甘再水电站4#灰岩料场中碳泥工程特性初步研究

温春玉,胡克功

(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,甘肃兰州 730050)

甘再水电站4#灰岩料场中碳泥工程特性初步研究

温春玉,胡克功

(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,甘肃兰州 730050)

碳泥在建材领域是首次遇到,关于其物理、化学、工程等各种性质的研究是一片空白,对柬埔寨甘再水电站4#料场出露的碳泥的地质特征及对混凝土性质的影响,通过实验的方法,进行对比试验,结合以往国内对混凝土的研究,提出碳泥作为建材的混入料在应用过程中应谨慎对待。

碳泥;灰岩料场;抗压强度;初凝;用水量;含气量;水电站

0 引言

甘再水电站位于柬埔寨王国贡布省西南部,是中国水电建设集团公司在国外的BOT项目,项目的投资建设受到参建各方积极的关注与重视,其中4#灰岩料场为前期勘测阶段所选备用料场,经柬埔寨政府指定使用。2009年5月初,当料场上部强风化灰岩剥离开采后,在弱风化灰岩中出露了碳泥夹层,在局部较为集中,因碳泥[1]在国内料场中从未曾遇见过,为慎重起见,充分利用现场各种实验手段对其进行了研究。

1 地质特征

甘再水电站4#料场地处热带季风气候区域,雨季、旱季分明;经地层对比初步确定出露地层为侏罗系中统微晶灰岩,属侵蚀性地貌;区内地层稳定,据工程招标文件及其最新研究成果,50年超越概率10%的峰值地面地震加速度为0.02～0.04g,属历史地震活动低—非常低。

4#料场灰岩呈厚层状—巨厚层状,灰岩为微晶灰岩,呈浅灰黑色,岩质坚硬;4#料场可分两个区:主料场区和备用料场区,其分别为两个独立小山包,主料场区内发育一条小背斜,另发育数条高倾角断层,岩体风化程度较浅;备用料场区岩体呈单斜构造,岩体多呈深卸荷,卸荷裂隙发育,岩体风化程度较主料场深。

后经补充钻孔勘探揭露碳泥主要发育于4#料场主料场区内,备用料场补充的钻孔中未出露碳泥;在主料场区碳泥主要出露于裂隙(见图1)、断层、断层影响带及背斜的核部,同时,在垂直方向上表现为越向地下碳泥含量越高,岩体风化越强烈碳泥含量越低(强风化岩体内基本未见到碳泥)的分布特征;出露碳泥呈黑褐色—棕褐色,其硬度随泥质含量变化,泥质含量越高则硬度越低,易成粉末状(见图2),不溶于水,在水中易成悬浮状;含泥量较高时呈团块状或层块状(见图3),易污手;因碳的吸附作用,其间夹有少量黄铁矿等矿物小颗粒。

图1 裂隙中发育的碳泥Fig.1 Carbonaceousmud rock in fissure

图2 粉末状碳泥Fig.2 Powder of carbonaceousmud rock

图3 团块状碳泥Fig.3 Cube of carbonaceousmud rock

2 混凝土试验

含碳泥灰岩较灰岩易破碎,现场生产过程碳泥易进入人工砂及人工石粉,从而影响混凝土的特性。

根据现场实际条件,对含碳泥灰岩进行了各种对比试验。

2.1 岩体物理力学试验

现场实验室对料场不同部位进行取样,试验结果如表1。

表1 力学实验成果表Table 1 Result table ofmechanics test

2.2 混凝土原材料实验

(1)石粉物理性质实验 实验中正常石粉为由现场使用的雷蒙机生产,碳泥为实验室内研磨制成,结果如表2。

表2 石粉物理性质影响实验对比表Table 2 Compared table of physics quality about rock-powder

试验结果表明碳泥颗粒比表面积较大,随碳泥含量的增加,需水量比同时增大,表观密度逐渐降低。

(2)砂石骨料物理性质实验 ①人工砂实验:本实验区分是否含碳泥,主要以肉眼观察为主,其颜色较正常砂深者为含碳泥砂;其实验结果如表3。

从试验结果看,含碳泥砂饱和面干密度较小,仅为2.19 g/cm3,吸水率显著增大,<0.08 mm的颗粒含量明显增多。

②人工粗骨料实验:本实验含碳泥灰岩粗骨料,计数法检测为8%,其实验结果如表4。

本次实验中所采用柬埔寨产KTC TYPEⅠ型水泥、中国广西田东电厂Ⅱ级粉煤灰和外加剂(包括ZB-1RCC缓凝高效减水剂、GK-4A缓凝高效减水剂、TG-1A引气剂),经检测均满足中国相关规范要求;在外加剂与含碳泥混凝土适应性的试验中,发现碾压混凝土中含气量较低,对混凝土的抗冻性带来不利影响,但考虑甘再水电站地处热带,常年气温在23℃以上,其抗冻性基本可不用考虑。

