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大理岩人工砂石粉含量对锦屏一级水电站 大坝混凝土性能的影响研究 杜青林, 王树平 田先忠 (中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都，610072) [摘要] 受客观条件的限制，锦屏一级水电站大坝混凝土人工骨料不得不采用砂岩粗骨料和大理岩细骨料。由于受母岩特性的影响，大理岩经过破碎后人工砂石粉含量相当高。结合锦屏一级水电站的实际，对不同石粉含量大理岩人工砂混凝土性能进行试验研究结果表明：适量的石粉可以起到改善混凝土性能的作用。在调整砂率和用水量的情况下，采用石粉含量为15%~25%的大理岩人工砂，可以配制出性能指标满足设计要求的大坝混凝土。综合考虑大坝混凝土的抗裂性能以及有利于资源利用的目的，建议锦屏一级大坝混凝土大理岩人工砂的石粉含量应控制在不大于20%为宜。 [关键词]水工材料 大理岩人工砂 石粉 混凝土 影响 1.前言 锦屏一级水电站装机3600MW为一等工程，混凝土拱坝高305m为世界第一高拱坝。整个枢纽工程混凝土总量为761万m3，需混凝土骨料约1828万吨，其中大坝混凝土约528万m3，需要骨料约1275万吨。由于当地天然骨料的匮乏，大坝混凝土只有采用人工骨料。工程区域内出露地层主要为三叠系浅变质岩，岩性以变质砂岩和板岩为主，局部夹大理岩。近坝范围内未发现坚硬的火成岩，从坝址附近出露的地层岩性分析，可作为人工骨料料源的仅有大理岩和变质砂岩。在对当地各个人工骨料料场进行大量的勘探，以及对人工骨料及混凝土进行的试验研究基础上，推荐大坝混凝土采用大奔流沟料场的砂岩作为粗骨料、三滩右岸料场的大理岩作为细骨料的组合骨料方案。 三滩右岸大理岩料场地层为三叠系中上统杂谷脑组第二段第7、8层大理岩，岩性以灰色中细晶大理岩、浅灰~灰白色细晶大理岩为主，夹白色中晶大理岩条带。灰色中细晶大理岩和浅灰~灰白色细晶大理岩岩块新鲜较坚硬，白色中晶大理岩条带含量约20~30%，岩块强度偏低，锤击易成粉末。由于三滩右岸料场的大理岩存在着强度偏低，强度的变异性较大的不足，因此在采用“全干法生产风选剔除石粉工艺”生产大理岩人工砂时，仍存在着加工性能差，破碎易成粉的特点，采用颚破、圆锥破、反击破、立轴破及棒磨机等不同种类的破碎机破碎后的大理岩原状砂的石粉含量均在40%左右。DL/T5144-2001“水工混凝土施工规范”中规定：“人工砂石粉含量宜控制在6％～18%”。为了使人工砂石粉含量满足该执行规范要求，而盲目地将石粉洗掉，不仅增加了污染物的排放量，而且造成很大的资源浪费。在水泥的生产过程中，常加入一定量的石灰石作为水泥混合材。大量研究表明，石灰石粉尤其是微细颗粒的石灰石粉具有一定的早期活性，可以作为掺和料用于混凝土。大理岩与石灰石同属于碳酸钙质骨料，且大理岩石粉弃料中0.08mm以下的微细石粉颗粒含量也较高，将大理岩石粉大量弃掉势必造成资源浪费和环境污染，因此结合锦屏一级水电站的实际，开展高石粉含量大理岩人工砂大坝混凝土性能的试验研究，探讨人工砂中的石粉含量对大坝混凝土的性能的影响，以确定大坝混凝土大理岩人工砂的最佳石粉含量是十分必要的。 2.大理岩石粉的基本性能 2.1大理岩石粉的化学成分和矿物组成 大理岩石粉的化学成分见表1，其CaO含量和烧失量之和占总质量的90%以上。X射线衍射分析结果表明：大理岩为典型的碳酸盐类岩石，主要矿物成分为方解石。 表1 大理岩石粉的化学成分（/%） CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O 烧失量 52.56 2.08 1.15 0.32 0.56 0.03 0.17 0.05 43.08 2.2大理岩石粉的物理性能及粒度分析 大理岩石粉的密度为2.57g/cm3，需水量比为97.7％，大理岩石粉的粒度分析试验结果见表2。采用显微图像分析仪对大理岩石粉颗粒级配分析结果结果表明：大理岩石粉的颗粒大部分分布在0～5μm粒径范围内，占颗粒总数的90％以上。采用激光粒度分析仪对大理岩石粉的颗粒级配和比表面积进行测试试验结果表明：大理岩石粉的比表面积为213.5 m2/m3，中径为80.5μm。 表2 大理岩石粉显微图像粒度分析结果 颗粒个数百分比 / % 平均 粒径 /μm 最大 粒径 /μm 比表面积 /m2/m3 中径 /μm 0~5μm 5~20μm 20~50μm 50~70μm 70~100μm 100~150μm 94.70 4.38 0.42 0.33 0.17 0 3.6 102.5 213.5 80.5 2.3大理岩石粉水泥胶砂强度特性 掺大理岩石粉水泥胶砂强度特性的试验研究结果见图1，掺量固定为30％。由试验结果可以看出：掺大理岩石粉的水泥胶砂强度低于掺Ⅱ级粉煤灰的水泥胶砂强度，其28d的强度降低10％左右，表明大理