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凝灰?guī)r制備碾壓混凝土人工砂石骨料的難點與措施

文檔作者：葛詩賢１程升明２文檔來源：１．寧波原水集團有限公司２．上海勘測設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年12月30日
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上一篇：三峽右岸電站廠房肘管大二期坑混凝土施工

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２０１５ 年第１ 期
２０１５ Ｎｕｍｂｅｒ １
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１２７ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２７
ＤＯＩ： １０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１５．０１．０１８
收稿日期：２０１４ －１０ －１３ 作者簡介：葛詩賢，男，工程師，從事水利水電工程建設管理工作。
凝灰?guī)r制備碾壓混凝土人工砂石骨料的難點與措施
葛詩賢１，程升明２
（１．寧波原水集團有限公司，浙江寧波?。常保担保埃埃唬玻虾？睖y設計研究院有限公司，上?！。玻埃埃矗常矗?
摘要：凝灰?guī)r巖性具有強度高、韌性大的特點，利用凝灰?guī)r軋制碾壓混凝土人工砂石料存在人工砂石料質量難以控制和
生產效率低的難題。西溪水庫工程碾壓混凝土施工過程中采用摻入一定比例人工砂和改造砂石系統(tǒng)等措施，有效地解
決了難題。工程質量檢測數據表明，工程質量符合設計要求。西溪水庫工程為類似工程的建設提供有益借鑒。
關鍵詞：碾壓混凝土；重力壩；凝灰?guī)r；人工骨料；西溪水庫
中圖分類號：ＴＵ５２１．２ ＋５：ＴＵ５２２＋．０６　文獻標志碼：Ａ　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１５）０１ －００６３ －０３
Roller Compacted Concrete Construction with Artificial Tuff Aggregate
ＧＥ Ｓｈｉｘｉａｎ１ ， ＣＨＥＮＧ Ｓｈｅｎｇｍｉｎｇ２
（１．Ｎｉｎｇｂｏ Ｒａｗ Ｗａｔｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｌｔｄ．， Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３４， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｏｆ ｔｕｆｆ ｈａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．Ｔｈｕｓ， ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｗｉｔｈ ｔｕｆｆ ｆｏｒ ｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ， ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｘｉｘｉ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｐｒｏｊｅｃｔ， ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ
ｃｅｒｔａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｔｕｆｆ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ａｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ， ａｎｄ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｅｌｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ． Key words： ｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｇｒａｖｉｔｙ ｄａｍ； ｔｕｆｆ； ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ； Ｘｉｘｉ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
