石粉在碾压混凝土中的研究与利用Word文档下载推荐.docx
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经组织专题技术研究，首先对水洗的小于20mm的骨料在料堆脱水后再进入巴马克，经过上述工艺调整，解决了生产过程中石粉包裹问题，石粉含量基本控制在15%～22%，浆砂质量比控制在0.44～0.45。
现场碾压混凝土施工表明，蔺河口双曲拱坝采用全断面碾压混凝土筑坝技术，石粉含量在15%～22%控制指标是合理的。
⑷光照工程。
光照工程碾压混凝土重力坝为200.5m世界级高坝,碾压混凝土采用石灰岩人工砂石骨料，由于工期安排十分紧张，在进行碾压混凝土工艺试验时，采用了常态混凝土用砂，人工砂石粉含量仅为7%～13%。
由于人工砂采用湿法生产，致使宝贵的0.08mm以下微石粉大量随水流失。
在进行第一次碾压混凝土工艺试验时，采用碾压混凝土配合比为：
大坝防渗区二级配C9025F100W10、水胶比0.45、水86kg/m3、粉煤灰45%；
大坝内部三级配C9020F100W10、水胶比0.48、水77kg/m3、粉煤灰50%。
由于采用了常态混凝土用砂，人工砂石粉低，经计算碾压混凝土浆砂质量比仅为0.35，同时砂含水率大大超过6%的控制指标。
因此，现场工艺试验的碾压混凝土拌和物泌水，骨料严重分离，可碾性、层间结合很差，90d芯样蜂窝麻面，很不理想，造成第一次碾压混凝土工艺试验失败。
为此，于2005年12月中旬又进行了第二次碾压混凝土工艺试验。
试验之前，对第一次碾压混凝土工艺试验失败存在的问题进行了认真分析。
首先对碾压混凝土配合比进行了调整，在保持原有配合比水胶比不变，大坝防渗区和内部粉煤灰掺量分别提高到50%和55%，针对采用常态混凝土用砂石粉偏低的情况，采用粉煤灰代砂4%方案。
碾压混凝土配合比二级配、三级配实际用水量分别为96kg/m3和86kg/m3，VC值控制在3～5s范围，并严格把砂的含水率控制在3%以内。
这样把碾压混凝土的浆砂比从原来的0.35提高到0.44,第二次碾压混凝土工艺试验十分成功,仓面碾压混凝土液化泛浆充分,可碾性、层间结合良好。
10d龄期即对碾压混凝土进行了钻孔取芯，芯样表面光滑致密，层间结合无法辨认，得到专家一致好评认可，保证了光照大坝碾压混凝土按期施工浇筑。
国内外大量碾压混凝土筑坝技术实践证明，碾压混凝土强度几乎全部超过设计的配制强度，且富裕量较大，这样提高了混凝土弹性模量，增加了坝体的温度应力，对抗裂是不利的。
实际情况碾压混凝土质量控制最为重要的是拌和物性能、施工性能，这些性能都与碾压混凝土浆砂比大小直接有关。
所以，在配合比设计中必须对浆砂比高度关注。
笔者认为，应把碾压混凝土浆砂比列为评定碾压混凝土拌和物性能和可碾性的重要指标之一。
2辉绿岩石粉在碾压混凝土中的利用研究
2.1辉绿岩骨料
一般而言，人工砂中石粉含量控制在16%～20%为宜，但0.08mm微石粉对碾压混凝土性能影响显著。
如广西百色水利枢纽碾压混凝土主坝工程采用辉绿岩骨料，辉绿岩骨料密度达3.1g/cm3，且硬度大、弹模高、加工难。
由于辉绿岩骨料自身特性和采用巴马克干法生产，致使辉绿岩人工砂级配不连续，粒径小于0.16mm石粉含量占20%～24%，石粉中小于0.08mm微石粉占石粉的40%～60%，2.5mm以上粗颗粒多达35%左右。
在主坝工程碾压混凝土配合比试验研究中发现：
碾压混凝土的用水量、凝结时间、工作性、强度、弹模和干缩等性能与其它的碾压混凝土有很大的差异，特别是碾压混凝土凝结时间严重缩短，这在国内已建、在建的碾压混凝土工程中是前所未有的。
百色碾压混凝土主坝工程施工三年，通过对辉绿岩人工砂检测统计结果，辉绿岩人工砂采用干法筛析检测，即按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T5151—2001），石粉含量在16～20%，FM=2.7～3.0；
