天然砂石骨料碾压混凝土质量控制综述吴正敏（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，广元苍溪，628400）摘要：碾压混凝土拌合物质量将直接影响工程质量安全，而采用天然砂石骨料拌制碾压混凝土，质量控制难度较大。
本文结合亭子口水利枢纽的骨料及工程特点，重点阐述了天然砂石骨料的料场规划、生产、拌制、配合比试验等工艺及质量控制难点。
经过骨料试验检验及碾压混凝土取芯检测表明，碾压混凝土满足各项施工技术要求和设计指标，VC值控制稳定，保证了施工安全和质量。
关键词：亭子口；水利枢纽；碾压混凝土；天然砂石骨料引言近20 年来,中国在建、已建的碾压混凝土坝(包括围堰等临时工程)已达160座之多,筑坝技术越来越成熟,在采用砂石骨料品种选择上,国内在建和已建的碾压混凝土坝绝大部分是采用灰岩、花岗岩等岩石生产出的人工砂石骨料［1］，亭子口水利枢纽大坝工程是碾压混凝土重力坝，天然砂石骨料储备充足，碾压混凝土由天然砂石骨料拌制，但碾压混凝土质量控制难度较大，需要从天然砂石骨料的料场规划、生产、拌制、配合比试验等环节进行质量控制，以确保碾压混凝土拌合物质量，进而确保大坝的工程质量安全。
1 料场选择与开采1.1 料源情况工程约500万m3，经估算需要砂砾石净料约850×104m3，其中粗骨料净料约596×104m3，细骨料净料约254×104m3；土料约1.34×104m3。
经初步设计阶段勘测，坝址下游23km的河段分布的回水坝、花家坝、杜里坝、张家坝、右双漩滩、左双漩滩、葡萄堡等七个料场，查明砂砾石总储量约1686×104m3，其中砾石储量约1311×104m3，砂储量约375×104m3，满足工程所需的砂石骨料。
1.2 砂砾料质量及碱活性天然砂砾石料场中含有硅质岩、砂岩等碱活性岩石，均为具有潜在危害性的活性骨料，根据前期勘察成果在水泥碱含量不大于0.90%或混凝土总碱量不大于2.5kg/m3时，掺不小于20%的粉煤灰均能有效抑制骨料碱活性。
1.3 料场选择（1）双漩滩～花家坝河床料场双漩滩～花家坝河床料场是指嘉陵江大桥下游150m的双漩滩起，止于坝轴线下游10km的花家坝的枯水位以下河道上砂砾石的储量。
料场顺江分布，河道长约8.4km，河床宽约100～200m，分布面积约1.176km2，料场高程358.5～368.9m，料场多位于水位以下，以水下开采为主。
南充－广元高速公路的公路桥及兰渝（兰州－重庆）铁路的铁路桥分别从该区通过，为保征大桥基础的安全，铁路桥上游150m至公路桥下游150m范围内砂砾石不宜开采。
根据勘探和物探揭示，该料场砂卵砾石堆积厚度为5.90～13.60m，为卵砾石夹砂，无含泥夹层，无剥离量。
下游堆积厚度大于上游端，砂卵砾石层结构松散。
卵砾石主要由石英岩、砂岩、硅质岩以及少量花岗岩组成，卵砾石一般表面光滑，磨园度较好，粒径大小不均，粒径多在20～200mm，分选性差；砂呈浅灰色，以粉粒和细粒为主，有少量中粒，成份以石英颗粒为主，含少量泥。
根据钻探及物探成果，采用平行断面法进行储量计算，考虑到受水下开采能力的限制，储量计算时对水下10m的储量进行计算，双漩滩～花家坝河床料场可开采的区域内砂砾石总储量约为438.83×104m3，其中砾石储量约375.37×104m3，砂储量约63.46×104 m3。
（2）韩家河～王家河河床料场韩家河～王家河河床料场范围为坝轴线上游0.6km的韩家河起，止于上游8.5km的王家河的嘉陵江河床及河漫滩。