　　西溪水庫工程位于浙江省寧波市寧?？h境內的白
溪支流的大溪上，水庫總庫容０．８５ 億ｍ３ ，為多年調節(jié)
水庫，是１ 座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電等效益
的綜合利用水利摳紐。工程重力壩碾壓混凝土采用骨
料為人工砂石料。砂石料場位于水庫大壩壩址下游
１．３ ｋｍ 的野鶴湫支溝右岸支溝左側坡。巖性為侏羅
系西山頭組（Ｊ３ｘ）流紋質晶屑玻屑熔結凝灰?guī)r，巖石
塊體堅硬，天然容重２６．５ ｋＮ／ｍ３ ，巖石飽和抗壓強度
達到１９０ ＭＰａ 以上，巖石軟化系數０．８。
１　碾壓混凝土技術指標
碾壓混凝土主要設計指標見表１。
２　施工難點
碾壓混凝土重力壩正式施工前，根據設計要求進
行了現場生產性試驗。試驗成果表明，碾壓混凝土施
工存在以下質量問題。
表1　西溪水庫工程碾壓混凝土設計技術指標
設計指標
壩體
混凝土
上游壩面
混凝土
說明
９０ ｄ 抗壓強度
（保證率８０％） Ｃ９０１０ Ｃ９０２０ 抗?jié)B等級（９０ ｄ） Ｗ４ Ｗ６ 抗凍等級（９０ ｄ） Ｆ５０ Ｆ１００ 極限拉伸值（εｐ）（９０ ｄ） ０．６５ ×１０ －４ ０．８０ ×１０ －４ VＣ 值／ｓ ５ ～７ ５ ～７ 調整為３ ～５ 最大水膠比 ＜０．６０ ＜０．５０ 層面抗剪斷強度 f ′ １．０ １．０ （９０ ｄ、保證率８０％）／ＭＰａ ０．９ １．０ 相對壓實度／％ ≥９７ ≥９８ 　?。保┤斯ど暗募毝饶禐椋常玻鲆?guī)范允許的
６３
水電與新能源２０１５ 年第１ 期
２．２ ～２．９ 之間的范圍。
２）人工砂中的石粉含量僅為７％左右，低于規(guī)范
允許的１６％ ～２０％之間的范圍。
３）粗骨料裹粉嚴重。
４）碾壓混凝土均勻性差、密實度不夠、層間結合
差、抗?jié)B性達不到設計要求。
５）碾壓混凝土施工可碾性差。
６）砂石料系統(tǒng)生產效率低（達不到設計能力的
１／３），無法滿足碾壓混凝土施工強度要求。
經試驗和分析論證，造成上述質量問題的原因是：
熔結凝灰?guī)r巖性硬，強度達到１５０ ＭＰａ 以上，而且相當
有韌性，而砂石料加工系統(tǒng)不適應熔結凝灰?guī)r巖性，導
致人工砂質量和產量均無法滿足要求。
３　措　施
為解決砂石料制備中存在的問題，工程采用改造
砂石料生產系統(tǒng)、優(yōu)化碾壓混凝土配合比、改進碾壓混
凝土施工工藝等措施，經多次試驗，最終獲得成功。
3．1　砂石料系統(tǒng)改造
為滿足碾壓混凝土對石粉含量的需要，原砂石料
系統(tǒng)按照干法生產砂石骨料設計砂石料系統(tǒng)設計生產
能力為３６０ ｔ／ｈ，采用三段破碎，總破碎比為１８，初碎采
用鄂式破碎機，產品粒徑dｍａｘ≤３００ ｍｍ，中細碎采用反
擊式破碎機，產品粒徑dｍａｘ ≤８０ ｍｍ，制砂采用立軸式
破碎機，其產品粒徑dｍａｘ ≤５ ｍｍ。系統(tǒng)各設備型號及
生產能力見表２。
表2　砂石系統(tǒng)主要設備參數表
設備名稱規(guī)格型號數量／臺
振動給料機 ＺＳＶ５９０ ×１１００ ２ 顎式破碎機 ＰＥ９００ ×１０６０ ２ 反擊式破碎機ＰＦＢ －１２１０Ⅱ ２
沖擊式破碎機 ＰＬ －８０００ ２ 振動篩 ２ＹＫＲ２０４５ ２ 振動篩 ３ＹＫＲ２０４５ ２ 振動篩 ＹＫＲ１５３６ １ 洗砂機 ＦＣ －１０００ ２ 膠帶機 Ｂ８００ ７ 膠帶機 Ｂ６５０ ５ 膠帶機 Ｂ５００ １０ 　　原系統(tǒng)主要存在３ 個方面的問題：①設備超常磨
損；②骨料級配不平衡，大中石多，小石、砂子少；③砂
中石粉含量偏低。
造成砂石系統(tǒng)問題出現的原因主要是熔結凝灰?guī)r
磨蝕性指數高、可碎性差、韌性好，用于加工人工砂石
料難度相當大。針對熔結凝灰?guī)r巖性，對砂石料系統(tǒng)
進行改造。
１）提高設備易損件的抗磨蝕能力。設備廠家針
對西溪水庫料場專門生產耐磨件，解決了設備易損件
的抗磨蝕性，延長易損件的使用壽命。
２）改變系統(tǒng)的加工工藝，解決骨料級配不平衡的
問題，主要有：半成品系統(tǒng)增加細碎設備，增加１ 臺
ＡＰＫ４０ 型反擊式破碎機，使碎石經中碎后再返回
ＡＰＫ －４０ 反擊破細碎，增加小石和砂的產量；成品加
工系統(tǒng)增加１ 臺“百力克”立軸式破碎機用于改善骨
料形狀；增加１ 臺圓振篩并將篩網換成條棒形篩網，提
高砂的產量；并在制砂車間布置吸塵設備，盡量收集流
失的粉塵，再摻人砂料中。
上述改造后，砂石料系統(tǒng)的加工能力得到了較大
的提高，質量也得到了較大的改善，雖然仍存在石粉含
量偏低的問題，但通過調整配合比，基本滿足了工程需
要。經檢測人工砂細度模數為２．９９（平均值），石粉含
量１２．３４％，粗骨料各項指標符合設計規(guī)范要求，有效
解決了表面裹粉問題。
3．2　摻合粉砂解決石粉含量不足
砂石料生產系統(tǒng)經改造后，粗骨料質量和生產效