辉绿岩人工砂采用湿法筛析检测，即将烘干称量好的500g辉绿岩人工砂先采用0.16mm筛经水筛析，然后再烘干检测，所得石粉含量在20～24%，FM=2.7～2.9。
而且粗细颗粒两极分化，级配不在颗粒级配曲线范围内，石粉含量超标，如果按照技术条款和规范要求，这样的砂是不合格的。
现有的砂试验标准中对天然砂、人工砂颗粒级配采用同一标准，并没有考虑岩石性能的影响，事实上人工砂最重要的特征是它的颗粒形状，几乎不能用任何试验标准来归纳。
但施工实践证明，石粉含量超过标准，突破了以往经验和标准，高石粉含量人工砂拌制的碾压混凝土质量优良。
从人工砂颗粒级配、石粉检测方法以及高石粉含量在碾压混凝土中的作用，需要出提新的观点予以重新认识。
由于辉绿岩骨料在大体积碾压混凝土中的应用，无论在国际国内，百色工程均属首例，无经验可供借鉴，因此有必要对辉绿岩人工砂高石粉含量在碾压混凝土中的作用进行深入的研究探讨
2.2辉绿岩石粉研究
2.2.1辉绿岩物理性能
辉绿岩母岩取自人工骨料中的准大石（40～60mm），呈灰绿色块状，辉绿岩物理力学性能试验结果见表1。
表1辉绿岩物理力学性能试验结果
试验
状态
受力
方向
抗拉强度
（MPa）
抗压强度（MPa）
软化
系数
天然含水率（%）
吸水率
（%）
压入硬度值（MPa）
普氏硬度等级
密度
（g/cm3）
风干
任意
6.9
65.2
0.
0.12
0.26
6925
11
3.10
饱和
5.1
51.4
79
2.2.2辉绿岩矿物成分
显微镜鉴定辉绿岩主要由斜长石与辉石及其蚀变物绿泥石、黝帘石等矿物组成。
显微镜观察所得主要矿物成分见表2。
表2显微镜观察所得主要矿物成分
样品
矿物名称
含量（%）
辉绿岩骨料
准大石
斜长石
39
钛铁矿
2
方解石
0.2
普通辉石
35
绢云母
1
褐铁矿、赤铁矿
绿泥石
14
磁铁矿
0.1
磷灰石
<
角闪石
白钛石
0.3
__
黝帘石
6
黑云母
≤0.1
⑴X射线衍射鉴定
图1为辉绿岩的X射线衍射图，主要矿物为普通辉石、钠长石、钾长石、角闪石、透闪石、云母和绿泥石等。
图1辉绿岩的X射线衍射图
⑵粉煤灰X衍射分析
图2是百色工程几种粉煤灰的X衍射分析曲线，从下至上依次为曲靖二级粉煤灰、盘县二级粉煤灰、石门二级粉煤灰和宣威二级粉煤灰。
四种粉煤灰的矿物成分一致，主要是无定型的玻璃体以及α-石英和莫来石。
图2粉煤灰的x-衍射图
2.2.2化学成分
辉绿岩石粉的化学成分见表3。
表3辉绿岩化学成分
样品名称
化学成分（%）
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
R2O
辉绿岩
2.00
45.31
14.80
14.62
9.48
6.29
0.14
0.95
2.82
3.45
注：
碱含量R2O=Na2O+0.658K2O。
⑴颗粒分布。
用筛析法测得的颗粒分布见表4。
用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量频度分布见表5、重量累积分布见表6，对应的图见3和4。
表4用筛析法测得的颗粒分布
筛孔尺寸（mm）
0.16
0.125
0.10
0.08
0.061
0.045
0.038
0.031
＜0.031
分计筛余（%）
1.2
3.7
9.7
15.6
10.2
9.1
8.8
41.7
累计筛余（%）
4.9
14.6
30.2
40.4
49.5
58.3
100
图3用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量频度分布
表5用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量频度分布
粒径范围
（um）
重量频度分布（%）
