水布垭工程人工骨料对混凝土含气量的影响

　　摘要: 水布垭大坝一期趾板及防渗板混凝土施工时，承建单位发现采用左岸公山包料场人工骨料拌制的混凝土初始含气量偏低，不能满足设计要求。为寻找初始含气量偏低的原因，通过对混凝土原材料及拌和物性能试验检测，发现初始含气量偏低的原因主要是人工砂中含有一定数量的炭质，对引气剂有一定的吸附作用，降低了引气效果。调整了引气剂掺量后，保证了混凝土拌和物达到设计要求的含气量。

　　关 键 词: 人工骨料;混凝土;含气量;影响分析;水布垭水利枢纽

　　1 概述

　　清江水布垭水利枢纽位于清江中游河段的湖北省巴东县水布垭镇，是清江梯级开发中的龙头电站，电站正常蓄水位400m，总库容45.8亿m3 ，总装机容量1840MW。大坝趾板及防渗板位于坝体上游面，是大坝防渗体的重要组成部分。一期趾板及防渗板混凝土施工时，承建单位发现其左岸趾板及防渗板机口混凝土含气量偏低，且在对混凝土试件进行抗冻标号检测时，也发现混凝土抗冻指标偏低。对此，参建各方非常重视，暂停使用公山包料场人工骨料，并寻找混凝土拌和物初始含气量和抗冻指标偏低的原因。

　　2 原材料检测

　　（1）水泥、粉煤灰。水泥为当天出厂送至工地的荆门葛洲坝水泥厂生产的中热硅酸盐水泥，水泥强度等级42.5;粉煤灰为襄樊热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。水泥、粉煤灰各项指标已检，均满足相应规范要求。

　　（2）砂料。为比较砂料对混凝土拌和物性能的影响，使用了3种不同料源和加工方法的砂。1、2号砂为利用左岸公山包料场灰岩骨料轧制的人工砂，由左岸三友坪砂石系统生产;3号砂为利用右岸桥沟料场灰岩骨料轧制的人工砂，由右岸桥沟砂石系统生产。1、2号砂有部分（约1/3）采用反击式破碎机生产，且2号砂为人工洗净后的干净砂;右岸砂完全采用棒磨机生产。左、右两岸砂石系统生产的人工砂经冲洗后，均发现冲洗水表面有一层黑色悬浮物，且左岸砂中的黑色悬浮物比右岸砂还多。

　　3种砂的筛分试验结果及物理性能试验结果分别见表1、表2。试验结果表明:3种砂的级配和细度模数均符合水工混凝土用砂的要求，其中，左岸砂的黏土、淤泥及细屑含量和石粉含量高于右岸砂，其它性能无明显差异。

　　表3是砂样及黑色悬浮物矿物组成岩矿鉴定结果。结果表明:左岸砂和右岸砂矿物组成成份相当，黑色悬浮物的主要成份为方解石，且含有较多极细颗粒的炭质;同时，可以看出左岸砂中的炭质含量比右岸砂要高。对黑色悬浮物样品进行了X射线衍射试验和激光拉曼试验，试验结果也均表明黑色悬浮物中含有较多极细颗粒的炭质。

　　（3）石子。石子采用三友坪砂石系统生产的灰岩人工碎石，视密度2.70g/cm3 ，吸水率为0.45%;碎石分5～20、20～40mm二级。石子的级配为:中石∶小石=45∶55。从表4可以看出，左岸料场小石和中石的含泥量都比右岸料场的小石和中石要高，且试验用左岸小石的含泥量超出规范要求值。

　　（4）其它材料。减水剂采用缓凝高效减水剂JG3（萘系）;引气剂采用DH9;拌和水采用自来水。

　　3 混凝土拌和物性能试验检测

　　（1）试验基准配合比。基准配合比采用一期趾板施工中使用的混凝土配合比，由承建单位试验中心通过试验确定。为满足3～7cm混凝土坍落度的设计要求，混凝土的实际单位用水量是通过试拌确定的;另外，在更换原材料品种时，保持胶凝材料用量不变，通过调整用水量使混凝土坍落度达到设计要求，混凝土拌和物的实际水胶比可能会发生较大变化。

　　（2）拌和物性能试验方法。拌和采用60L卧轴强制式搅拌机，按石子、砂、胶凝材料顺序投料，先干拌30s后，再加入拌和水（各类外加剂已溶于拌和水中）湿拌60s;拌制后将混凝土拌和物倒在铁板上，人工翻拌2次，测定初始坍落度和含气量。

　　（3）原材料对混凝土拌和物性能的影响。混凝土拌和物性能试验结果见表6。

　　从试验结果可以看出:

　　（1）当引气剂掺量为0.008%时，使用左岸砂比右岸砂的混凝土含气量低约25%，说明左岸砂对引气剂的引气效果确实有一定影响，当将左岸砂洗净清除炭质后进行试验，混凝土的含气量与右岸砂相当，基本能够达到设计要求，说明砂中已被清除的炭质对混凝土中的气体确有一定的吸附作用（见编号1、5）。当引气剂掺量达到0.01%时，使用左岸砂，混凝土的初始含气量大于4.5%，可满足设计要求（见编号2、3）。

　　（2）从鉴定结果可以看出，人工骨料中含有一定量的炭质，为分析骨料中炭质含量对混凝土含气量的影响，采用试验室现存粗细骨料代替水布垭人工骨料，并掺一定比例的煤灰取代部分骨料进行对比试验。从表7可以看出，用部分煤灰取代骨料后，混凝土含气量降低，且随取代量增大，含气量降低越多，由此可以认为，骨料中的炭质成份对混凝土含气量确有一定影响。

　　（3）以右岸桥沟砂的用水量为基准，配合比其它参数不变，当使用左岸砂时，每方混凝土用水量将增加15kg以上（见编号1、5）;当使用左岸洗净砂时，每方混凝土用水量仍将增加10kg（见编号4、5），用水量的不同主要是两种砂的加工工艺不同，导致砂子的粒型不同所引起的。

　　（4）从表8的抗冻性能试验结果可以看出:左岸砂和右岸砂配制的趾板混凝土其抗冻标号能够满足设计要求的F200。从公山包料场母岩抗冻性能试验结果可看出:母岩试件的抗冻融循环达到200次后，表面仍光洁如初，可作为混凝土骨料。

　　4 结语

　　（1）混凝土含气量偏低，主要是人工骨料中含有一定量的碎屑和炭质，对引气剂有一定的吸附作用，使引气剂的引气效果降低，而在混凝土拌制过程中又未及时加大引气剂掺量造成的。

　　（2）公山包料场母岩可用作轧制混凝土人工骨料，但当使用其轧制的人工骨料拌制混凝土时，引气剂掺量对含气量影响较敏感的区域在0.008%以上，比右岸砂要高;抗冻试验表明只要保证混凝土中的含气量满足设计要求，即可使混凝土抗冻标号也能满足设计要求。

　　（3）后续工程施工中，由于根据骨料矿物成份的变化，及时调整了左岸混凝土的引气剂掺量（0.001%），从而保证了混凝土拌和物达到设计要求的含气量。

　　作者简介: 彭圣华，男，长江水利委员会设计院施工处，高级工程师。