根据勘探和物探揭示，该料场砂卵砾石堆积厚度为6.25～12.5m，为卵砾石夹砂，无含泥夹层，无剥离量。
下游堆积厚度大于上游端，砂卵砾石层结构松散。
卵砾石主要由石英岩、砂岩、凝灰岩以及少量燧石组成，卵砾石一般表面光滑，磨园度较好，粒径大小不均，粒径多在20～200mm，分选性差；砂呈浅灰色，以细粒为主，有少量中粒，成份以石英颗粒为主。
储量计算采用平行断面法，考虑到受水下开采能力的限制，储量计算时对水下12m的储量进行计算，水位线采用实测水位，勘察期间嘉陵江水位线高程369.65～374.97m。
勘探结果为：该料场砂砾石总储量957.35×104m3，其中净砾石储量812.02×104m3，净砂储量145.33×104m3。
（3）砂砾石料场开采及质量上述料场粗骨料可以满足混凝土用粗骨料的质量技术要求：卵砾石粒度模数为6.38～8.31，粒度模数平均值为7.33，针片状含量8.74%，软弱颗粒含量0.09%；细骨料细度模数为1.46～3.49，细度模数平均值为2.16，平均粒径为0.345。
粗骨料以5~ 80mm级配含量为主，约占总储量的62.9%，级配较好。
由砂砾石的物质组成可知，粗细骨料中均含有碱活性骨料。
细骨料以细砂、粉细砂为主。
主体工程细骨料主要采用砂（卵）砾石粉碎制砂，砂的细度模数为2.9～3.0，平均粒径0.45mm左右，为中粗砂，级配良好，达到混凝土用细骨料质量技术要求。
2 成品骨料生产亭子口水利枢纽天然砂石骨料的生产系统主要承担约500.0万m3混凝土所需的骨料生产任务，系统需加工砂石成品料总量约1150.0万t（其中粗骨料约800.0万t，细骨料约350.0万t），需满足高峰期月浇筑强度25.0万m3混凝土所需骨料的生产要求，其中碾压混凝土（RCC）高峰月浇筑强度20.0万m3。
2.1 成品骨料生产工艺（1）细骨料细度模数的质量控制随时掌握天然砂来源情况和各个车间制砂的品质情况，即掌控第二筛分车间、细碎车间、超细碎车间、棒磨车间和回水小系统砂的细度模数指标及在掺和后成品砂的综合指标，始终将成品砂细度模数控制在合格范围以内。
（2）细骨料石粉含量质量控制成品砂的组成情况：a.第二筛分车间：细度模数1.2~1.9之间；b.细碎车间：细度模数2.8~3.2之间；c.超细碎制砂：细度模数2.8~3.1之间；d.棒磨车间：细度模数2.9~3.1（可调）。
已确定的各车间制砂设备工况及主要参数，如下表：各车间制砂设备工况及主要参数表通过各个车间生产工况的调整，确保成品砂细度模数始终控制在中砂范围，石粉含量控制在国家现行标准范围以内。
（3）细骨料含水率的质量控制在砂石加工系统第二筛分车间与棒磨车间成砂后，经螺旋洗砂机进行砂水分离后，通过直线脱水筛进行机械脱水。
细碎及超细碎车间采用干法生产工艺，将筛分后的干砂掺入成品砂中，以降低含水量。
进入成品砂堆场后，分区堆存，利用盲沟进行自然脱水。
在转砂销售过程中，机械配合供料，持续向用料单位提供含水率合格的成品砂。
（4）粗骨料超逊径质量控制严格控制第二筛分车间各级筛网网孔尺寸，保证筛分加工后的各级成品粗骨料在合格范围以内。
在成品大石堆场设置缓降器，以避免二次破碎后的逊径含量。
（5）粗骨料针片状质量控制按照砼用粗骨料标准，粗骨料的针片状含量应为≤15%，加工系统已使用先进的粗、中破设备，在生产过程中控制好排料口尺寸进行质量控制。
2.2 成品骨料质量控制2.2.1控制难点1）由于毛料中天然砂不足的缺陷特性，系统加大了人工砂的生产比例，最终造成了2.5mm粒级及其以上的比例偏大，0.315mm粒级及其以下的比例偏少，级配曲线呈“哑铃状”分布。
