王大强 章天长

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西西安 710065

随着大坝安全监控及结构设计技术的成熟化，部分坝料应用和坝高通过小型坝体的实际应用和监测后有所突破，早年地质条件复杂，技术开发程度不能满足的地区逐步被开发。梯级开发模式能较好保护生态环境不被破坏，不过较长的开发线上地质条件较复杂，在地质条件较差地区，安全性和经济性双重考虑下，能够充分利用当地材料和结构安全性高的堆石坝成为首选。改变排水结构和面层防渗结构软岩堆石坝已有建成案例，但是在此环境下，配套混凝土的骨料问题相对突出，热带地区特有的粉砂岩，软岩中代表性的泥岩，钙质溶失后的砂岩等混合后影响骨料品质，使骨料品质和混凝土质量控制具有极大挑战，针对以上环境下的砂岩利用，进行了为期几年的试验和跟踪观察。

某电站位于热带雨林气候区，料场处在强风化与弱风化界限区间，地质构造复杂，砂岩成分较多，夹杂有泥岩、粉砂岩和钙质流失砂岩等混合，骨料特性较常见骨料特性偏离较大，多表现为吸水率大且不易脱水，细度模数变化大且频繁，骨料软弱颗粒含量大且无法剔除，坚固性高，骨料开采加工难度大，实际应用中拌和物坍落度损失快，混凝土水灰比高，混凝土气泡多等现象，现就热带地区此骨料特性的应用介绍如下。

1 岩石的特性分析

该料场出露地层为三叠系中统（T2）和第四系（Q）。三叠系中统第一层（T21）主要为紫红色泥岩，第二层主要为紫红色长石石英砂岩夹少量泥岩，实际开挖使用中，夹杂部分石英砂岩“钙质溶失”严重至使“砂化”，同时夹杂粉砂岩及部分强风化岩层料。岩层部分特性多表现为：偏泥质砂岩层状分布较强，可以通过梯段开采形式对夹层进行剔除，或者为石英砂岩的复杂分布特征：岩层裂隙不规则，砂化严重，交层分布较多，且成条带分布的夹层较薄，实际开采中多为几公分至几十公分的夹层，且成不规则走向分布，夹层岩石较软，裂隙多，开采过程中容易混入较好砂岩中。且紫红色砂岩与紫红色泥岩的分辨对施工挑选难度增加，部分泥岩初期揭露时，强度较高，骨料生产后，经过雨淋暴晒后容易风化。建议在实际开采中，避免夜间开采带来的混合，对于强弱风化不容易挑选的岩层，可采用早期开采筛分厂周边堆存后通过暴晒雨淋自然分解混合料中易崩解和强风化料，随后通过反铲的挑选可大大增加骨料母岩品质保证。

岩石的物理特性表现为抗压强度不均匀，主要为（14．8-142．3）MPa， 饱 和 抗压（9．4-120．7）MPa，软 化 系 数 0．43-0．97，比重（2．47-2．77）g/cm3，且同类岩石比重分布（2．51-2．72）g/cm3，由此数据可以看出，岩石风化程度分布较广，成分较杂，主要是该料场处在强弱风化界限区，提前进行了强风化剥离，但是由于岩层走向不规律和较薄夹层的影响，开采出的骨料母岩品质较低。过程中有部分区域岩体较完整，但是由于前期未规划堆存转运，只能现挖现用，至使部分较好岩石用于结构性安全较低的混凝土部位，在料源不是很丰富的情况下造成了浪费。因此，需提前规划开采料堆存和较好品质岩石的储备，使用过程中出现料源不足情况下，可进行分级使用。

2 骨料生产分析

骨料生产过程中，开采料的利用率较低，主要表现在弃料多和砂的成品率较低，原因主要有以下2点：①岩层破碎造成岩体开挖后岩块的粒径偏小，且小于10cm以下混合料中不合格母料偏多，生产过程中发现，底层细料统一装车后生产的骨料均不合格，通过多次试验反馈后，料场底部细料当作弃料堆存。②人工砂通过水洗后，由于母岩钙质溶失后的“砂化”程度不一和夹杂泥岩软弱颗粒等，水洗流失量超过20%-30%以上。以上两个原因是造成原岩利用率低和人工砂生产率低的主要原因，在建设过程中，骨料挑选后的弃料，相对于强风化弃料品质较高，通过试验后可用于坝体部分结构区的填筑来提高开采料的利用率。通过对水洗后排出料颗粒分析，粒径在0．3mm-1mm的料占比达60%左右，在骨料生产过程中，可在出料口加装回收利用装置，对较粗人工砂进行颗粒分析后，按比例掺入来提高人工砂品质以及人工砂生产率和合格率。

