，按当前配合比生产的混凝土工作度良好，取出的混凝土芯样表面光滑、骨料分布均匀，结构致密，混凝土质量优良。实践表明，掺石粉混凝土在沐若工程的应用是成功的。

6)本文只针对砂岩骨料掺石粉混凝土进行了试验研究，对于其它岩性骨料尚需进一步研究。

［1］刘数华，阎培渝.石粉作为碾压混凝土掺合料的利用和研究综述［J］.水利发电，2007，33(1):69-71.

［2］李兴贵.高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究［J］.建筑材料学报，2004(01):66-71.

［3］成胜权，王琛，丁琳.饱和粉煤灰混凝土早期强度与含水率关系的试验研究［J］.黑龙江大学工程学报，2012，03(02):17-21.