北榆苑二库工程石料场原岩质量评价

2021-04-22宋效兰

山西水利 2021年12期

关键词：石料吸水率冻融

宋效兰

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西太原 030024）

1 概况

北榆苑二库为山西省中部引黄工程汾阳市域供水配套的调蓄水库，位于山西省吕梁市汾阳市三泉镇张新堡村南100m处。枢纽建筑物主要由大坝、进水口、放空洞三部分组成，以城市生活和工业供水为主，兼顾农业灌溉。

石料场位于汾阳市峪道河镇金庄村北2.0km处的水泉沟内，开采层为奥陶系中统下马家沟组灰岩，该石料场为汾阳市水泥有限公司原岩采集地，广泛供应于汾阳市境内工业民用建筑材料，储量丰富，能够满足北榆苑二库块石料及混凝土粗骨料要求。

2 石料分析测定

2.1 采样

本次勘察取3组代表性岩样做室内试验，3组岩样均为灰岩，实验对岩样的物理力学指标进行测试，测试项目和方法如下：

（1）颗粒密度，块体密度：采用水中称量法进行，同样的试件可以连续测定样品的多个物理性质。

（2）吸水率：48h自由吸水。

（3）饱和吸水率：采用真空抽气饱和后进行测试。

（4）冻融损失率，抗冻系数：采用25次冻融法测定。

（5）硫酸盐及硫化物：采用沉淀法测定。

（6）抗压强度：万能材料试验机对加工好的试件进行加压，直至破坏。

2.2 实验规范事项

（1）采用水中称量法进行检测的样品，可以使用规则样品，也可以使用不规则样品，使用不规则试件测定颗粒密度，块体密度，不允许使用边角废料，对于具有遇水已崩解、溶解和干缩湿胀性能的岩石，不使用水中称量法。

（2）求得粘土质岩石的某些水理性指标，可以采用先浸水饱和后烘干的方法，对于具有颗粒脱落现象的岩石，水中的干燥残留物应作为试件的烘干质量参与计算。

（3）冻融试验中的循环次数，根据工程需要确定冻融循环次数，一般以20次为宜，严寒地区不少于25次；冻融试验前，岩石试件应浸水到试件不再增加吸水量充分饱和后，才可进行冻融试验，否则会出现冻融后的岩石试件质量大于冻融前质量的反常现象。

（4）抗压强度：试件大小形状对抗压强度的影响十分重要。试件的最小尺寸应大于岩石最大矿物颗粒的10倍，岩石试件的高径比为2∶1；当试件放入试验压力机上时，压力机上下承压板的尺寸会对试件造成端部约束，因此承压板的选择要接近于试件直径；试验过程中的加载速率，不能太快，否则加载速度快，超过裂隙的发展速度，对岩石试件产生冲击荷载作用，使岩石强度值增高，因此加载速度要维持在0.5～1.0MPa/s。

（5）硫酸盐及硫化物：在磨粉取样时，要保证一定的量，确保代表性，检测过程中煮沸时用小火，避免飞溅，最后一次过滤，要选择慢速滤纸，冲洗干净。

2.3 试验成果

根据《岩石试验规程》（SL264-2001），对加工好的试件进行逐项检测，试验检测成果见表1。

表1 块石料场灰岩物理力学试验成果表

3 影响石料质量的因素

3.1 抗风化性

岩石抗风化能力的强弱与其矿物组成、结构和构造状态有关。岩石的结构分粗粒、细粒、均粒及斑状等类型。在温湿度变化下，能逐渐松散崩解，一般粗粒的或斑状的不如细粒的耐久。不同的矿物成分，抵抗风化的能力也不同，如岩石中含有较多的黑云母、黄铁矿（Fe2S）时，则极易风化破坏。

3.2 抗冻性

天然石料的抗冻性，也取决于其矿物成分、结构及其构造。当石料中含有较多的黑云母、黄铁矿、粘土等物质时，抗冻性较差。疏松多孔或具有层理构造的石料，其孔隙率、吸水率较大，温度降到零下时，岩石裂隙中的水结成冰，体积增大，会产生很大的膨胀压力，导致岩石结构发生改变，容易破坏。

3.3 耐水性

当岩石中含有较多的粘土或易溶于水的物质时，在吸水后，或软化、或溶解，使强度降低。在水工建筑物中，常用软化系数来判定其耐水性。

4 质量评价

从表1块石料场灰岩的物理力学试验成果表中可知，3组灰岩块体烘干密度2.70～2.74g/cm3，平均值2.72g/cm3；饱和单轴抗压强度42.8～44.4MPa，平均值43.6MPa；软化系数0.78～0.87，平均值0.82；吸水率为0.38%～0.45%，平均值0.42%；冻融损失率0.10%～0.15%，平均值0.12%；硫酸盐及硫化物含量0.22%～0.33%，平均值0.28%。

砌石料质量指标要求及评价见表2，人工骨料原岩质量指标要求及评价见表3，由表可见，本料场灰岩作为砌石料及混凝土人工骨料原岩，除人工骨料的碱活性试验未做外，其饱和单轴抗压强度、软化系数、吸水率、冻融损失率、干密度、硫酸盐及硫化物含量（换算成SO3）均符合质量技术指标要求。