泥岩混入为主的砂岩生产的人工砂主要表现为石粉含量高，通过水洗后，石粉含量降低，人工砂品质能够得到保证。粉砂岩和钙质溶失“砂化”的岩石混入为主的砂岩生产的人工砂，主要表现在细颗粒含量高，细颗粒主要集中在0．075mm-1mm范围，未水洗前，人工砂细度模数处于特细砂区间，通过水洗后，人工砂细度模数满足规范建议值，但是通过大量试验，经过不同程度钙质溶失后的砂岩生产的人工砂，具有保水特性，肉眼可辨的“饱和面干状态”时，砂的含水经检测范围在8%-15%，实际检测的饱和面干吸水率仅为3%左右，且无明水流出，通过振动后有明水溢出，在使用过程中，此种砂的主要问题在于脱水时间过长和吸水率高，特别在雨季期间，问题更加突出。实际生产中，对传统的高频振动脱水装置需加装污泥脱水设备改装，加快内部保水通过高频挤压振动快速脱出。

3 骨料物理特性分析

砂岩骨料的特性主要表现在吸水率高且吸水饱和时间长，颗粒级配变化大，坚固性高，软弱颗粒含量高，部分具有碱活性反应。其中砂的粗细和吸水率对混凝土性能影响较大，砂的粗细变化频繁的主要原因在于岩石风化程度不均匀，夹杂的砂岩钙质溶失程度不一致，导致生产过程中砂的细度模数产生局部过粗过细，在整体生产中首先要尽量保证供应母岩的品质均一，其次在生产后要通过拌和将过粗过细砂均匀混合。吸水率高的机理主要分为微粒含量高导致的吸水率偏高和岩石本身吸水率高两种，微粒含量高通常表现为石粉含量过高，细骨料吸水率在1．7%-5．0%，粗骨料吸水率在0．4%-2．6%，岩石本身吸水率高表现为钙质溶失后内部产生微小孔隙，细骨料吸水率在2．0%-3．4%，但是细骨料保水检测含水8%-15%，且无明水反光现象，粗骨料吸水率在1．0%-2．3%。对于微粒含量高造成的吸水率偏高问题，可以通过降低微粒含量减小骨料吸水率，但是对于母岩本身吸水率高的骨料，使用过程中需要考虑吸水饱和的时间（通过试验30min吸水率可达到饱和吸水率的85%以上，60min基本区域饱和状态）和混凝土反应参与水和内部存水的影响。

骨料坚固性高和软弱颗粒含量高主要是由于地质条件复杂，岩石风化程度较强造成的混合料夹杂影响，实际应用中重要结构部位，需要提前储备较好骨料，对于非重要结构区域，通过耐久性试验验证后才能使用。通过感官检查骨料品质明显较差的骨料，不能仅通过压碎指标判断骨料的品质，需结合坚固性和软弱颗粒指标共同判定，试验中显示新鲜泥岩混合料前期强度较高和“砂化”程度较低的骨料压碎指标没有明显偏高的现象，仅通过压碎指标判定骨料品质容易造成误判。

4 配合比设计应用

拌制的混凝土拌和物，由于“砂化”的影响湿料拌和的砂率增加为2%左右，配合比设计过程中需要考虑其影响。拌合物的主要表现为坍落度损失大，且损失快，含气引入较难。通过试验分析，坍落度损失大主要为石粉对外加剂的吸附和碱活性骨料对外加剂的吸附，石粉对外加剂的吸附可以采用提高外加剂的掺量，通过试验可达1．5%左右，对于碱活性骨料对外加剂的吸附，可采取中酸性外加剂来解决，实际应用中，氨基磺酸系减水剂的表现较佳，但费用相对偏高。钙质溶失后砂岩骨料的含气引入通过大量试验选择，传统的松香型引气剂能够有效解决含气损失快，含气量低的问题。

通过强度试验统计分析，7天强度较低，7天至90天不同粉煤灰掺量下的混凝土强度增长幅度达47．8%-69．8%。由于吸水率高的原因，混凝土水灰比偏高，通过耐久性和强度双重指标试验反馈，水灰比的计算需要减去骨料吸入未参与化学反应的自由水。混合骨料拌制的混凝土抗渗效果较好，抗冻试验显示，100次冻融循环的指标较容易满足，150次以上冻融循环的骨料需要单独挑选。

砂岩骨料拌制的混凝土另一个特性表现为混凝土结构面气泡偏多，在室内试验中观察，表面气泡的产生多为混凝土拌合物中大气泡溢出速度较慢，不能随第一次振捣时间溢散。此气泡产生机理主要为外加剂与混凝土拌合物的化学反应产生和骨料内部空隙气体的后期溢出。外加剂产生的气泡需要降低糖的成分和降低PH值，加快气泡反应和溢出，骨料内部气体逸出，过程中需要通过二次振捣能有效降低混凝土表面气泡。

5 结语

热带地区基于气候原因，砂岩骨料在应用过程中问题较突出，工程前期需要对骨料特性系统分析后，针对影响骨料应用的主要因素采取防范和解决措施，同时在砂石骨料生产系统设计过程中需要综合考虑，避免系统建成后影响骨料生产效率和生产品质不能得到有效保证。