2）左砂系统成品砂采用的工艺是洗砂机湿法生产，在洗砂过程中带走大量石粉，经取样检测后测得石粉含量仅为8%左右，《水工碾压混凝土规范》DL/T5112-2009要求的石粉含量宜控制在12%-22%，石粉含量低将导致碾压混凝土拌合过程中和易性不好，施工过程中泛浆困难，层间结合质量难以保证。
2.2.2 优化方案1）为适当调整级配曲线，在棒磨机生产过程中适当降低细度模数，使成品砂连续级配可以得到一定程度的改善。
2）为了解决石粉含量较低的现象左砂系统专门组建了制粉车间生产石粉，并利用罐车运送至拌合楼，在拌合过程中按比例外掺，以解决石粉含量偏少的问题。
3 碾压混凝土配合比设计亭子口水利枢纽工程使用的混凝土为碾压混凝土、常态混凝土和变态混凝土，每种混凝土又由多个强度等级构成。
承建单位分别对各自承担的标段进行混凝土配合比试验，并参考了亭子口水利枢纽工程招投标文件推荐的混凝土配合比进行优化试验，最终形成了碾压混凝土配合比参数（详见表3.1）第一阶段配合比试验主要是进行各类原材料试验和原材料选择，配合比设计主要为了确定混凝土配合比的砂率、胶材用量、粉煤灰掺量、单位用水量、水胶比、外加剂掺量等关键参数。
第一阶段的配合比试验基本确定了左岸非溢流坝段及右岸非溢流坝的施工配合比。
第二阶段（二期）配合比试验时，左岸砂石生产系统已经投产，因此第二阶段采用了左岸砂石生产系统生产的骨料对一期的配合比参数进行优化和验证调整，同时进行大坝主体工程施工配合比试验。
二期施工混凝土配合比报告提出后，通过了咨询专家的审查。
从施工过程中各参建方抽样检测数据可知，二期配合比报告中混凝土各项性能指标能够满足设计要求。
第三阶段的配合比试验主要是对二期试验进行全面的验证，第三期的配合比报告数据全面，提出了全部的混凝土试验指标，包括抗渗、抗冻、抗压、弹模、极限拉伸、绝热温升等。
3.1碾压混凝土配合比参数4 碾压混凝土施工工艺4.1拌合系统布置亭子口水利枢纽程分别在左右岸布置了两个拌和系统，其中左岸混凝土生产系统配置了2×6m3的强制式拌和楼和2×4.5m3的强制式拌和楼各1座，右岸混凝土生产系统配置了2×4.5m3的强制式拌和楼和2×3m3强制式拌和楼各1座。
4.2 碾压混凝土施工工艺及工法经碾压混凝土现场工艺试验相关测试，得出如下结论，并按下述工艺进行碾压混凝土施工。
（1）经碾压试验仓现场工艺试验验证，采用室内提供的碾压混凝土配合比参数，拌和物工作性较佳，无粗骨料分离现象，具有较好的亲和性。
（2）投料顺序采用“（小石+中石+大石）→（砂+石粉）→（煤灰+水泥）→（水+外加剂）”、冬季拌和时间采用75s的拌和方式，拌和物性能最优。
夏季二级配碾压混凝土的拌合时间为105s，三级配碾压混凝土的拌合时间分两种，加冰量≥20kg拌合时间为120s，加冰量＜20kg拌合时间为105s。
（3）碾压混凝土出机口VC值控制在3~5s，拌和物可碾性较好，且泌水少；（4）碾压混凝土运输采用自卸汽车多点接料、两点下料方式，骨料分离较少；（5）碾压混凝土摊铺厚度采用35cm、压实厚度30cm较经济、快速，利于碾压混凝土施工质量控制；（6）BM202AD-2型振动碾采用“无振2遍+有振8遍+无振2遍”、徐工XD121型振动碾采用“无振2遍+有振10遍+无振2遍”、LW321F型手扶振动碾采用“无振2遍+有振32遍+无振2遍”的碾压方式均满足大面及与变态混凝土结合部压实度要求。