曲靖
二级粉煤灰
盘县
右江525号
中热水泥
磨细
辉绿岩石粉
0.50
1.79
2.04
2.07
4.50
3.14
1.60
4.67
5.28
5.22
11.48
8.15
2.38
5.67
6.55
5.72
12.25
8.56
3.53
7.59
9.11
6.45
12.60
7.94
5.24
11.44
13.82
8.83
15.94
8.25
7.78
14.19
16.75
10.99
17.96
7.53
11.55
14.91
17.02
13.30
15.53
7.12
17.15
13.98
15.02
15.74
8.14
25.46
11.56
10.22
15.46
8.79
37.79
8.29
3.76
10.88
0.00
9.73
56.09
4.57
0.44
4.63
10.08
83.26
1.28
0.01
0.70
7.67
123.59
0.07
3.69
183.44
1.29
272.31
图4用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量累积曲线（局部）
表6用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量累积分布
重量累积分布（%）
曲靖二级粉煤灰
盘县二级粉煤灰
磨细辉绿岩石粉
6.46
7.32
7.29
15.98
11.29
12.13
13.87
13.01
28.23
19.85
19.72
22.98
19.46
40.83
27.79
31.16
36.80
28.29
56.77
36.04
45.35
53.55
39.28
74.73
43.57
60.26
70.57
52.58
90.26
50.69
74.24
85.59
68.32
98.40
58.63
85.80
95.81
83.78
67.42
94.09
99.57
94.66
77.15
98.66
99.29
87.23
99.94
94.90
98.59
99.88
100.00
2.3辉绿岩人工砂
2.3.1辉绿岩人工砂颗粒级配
水工碾压混凝土施工规范（DL/T5112—2000）规定：
人工砂石粉含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量应通过试验确定。
辉绿岩人工砂颗粒级配见表7，数据表明其颗粒分布特征为：
颗粒级配不连续，呈两极分化，缺乏中间粒级，且石粉含量大。
其中的石粉含量采用干法筛析时为17.7%，采用水洗筛析时为23.6%。
需要说明的是，石粉经水浸泡后静置干燥，可以结成具有相当强度的硬块，手掰脚踹很难粉碎，并且抓取湿辉绿岩人工砂后用水冲洗，手上有明显的滑腻感。
数据同时表明，石粉含量对辉绿岩人工砂的饱和面干吸水率和饱和面干密度影响极大。
这是因为检验时在不断翻拌样品的过程中，水成了辉绿岩人工砂颗粒与石粉中微粉颗粒间的粘结剂。
随着表面自由水的不断蒸发，在外部机械力作用下，微粉颗粒不断向砂粒靠拢，接触更紧密，最终包裹在砂粒表层，成为砂粒的一部分。
所以，测得的饱和面干吸水率，除了因微粉颗粒使人工砂表面积扩大而增加的部分外，还包括微粉粘附砂粒所需薄膜水和毛细管水，故饱和面干吸水率随石粉含量增多而增加。
随之，饱和面干密度随石粉含量增多而下降。
表7辉绿岩人工砂颗粒级配
颗粒级配
细度
模数
FM
饱干
（kg/m3）
石粉含量（%）
10.0
5.0
2.5
1.25
0.63
0.315
干法
水洗
6.5
25.9
15.5
12.1
14.1
8.2
2.83
2.0
2890
17.7
23.6
32.5
48.0
60.1
74.2
82.3
2.3.2辉绿岩石粉化学成分
辉绿岩石粉的化学成分见表8。
表8辉绿岩的化学成分
2.3.3辉绿岩石粉颗粒分布