率基本上能滿足工程需要，石粉含量仍然偏低。為解
決這一問題，經試驗論證，采用摻入天然粉砂、天然砂
增加人工砂中的石粉含量。
１）天然粉砂料源的選定。粉砂來自寧海縣水車
采砂場，經檢測，粉砂各項指標見表３。
表3　天然粉砂檢驗指標
檢測項目檢測結果
顆粒﹥０．１６ ｍｍ／％ ３９．７ 顆粒０．０８ ～０．１６ ｍｍ／％ ４４．３ 顆粒﹤０．０８ ｍｍ／％ １６．０ 表觀密度／（ｇ· ｃｍ－３ ） ２．４８
天然含水量／％ １６．２ 氯化物／％ ０．００３ 　　由檢測指標知，粉砂中＜０．０８ ｍｍ 顆粒含量為
１６％，超出水工混凝土施工規(guī)范允許范圍，考慮到粉砂
摻量僅為１０％ ～２０％，混合后的人工砂中的總含泥量
不會超過規(guī)范要求。為了辨明粉砂中＜０．０８ ｍｍ 顆粒
部分的粘粒含量，采用試驗測定，粉砂中＜０．０８ ｍｍ 顆
６４
葛詩賢，等：凝灰?guī)r制備碾壓混凝土人工砂石骨料的難點與措施２０１５ 年１ 月
粒中粘粒含量為１２．６％。
２）天然砂料源的選定。天然砂來自寧?？h水車
采砂場，經檢測，天然砂各項指標見表４。
表4　天然砂檢驗指標
檢測項目檢測結果
細度模數 ２．３ 篩分﹤０．０８ ｍｍ／％ ２．４ 表觀密度／（ｇ· ｃｍ－３） ２．５３ 天然含水量／％ ６．９３ 氯化物／％ ０．００２ 　　由檢測指標知，天然砂各項指標均符合規(guī)范要求，
且細度模數較小，適量摻入有利于調整人工砂的顆粒
級配，改善人工砂的細度模數。
３）混合砂比例的確定。經多次試驗測定，最終確
定粉砂、天然砂與人工砂混合比例為１５∶２０∶６５，經檢
測混合砂的細度模數分配為２．６２，粉含量為１８．８％，
細度模數和粉含量達到設計和規(guī)范的要求。
3．3　優(yōu)化混凝土配合比
碾壓混凝土可碾性差主要原因有：砂中的含粉量
低、粗骨料形狀差且裹粉、VＣ 值難以控制、混凝土拌合
物不均勻、砂石骨料吸水率大等。通過砂石料系統(tǒng)改
造和混合砂有效解決了含粉量不夠、骨料形狀不好和
裹粉等問題；通過優(yōu)化配合比調整用水量減小VＣ 值、
調整拌合時間等措施，碾壓混凝土的可碾性大大提高。
碾壓混凝土主要材料：ＰＯ３２．５ 水泥、Ｉ 級粉煤灰、ＮＦ －
２ －６ 緩凝高效減水劑、ＴＧ －１ 引氣劑。最終選定施工
配合比見表５。
４　碾壓混凝土質量檢測及評價
4．1　碾壓混凝土質量檢測
為檢驗大壩碾壓混凝土質量施工質量，施工過程
中在出機口和施工倉面對碾壓混凝土各項目指標進行
檢測。
出機口混凝土拌和物檢測成果見表６。
表5　施工配合比
混凝土標號粉砂∶天然砂∶人工砂
水泥
／ｋｇ
粉煤灰
／（ｋｇ· ｍ－３ ）
用水量
／（ｋｇ· ｍ－３ ） 粗骨料級配ＮＦ －２ －６
／％
ＴＧ －１
／１ ×１０－４
Ｃ９０２０ １５∶２０∶６０ ７７ １１５ ９４ ５５∶４５ １．２ １．２ Ｃ９０１０ １５∶２０∶６０ ５４ １０１ ８５ ３０∶４０∶３０ １．２ １．２ 表6　出機口取樣檢測結果
混凝土標號
VＣ 值
／ｓ
含氣量
／％
容重
／（ｋｇ· ｍ－３ ） Ｒ２８／ＭＰａ Ｒ９０／ＭＰａ 抗?jié)B指標
極限拉伸
／１ ×１０－４ 抗凍指標
Ｃ９０２０ ３．１５ ２．２８ ２ ３９０ １７．７ ２４．７ 合格 ０．９１ 合格 Ｃ９０１０ ３．３５ ２．３７ ２ ３９１ １１．１ １６．５ 合格 ０．６９ 合格 注：VＣ 值、含氣量、容重及抗壓強度為所有檢測數據的平均值。
　　施工倉面檢測成果見表７。
表7　倉面檢測結果
混凝土標號VＣ 值／ｓ 壓實度／％ 說明
Ｃ９０２０ ５．３７ ９９．３ 平均值 Ｃ９０１０ ５．６０ ９９．１ 平均值 4．2　工程質量評價
西溪水庫大壩碾壓混凝土的抗壓強度、抗剪強度、
容重、抗?jié)B、抗凍、極限拉伸、彈模等各項指標經檢測均
符合設計要求。運行近１０ ａ 來，大壩上游壩面未發(fā)現
裂縫；實測揚壓力折減系數為０．１ 左右，小于設計值
０．３；實測的壩基及壩身總滲漏量（水位１４０ ｍ 時，正常
水位１４７ ｍ）最大值為１．３９ Ｌ／ｓ，其中壩體滲水量僅為
０．５７ Ｌ／ｓ，水庫運行各項觀測指標正常，大壩碾壓混凝
土的施工質量得到了直接驗證。
５　結　語
西溪水庫工程的實踐表明：利用熔結凝灰?guī)r作為
骨料興建碾壓混凝土壩，必須充分考慮熔結凝灰?guī)r強
度高、韌性大的特性，設計階段應充分論證，料場勘察
應詳細充分，必要時進行骨料制備專項試驗；施工階段
砂石料系統(tǒng)的設備選型和工藝流程的設計必須針對熔
結凝灰?guī)r巖性強度高、韌性大、破碎比低、石粉含量和
設備磨蝕性強等特點。西溪水庫工程順利竣工驗收，
質量評定優(yōu)良，榮獲寧波市“甬江杯”優(yōu)質工程。西溪
水庫的成功建設，為在熔結凝灰?guī)r地區(qū)興建碾壓混崗
凝土壩積累了有益的經驗。
６５

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