强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能影响

叶文锋

摘要：某水电站大坝由于料区植被覆盖层被剥离，无泥土层，导致料区岩体出现宽度在35.Om左右的强风化岩层，且夹层内岩石完全被粉末化，导致该水电站大坝碾压混凝土中夹杂了一定量的强风化岩粉。为确定强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能的影响，文章采用试验探究的方法，结合某水电站大坝碾压混凝土施工设计情况，探究了强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能影响，以期为水电站大坝碾压混凝土施工中强风化岩粉的有效控制提供依据。

关键词：强风化岩粉;水电站;大坝;混凝土砂浆

中图分类号：TQ177.6+7 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）12-0089-04

强风化岩粉属于“松次坚石”，颗粒粒径在0.05～0.005mm范围内，是质量大于岩石总质量50%的一种碎屑岩。由于强风化岩粉内具有含量较大的强吸附性细颗粒，若水电站大坝混凝土砂浆内含有一定量强风化岩粉，不仅会影响水电站大坝混凝土水泥浆、骨料间粘接性，而且会促使混凝土砂浆中水、外加剂用量增加，对硬化混凝土力学性能、拌合物性能造成一定影响。因此，探究水电站大坝碾压混凝土施工中强风化岩粉对砂浆性能影响情况具有非常重要的意义。

1 工程概况

某水电站大坝为一梯级電站，以发电为主，兼有水土保持、旅游、水产养殖、库区航运等多方面功能。由于该水电站主要为河床式电站，总长为350m，坝顶高程为370.Om，最大坝高为58.6m，电站共分为14个坝段，总装机容量为3×55MW。混凝土拦河坝主要包括中导墙坝段、左岸非溢流坝段、厂房坝段、右岸非溢流坝段、表孔溢流坝段几个模块。原设计混凝土总量为6.79×10 5m3，其中碾压混凝土总量为3.02×10 5m3。因设计优化、整体建基面抬高等因素，实际施工混凝土为5.98×10 5m3，碾压混凝土总量为1.54×10 5m3。

2 强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能影响试验准备

本次关于水电站大坝碾压混凝土施工中强风化岩粉对混凝土砂浆性能影响试验开始前需要准备与施工设计资料相符的原材料[1]。主要为骨料场加工产出的人工砂（细度模数为2.86）、亚泰鼎鹿牌普通硅酸盐水泥（P.042.5）、先后经过5.Omm套筛及0.08mm套筛并烘干密封的人工砂（粒径为0.08～5.Omm）、黄褐色岩粉（料场随机选取三条强风化岩石夹层并过0.08mm号套筛）、洁净花岗岩粉（过0.08mm套筛并烘干）[2]。

3 强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能影响试验过程

3.1制备人工砂样品

一般来说，水电站大坝碾压混凝土施工所用人工砂中不同级别颗粒矿物成分、母岩一致，花岗岩所制作的人工砂MB值（亚甲蓝值）较标准要求小，若在花岗岩中混入粒径在0.08mm以下的泥质颗粒或者其他比表面积较大的颗粒，则会导致人工砂吸附性能持续提升[3]。基于此，本次试验首先利用水洗法，对人工砂中<0.08mm颗粒含量进行检测，得出该水电站大坝碾压混凝土施工中人工砂含量为12.05%。基于这一结果，对人工砂中<0.08mm颗粒中强风化岩粉比例进行适当调整，得出了不同强风化岩粉含量人工砂样品，如表1所示。随后依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2014的相关要求，对所获得的不同强风化岩粉含量人工砂样品进行亚甲蓝MB值试验，以确定强风化岩粉对该水电站大坝碾压混凝土施工中对人工砂吸附性的影响。

3.2制备混凝土砂浆样品

依据表1数据，将前期制备人工砂样品取出。结合该水电站大坝碾压混凝土施工中混凝土砂浆配置方案，如表2所示，进行混凝土水泥砂浆制作。

依据表2数据，在该水电站大坝碾压混凝土施工中混凝土砂浆配置完毕后，可以依据《水泥胶砂浆流动度测定方法》，对该水电站大坝碾压混凝土施工中混凝土砂浆拌合物流动度进行测试。在获得混凝土砂浆拌合物流动度测试结果后，可以将该水电站大坝碾压混凝土施工所用混凝土砂浆制备成40.Omm×40.Omm×160.Omm的试验件。在将其养护到一定龄期后，依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2014的相关要求，进行水泥砂浆小试验件28d抗冻试验及无引气剂抗冻试验[4]。同时依据《水泥胶砂强度试验方法（IOS法）》GB/T 17671/1999的相关要求，开展3d、7d、28d混凝土砂浆强度试验。根据试验要求，进一步探究强风化岩粉对该水电站大坝碾压混凝土施工中砂浆耐久性、力学性能影响。