辉绿岩石粉用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量累积分布见表9。
同时和磨细辉绿岩石粉、水泥及粉煤灰进行了比对试验。
表9用x激光粒度测试仪测得的颗粒重量累积分布
石粉
磨细辉绿岩
盘县二级
粉煤灰
曲靖二级
2.3.4石粉颗粒形貌
为便于比较，同时给出右江525号中热水泥颗粒、辉绿岩人工砂石粉、石灰岩人工砂石粉和花岗岩人工砂石粉在扫描电镜下的形貌照片（见照片1、照片2、照片3、照片4、照片5照片6、照片7、照片8），这四种微粉均为多角形粒状。
辉绿岩石粉、石灰岩石粉和水泥三种颗粒形态相近，花岗岩石粉棱角最分明。
从显微照片看，辉绿岩石粉颗粒十分细小，多数为微米级（见照片2、照片3、照片4）。
原始状态下筛得的辉绿岩石粉，由于受表面分子作用力（范德华力）或静电作用力（生产过程中产生的电荷）的影响，有相互吸引粘结的倾向。
经水润湿后筛得的辉绿岩石粉，由于外部机械作用，颗粒间产生分子粘结力、毛细管粘结力和内摩擦力，粘结成球粒（见照片4）。
而石灰岩石粉和花岗岩石粉则无此现象。
照片1右江525号中热水泥颗粒的SEM照片（noy-b6-5）多角形颗粒。
照片2辉绿岩石粉的SEM照片（noy-b9-4）极细小的多角形微粉颗粒，在空气中极易粘结成团。
照片3经水润湿后筛得的辉绿岩石粉的SEM照片（noy-b8-6）
照片4经水润湿后筛得的辉绿岩石粉的SEM照片（noy-b8-4）其中的微粉颗粒形成较坚实的球粒。
照片5经水润湿后筛得的石灰岩石粉的SEM照片（n150-h（小于0.08mm）-7）颗粒间相互粘附，未形成球粒。
照片6经水润湿后筛得的石灰岩石粉的SEM照片（n150-h（大于0.08mm）-8）多角形颗粒。
照片7经水润湿后筛得的花岗岩石粉的SEM照片（n150-si（小于0.08mm）-5）颗粒间基本彼此独立。
照片8经水润湿后筛得的花岗岩石粉的SEM照片（n150-si（大于0.08mm）-8）多角形颗粒棱角分明。
2.3.5水化产物的扫描电镜分析
照片9～照片12是百色工程碾压混凝土芯样的180d龄期SEM照片。
可以看到，经28d、90d直至180d龄期，一部分粉煤灰颗粒表面逐渐水化，另一部分粉煤灰颗粒起微集料填充作用。
而辉绿岩石粉表面未见生成水化物，在水化产物延伸过程中起支点作用和微集料填充作用。
从百色工程现场钻取的碾压混凝土芯样看，由于辉绿岩石粉微集料填充作用，使得内部结构较致密。
通过对胶砂微观结构的扫描电镜分析，可知辉绿岩石粉颗粒在胶砂中的作用主要是微集料填充作用，同时在水化硅酸钙凝胶的延伸过程中起支点作用。
照片9百色工程碾压混凝土芯样180d龄期的SEM照片（n1162-2-3）
结构相对致密，辉绿岩石粉和粉煤灰颗粒表面被网络状[C—S—H（Ⅱ）]凝胶包围。
照片10百色工程碾压混凝土芯样180d龄期的SEM照片（n1162-2-4）
粉煤灰颗粒表面的水化产物已脱离母体，暴露出的表面又生成新的水化层。
辉绿岩石粉和粉煤灰颗粒同时起微集料填充作用。
照片11百色工程碾压混凝土芯样180d龄期的SEM照片（n1162-3-5）
粉煤灰颗粒表面生成是纤维状水化硅酸钙[C—S—H（Ⅰ）]。
照片12百色工程碾压混凝土芯样180d龄期的SEM照片（n1162-2-1）
辉绿岩石粉起微集料填充作用，表面未附着水化物。
2.4高石粉含量在碾压混凝土中的作用
2.4.1不同石粉含量辉绿岩人工砂
为了研究辉绿岩人工砂石粉含量在碾压混凝土中的作用和性能影响，配制成不同石粉含量（14%～24%）的辉绿岩人工砂。
不同石粉含量的辉绿岩人工砂配制方法为，即把原状辉绿岩人工砂和水按一定质量投入搅拌机内，按设定的时间进行搅拌，然后将石粉浑水从搅拌机中慢慢倒掉
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