某水電站工程花崗片麻巖人工骨料原巖試驗研究

吳樹良, 鄧爭榮, 粟玉英, 張召松, 程方權

(長江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢　430010)

1　工程背景

某水電站工程位于東南亞某國峽谷區,屬于Ⅰ等大(1)型水電工程,樞紐擋水、泄水建筑物布置于主河床,設計為碾壓混凝土重力壩,設計最大壩高200余米。該水電站位于開發河流中游河段,河谷狹窄,工程區天然砂礫料缺乏,所需混凝土骨料須采用人工骨料。

水電站場址區內廣泛分布花崗片麻巖,可以選擇作為混凝土人工骨料原巖開采加工利用。本著料場選擇應遵循“技術上可行，經濟上合理，盡可能減少對環境產生不利影響,先近后遠”[1]的基本原則,經地形地質、開采運輸條件比較后,就近選定了位于該水電站工程右壩肩下游1 km以內的花崗片麻巖石料場作為人工骨料料源。料源規劃開采范圍內剝離層較薄,儲量充足,但勘察期需要對原巖進行質量方面的試驗論證研究,文中主要論述其試驗研究以及質量技術指標評價研究成果,可供同類工程參考借鑒。

2　人工骨料場地質概況

工程選擇的人工骨料場位于該水電站工程右壩肩下游1 km,所在地區屬于構造剝蝕中低山、河流侵蝕地貌區,山脈主要呈近南北向延伸。料場區總體由“人”字形斜交的兩條山脊構成主體骨架,兩條山脊于料場北部交匯后形成走向近SN的山脊,其中“人”字形山脊中的西側山脊向SW方向延伸,東側山脊向SE方向延伸,兩山脊間為向南傾斜的凹槽。

料場區地表多為第四系殘坡積層(Qedl)含碎石黏土及碎塊石土覆蓋,基巖零星出露。第四系覆蓋層厚度一般不超過21 m,基巖地層巖性為中上元古界(Pt2-3)花崗片麻巖。料場范圍內剝離層厚度1～32 m,局部達50 m,規劃開采范圍內剝離層厚度<27 m,平均約17 m,有用層儲量豐富,遠遠滿足要求。

3　原巖試驗研究

3.1　礦物、化學成份及室內物理力學性質試驗與評價

3.1.1礦物、化學成份試驗

在人工骨料場鉆孔中采取有用層巖石芯樣9組進行巖礦鑒定及化學成份測試,結果見表1。試驗表明,其巖石礦物成份以斜長石、石英、鉀長石為主,少量黑云母及角閃石;主要化學成份為SiO2、Al2O3,少量CaO、Fe2O3、Na2O、K2O等。

表1　花崗片麻巖巖石礦物成份鏡鑒及化學成份測試成果

3.1.2室內物理力學性質試驗

在人工骨料場鉆孔中采取有用層巖石(微新狀)芯樣10組,進行了室內物理力學性質試驗,試驗成果見表2、表3。由表可知,巖石天然塊體密度2.57～2.87 g/cm3,平均2.66 g/cm3;飽和單軸抗壓強度128～218 MPa,平均152 MPa,屬堅硬巖。

表2　花崗片麻巖巖石室內物理性質試驗成果

表3　花崗片麻巖巖石室內力學性質試驗成果

3.1.3原巖質量技術指標評價

由原巖礦物、化學成份及室內物理力學性質試驗成果,按照規程DL/T 5388—2007中對人工骨料原巖質量技術指標要求,對其評價見表4。由表可知,人工骨料原巖飽和抗壓強度力學性質及化學性質指標滿足規定要求。

表4　人工骨料原巖質量技術指標評價

3.2　堿活性及抑制試驗與評價

花崗片麻巖屬于片麻巖類,巴西、法國、印度等國水電工程使用花崗巖或片麻巖作為骨料均出現過堿骨料反應導致的事故[2-4]。鑒于已有的片麻巖骨料具有堿活性的工程案例,本工程對原巖開展了專門堿活性試驗研究。

3.2.1堿活性試驗

本工程對人工骨料場有用層巖樣的堿活性試驗按規程DL/T 5388—2007規定的方法進行,首先采用巖相法確定骨料原巖中是否含有堿活性的成份,鑒定結果見表5。結果表明,骨料原巖中存在一定量的微晶石英、應變石英,可能發生堿硅酸反應。其次采用砂漿棒快速法試驗進行判定,試驗采用中熱水泥,試驗結果見表6。結果表明,人工骨料場所采取有用層巖石芯樣制備的試件中,有近80%的試件具有潛在危害性反應活性。

表5　花崗片麻巖巖石巖相法鑒定結果

3.2.2堿活性抑制試驗

最常用的抑制堿骨料反應的摻合料有粉煤灰、?；郀t礦渣、硅灰及偏高嶺土、硅藻土、沸石等,國內外對這些摻合料抑制堿骨料反應的有效性進行了廣泛的試驗研究,摻入粉煤灰作為抑制和防止堿骨料反應已得到廣泛應用[5]。