4 强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆性能影响试验结果

4.1强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆亚甲蓝MB值影响试验结果

在制得水电站大坝碾压混凝土施工所用人工砂之后，依据相关规定，称取人工砂样品，将人工砂样品缩分至2009左右，放置在烘箱中于100.0℃～110.0℃环境下烘干至恒定重量并冷却至室温，将大于2.36mm颗粒筛除[5]。利用电子天平精确称样100.0g（精确至0.1g），将人工砂试验样倒入盛有（250±5）mL蒸馏水的烧杯内，利用600±60r/min叶轮搅拌机，匀速搅拌300s。在溶液形成悬浮液后，向悬浮液内加入2.50mL亚甲蓝溶液，调整叶轮搅拌机转速为400±40r/min至试验结束。利用玻璃棒蘸取一滴悬浮液（沉淀物直径在8～12.0mm内），快速滴在滤纸上。若沉淀物周边没有出现色晕，则可以再次加入2.50mL亚甲蓝溶液继续以400±40r/min速度搅拌60s，直至滤纸沉淀物周边出现浅蓝色色晕为止[6]。随后每间隔60s进行一次沾染试验，直至1.00mm浅颜色色晕可以持续300s，记录所加入亚甲蓝溶液体积。最终亚甲蓝值为所加入亚甲蓝溶液量/人工砂试验样总量×10。所得试验结果为人工砂试验样中强风化岩粉含量与亚甲蓝值成正比，两者存在较为良好的线性联系。由此可得出，强风化岩粉是成品人工砂吸附性来源，也是导致该水电站大坝混凝土砂浆吸附性增强、亚甲蓝值增加的直接因素。

4.2强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆流动性影响试验结果

首先，利用目测的方式，对该水电站大坝混凝土砂浆拌合及试验样成型过程中砂浆拌合物流动性进行观测，得出随着该水电站大坝混凝土砂浆中强风化岩粉含量的增加，各试验样拌合流动性逐步变差。且在该水电站大坝混凝土砂浆中强风化岩粉含量超出7.65%时，混凝土砂浆流动性明显低于强风化岩粉含量为0%的砂浆流动性[7]。

4.3强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆抗冻性影响试验结果

依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2014的相关要求，进行二百次冻融循环，得出在试验期间若试验件质量损失率达到5.0%或以上，或者相对动弹模量下降至初始值58%时可初步认定该组试验件已经被破坏[8]。基于此，依据前期设计配合比，利用当地普通硅酸盐水泥及细度一定粉煤灰、粗集料、细集料及减水剂，在水泥砂浆搅拌完毕后制作成40.0mm×40.0mm×160.0mm抗冻件，经标准养护28d后，利用DR-2型全自动快速冻融机、DT-10W动弹仪，进行200次冻融循环，每间隔25次冻融循环后，进行一次动弹模量测量。通过对水泥砂浆小试验件28d抗冻试验及无引气剂抗冻试验结果进行分析，可得出，在为掺加引气剂的情况下，仅水电站大坝混凝土砂浆所用人工砂中强风化岩粉含量为0、2.47%、5.31%时，经过200次冻融循环后人工砂浆试验件没有被破坏，其余试验件则随着强风化岩粉含量增加而出现质量损失率增加、相对动弹模量降低的情况。经过180次冻融循环后，04号试验件被破坏;经过120次冻融循环后，05号试验件被破坏;经过115次冻融循环后，06号人工砂试验件被破坏。同时在人工砂中强风化岩粉含量超出5.31%时，人工砂试验件质量损失加速度也在逐步增加，表明在200次冻融循环过程中，含有少量强风化岩粉（<5.31%）的人工砂制作的混凝土砂浆，在无引气剂掺加的情况下可以基本满足该水电站大坝碾压混凝土施工对混凝土砂浆抗冻性要求。由此可知，含有少量强风化岩粉（<5.31%）的混凝土微观结构较密实，毛细孔含量不多，大量孔隙通过凝胶孔的形式存在于40.0mm ×40.0mm×160.0mm抗冻件中，毛细孔内参与冻融破坏的自由水量也不多。而随着强风化岩粉含量的增加，其内部自由水无法被水泥水化消耗完全，也无法实现自我干燥，在硬化后外部水分也可以进入40.0mm×40.0mm×160.0mm抗冻件内部，导致内部无法在短时间内实现干燥。进而出现参与冻融破坏水分过多导致的冻融过程不足，对40.0mmx40.0mmx 160.0mm抗冻件内部结构造成损坏[9]。

通过对掺加引气剂的40.0mm×40.0mm×160.0mm抗冻件进行测试，可得出：对于含有少量强风化岩粉（<5.31%）的人工砂制作的混凝土砂浆而言，引气剂掺入后可以有效改善其抗冻性能，与高强混凝土相接近;而对于强风化岩粉含量超出5.31%的人工砂制作的混凝土砂浆而言，引气剂掺入后对其抗冻性能没有较大影响。

4.4强风化岩粉对水电站大坝混凝土砂浆强度影响试验结果

依据《水泥胶砂强度试验方法（lOS法）》GB/T 17671-1999的相关要求，得出3d、7d、28d混凝土砂浆强度试验结果如表3所示。

由表3可知，随着该水电站大坝混凝土砂浆中强风化岩粉含量增加，各试验件在同龄期弯曲强度、压缩强度均有所降低，但是降低幅度不大。其中各人工砂试验件3d压缩强度变化较均匀，7d压缩强度变化也不大[10]。但是在该水电站大坝碾压混凝土施工所用混凝土砂浆中强风化岩粉含量超出7.65%时，混凝土砂浆28d压缩强度出现了突然下降趋势且整体压缩强度下降幅度也增加。

5 结语

综上所述，在无引气剂掺加的情况下，强风化岩粉含量在5.31%以下的人工砂制备的混凝土水泥砂浆，可以基本满足该水电站大坝碾压混凝土施工对混凝土砂浆抗冻性、压缩强度、流动性要求。因此，相关人员应加强对人工砂中强风化岩粉含量检测，保证混凝土砂浆质量。

参考文献

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