砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝密实度影响因素探讨

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

使用表观密度表征砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝体密实度，表观密度是胶凝材料坝体施工质量控制的重要指标，它不仅反映强度、耐久性要求，也是砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝体，尤其是重力坝自身稳定的要求。占胶凝体60%以上粗骨料中砂岩原岩的强度、密度，加工后的粒径、粒形、级配，以及配合比、施工工艺等都对砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝体表观密度有影响。根据金鸡沟水库砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝筑坝技术课题研究开展的“砂岩+卵石混合骨料混合比试验”和“胶凝材料坝变形及抗滑稳定特性研究”中浇筑的试验坝体质量检测成果，揭示砂岩粗骨料表观密度、砂岩粗骨料粒形和砂岩+卵石混合骨料胶凝材料试验坝体施工质量为影响胶凝材料坝表观密度的主要因素，即是砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝密实度主要影响因素。

1 砂岩粗骨料表观密度影响

金鸡沟水库胶凝砂砾石碾压坝体采用砂岩+卵石混合骨料，开展了砂岩+卵石混合骨料筑坝技术课题研究，进行了“砂岩+卵石骨料不同混合比试验”及“试验坝体变形特性和抗滑稳定试验研究”等。中国水利科学研究院通过试验研究，砂岩+卵石骨料不同混合比试验推荐胶材用量水泥为60kg/m3、粉煤灰60kg/m3，加水量80kg/m3，砂岩+卵石骨料配选如下：

(1)砂岩+卵石骨料5∶5混合比的C1808配比。砂岩骨料占50%，各粒级分别为：特大石18.1%，大石18.1%，中石7.7%，小石3.4%，砂2.7%(为一次破碎骨料级配结果)；卵石骨料占50%，其中卵石破碎砂占22.3%，中石占16.6%，小石11.1%。

(2)砂岩+卵石骨料6∶4混合比的C1808配比。砂岩骨料占60%，各粒级分别为：特大石21.7%，大石21.7%，中石9.2%，小石4.1%，砂3.3%(为一次破碎骨料级配结果)；卵石骨料占40%，其中卵石破碎砂占21.70%，中石占11.0%，小石7.3%。

(3)砂岩+卵石骨料7∶3混合比的C1808配比。砂岩骨料占70%，各粒级分别为：特大石25.3%，大石25.3%，中石10.6%，小石4.1%，砂4.7%(为一次破碎骨料级配结果)；卵石骨料占30%，其中卵石破碎砂占20.3%，中石占5.8%，小石3.9%。

砂岩+卵石骨料不同混合比试验使用的原材料均进行了品质检测，均满足相关要求，其表观密度检测结果见表1。

表1 原材料表观密度检测结果

砂岩+卵石骨料砂、石的综合表观密度根据使用占比按下式分别计算。

根据水泥、粉煤灰、加水量及假设混凝土含气量为5%，砂率25%，及以上计算的砂、石综合表观密度，按绝对体法计算1m3混凝土砂石用量及胶凝材料坝体表观密度，计算公式如下，计算成果见表2。

表2 砂岩+卵石骨料混合比试验材料用量及胶凝材料坝体表观密度计算

ms=Vs、Svρs

mg=Vs、(1-Sv)ρg

从上面的理论计算可知，砂岩骨料每增加10%，砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝体表观密度减小0.5%，当砂岩骨料达到70%时，胶凝砂砾石表观密度小于2220kg/m3，对混合骨料胶凝材料重力坝稳定非常不利。砂岩表观密度低，影响着砂岩+卵石混合骨料胶凝材料坝体表观密度，砂岩用作骨料使用量越多，胶凝材料坝体表观密度越小，砂岩+卵石骨料混合比与胶凝材料坝体表观密度关系详见图1。

图1 砂岩+卵石骨料混合比与胶凝材料坝体表观密度关系

2 砂岩粗骨料粒形影响

为研究砂岩骨料粒形对胶凝砂砾石表观密度的影响，按砂岩加工一次破碎骨料和人工分选的等粒状砂岩骨料两类砂岩骨料分别进行试验。砂岩+卵石骨料试验坝体按推荐的三种混合比配成六组混合骨料进行最大振实密度试验，试验结果见表3。

表3 砂岩+卵石混合骨料最大振实密度试验

由表3可以看出，一次破碎的砂岩+卵石骨料试验坝体按推荐的三种混合比配成的混合骨料最大振实密度为2050kg/m3，等粒状的砂岩+卵石骨料试验坝体按推荐的三种混合比配成的混合骨料最大振实密度为2160kg/m3，两者相比表明，砂岩骨料粒形对胶凝砂砾石表观密度的影响约有5%。

3 砂岩+卵石混合骨料胶凝砂砾石试验坝体的表观密度

砂岩+卵石骨料5∶5、6∶4、7∶3混合比胶凝砂砾石浇筑试验坝体，采用试坑灌水法检测试验坝体的表观密度，其检测成果见表4。

表4 试验坝体表观密度检测成果

图2 不同试验坝体平均(干)表观密度

由表4试验检测成果与表2理论计算结果对比可知，胶凝砂砾石浇筑试验坝体表观密度比理论计算要小，主要是受料形及施工浇筑碾压质量等控制，砂岩+卵石骨料6∶4浇筑试验坝体表观密度为2100kg/m3左右，砂岩骨料再增加，坝体表观密度还要减小，并且不均性还会增加。不同混合比胶凝砂砾石浇筑试验坝体现场直剪试验加工推力墩照片见图3、图4、图5，能直观反映胶凝砂砾石浇筑试验坝体密实性。

密实 较密实 欠密实

密实 较密实 欠密实

密实 较密实 欠密实

4 结语

(1)通过理论计算，砂岩+卵石骨料混合比胶凝砂砾石表观密度，砂岩骨料每增加10%，胶凝砂砾石表观密度减小0.5%。当砂岩骨料达到70%时，胶凝砂砾石表观密度小于2220kg/m3，对胶凝砂砾石重力坝稳定非常不利。理论计算说明砂岩表观密度低，要影响用作骨料的使用量。

(2)一次破碎的砂岩+卵石骨料试验坝体按推荐的三种混合比配混合骨料最大振实密度为2050kg/m3，等粒状的砂岩+卵石骨料试验坝体按推荐的三种混合比配混合骨料最大振实密度为2160kg/m3，两者相比表明，砂岩骨料粒形对胶凝砂砾石表观密度的影响约有5%。

(3)胶凝砂砾石浇筑试验坝体表观密度比理论计算要小，主要是受料形及施工浇筑碾压质量等控制，砂岩+卵石骨料6∶4浇筑试验坝体表观密度为2100kg/m3左右，砂岩骨料再增加，坝体表观密度还要减小，并且不均性还会增加。

(4)砂岩骨料的表观密度、粒形和施工质量等都影响着砂岩+卵石骨料混合比胶凝砂砾石坝表观密度。理论计算、粒形试验和试验坝体检测成果均表明，砂岩骨料掺入不宜超过60%。