選取具有潛在堿活性反應的花崗片麻巖人工骨料,分別采用在水泥中摻入不同比例I級粉煤灰、火山灰作為抑制材料進行了骨料堿活性抑制效果試驗研究,試驗方法仍采用砂漿棒快速法。

摻入I級粉煤灰、火山灰后,花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制試驗結果見表7,不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線見圖1。結果表明,I級粉煤灰及火山灰摻量逐漸增加,試件各齡期膨脹率遞減,對應膨脹率降低率遞增;當I級粉煤灰摻量≥10%時,砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規定要求,膨脹率降低率分別>75%、63%;當火山灰摻量≥30%時,砂漿棒試件14 d、28 d齡期膨脹率均<0.1%,滿足規定要求,膨脹率降低率分別>60%、56%。

3.2.3堿活性及摻合料抑制效果評價

堿活性試驗結果表明,有近80%的砂漿棒試件具有潛在危害性反應活性。因此,綜合判定認為,本水電站工程花崗片麻巖人工骨料場原巖具有潛在危害性反應活性。堿活性抑制試驗表明:摻入粉煤灰、火山灰摻合料均對花崗片麻巖人工骨料堿活性抑制效果明顯,其中,分別摻入I級粉煤灰摻量≥10%、火山灰摻量≥30%時,砂漿棒試件膨脹率均滿足規定要求。摻入摻合料砂漿棒試件的膨脹率降低率,I級粉煤灰大于火山灰;14 d、28 d齡期膨脹率滿足規定要求的砂漿棒試件摻合料摻量,I級粉煤灰小于火山灰,由此可見,摻合料堿活性抑制效果,I級粉煤灰明顯優于火山灰。

表6　花崗片麻巖巖樣堿活性試驗結果

表7　摻入摻合料人工骨料堿活性試驗結果

圖1　摻合料不同摻量14 d、28 d齡期膨脹率及膨脹率降低率曲線

3.3　人工軋制骨料試驗與評價

3.3.1人工軋制骨料試驗

對人工骨料場有用層采取巖樣進行了人工軋制混凝土細骨料、粗骨料試驗各6組,試驗成果見表8-表9。由結果可知,原巖人工軋制混凝土細骨料細度模數2.37～2.82,平均2.58;平均粒徑0.33～0.42 mm,平均值0.38 mm;石粉含量18.0%～21.0%,平均20.0%。原巖人工軋制混凝土粗骨料壓碎指標10.1%～15.6%,平均13.3%;無泥塊含量。

3.3.2人工軋制混凝土骨料質量技術指標評價

由試驗成果,按照規程DL/T 5388—2007對人工軋制混凝土細、粗骨料的質量技術指標要求,對其評價見表10、表11。結果表明,人工軋制混凝土細、粗骨料除物理性質堆積密度偏小外,其余質量技術指標滿足規定要求;骨料原巖具有堿活性潛在危害性反應。原巖加工的骨料存在的堿活性反應,須采取堿活性抑制措施。

4　結論

某水電站工程選定的花崗片麻巖人工骨料料源,經對原巖試驗研究與評價,結果表明:

表8　原巖人工軋制混凝土細骨料試驗成果

表9　原巖人工軋制混凝土粗骨料試驗成果

表10　原巖人工軋制混凝土細骨料質量技術指標評價

說明:表中“試驗成果”列括號內數值為平均值,下同。

表11　原巖人工軋制混凝土粗骨料質量技術指標評價

(1)原巖和其人工軋制混凝土細、粗骨料質量技術指標除堆積密度外,其余均滿足規定要求;

(2)堿活性專門試驗結果顯示骨料具有潛在危害性反應活性,經抑制試驗,得出在混凝土中摻入適量的I級粉煤灰或火山灰,可以達到理想的抑制效果。

(3)工程建設時應采取低堿水泥嚴格控制含堿量與堿活性抑制措施,從而提高混凝土耐久性。

參考文獻:

[1]DL/T 5388—2007水電水利工程天然建筑材料勘察規程[S].北京:中國電力出版社,2007.

[2]A.J.C.T.Cavalcanti.Alkali-Aggregate Reaction at Moxoto Dam,Brazil,Proceedings of the 7th International Conference on Alkali- Aggregate Reaction in Concrete[J].Ottawa city,1986:168-172.

[3]馬賽爾·阿羅德.法國硅堿骨料中堿骨料反應的最新研究[J].中國三峽工程建設,1998(5)：60-63.

[4]Gote,B.S.An Evaluation of Some Common Indian Rocks with Special Reference to Alkali-Aggregate Reaction [J].Engineering Geology,1973(7):135-183.

[5]許繼剛,王立明,唐曉芳.中低熱水泥對人工骨料堿活性抑制影響研究[J].人民長江,2010(18)：71-72.