表3 人工砂物理性质影响实验对比表Table 3 Compared table of artificialminerals physics quality

表4 人工粗骨料物理性质影响实验对比表Table 4 Compared table of artificial skeletal soil physics quality

从实验结果看,碳泥对粗骨料物理性质影响较小。

2.3 含碳泥灰岩骨料对混凝土性能影响的实验

本次实验结合甘再水电站施工特点,分别采用现场生产的含有碳泥的石粉完全代替粉煤灰和碾压混凝土中掺20%粉煤灰加40%石粉的方案进行,其实验结果汇总如表5。表中1为掺和50%石粉的碾压混凝土,2为掺和20%粉煤灰和40%石粉的碾压混凝土,3为掺和30%石粉的常态混凝土,4为掺和30%粉煤灰的常态混凝土。

表5 含碳泥石粉对混凝土性能影响对比表Table 5 Compared table of rock-powderwith carbonaceousmud rock-cement quality

2.4 灰岩骨料、含碳泥灰岩骨料、碳泥骨料对比试验

本实验统一采用基准水胶比0.53、石子级配6∶4、粉煤灰掺和量20%的标准进行,其实验结果如表6。

表6 各骨料混凝土性能试验对比表Table 6 Compared table of quality test about skeletal cement

实验结果表明随着骨料中碳泥含量的增加,用水量也在不断增加,含气量则下降,混凝土凝结时间则缩短。

3 总结

(1)黑褐色碳泥硬度较低,易破碎成粉末状,不溶于水,其分布特征与岩体风化、地质构造的发育相关,强风化岩体内发育较少,裂隙、断层、断层影响带、构造挤压带等地质构造带内较发育,因碳粒的吸附作用,碳泥中多吸附有其他矿物颗粒。

(2)碳泥对混凝土细骨料品质影响较明显,对石粉的影响主要表现为比表面积的显著增加和需水比的增加,对人工砂的影响主要为吸水率的显著增大、细度的减小和<0.08 mm颗粒的增多;对混凝土粗骨料影响有限。

(3)利用含碳泥石粉替代粉煤灰实验中,揭示碾压混凝土较粉煤灰混凝土其抗压强度初期增加较快,随时间推移,较粉煤灰混凝土其抗压强度增加幅度将减小;在常规混凝土中,含碳泥混凝土的含气量较粉煤灰混凝土要低,其抗压和抗拉强度均低于粉煤灰混凝土。

(4)在对正常骨料、含碳泥骨料和碳泥骨料对比试验中,揭示随着骨料中碳泥含量的增加,用水量同步增加,含气量则降低,而混凝土的凝结时间则缩短。

(5)因碳泥较强的吸附性和易碎性,以致在施工过程中不易从细骨料中清除干净,在工程施工过程中对肉眼分辨碳泥含量较高的细骨料应予以抛弃,在主体建筑工程施工时,不宜采用含有碳泥细骨料生产混凝土,在非主体建筑工程施工时应慎用,并及时检测混凝土各项指标,同时调整各项参数。

总之,对于碳泥的研究现处于初步阶段,许多实验需要长时间的观测与评价,随着时间的推移,对碳泥的各项特性的研究及其应用前景必将有更广泛的发展。

[1] GB/T 17412.2—1998,中华人民共和国国家标准岩石分类和命名方案[S].

(责任编辑:于继红)

Prel iminary Study on Engineering Characteristics of Carbonaceous Mud Rock in 4#Quarry Area of Kamchay Hydroelectric Power Station

WEN Chunyu,HU Kegong
(Hydrochina X ibei Engineering Corporation,Lanzhou,Gansu710065)

Carbonaceousmud rock is first appeared in the buildingmaterials field,the study on its characteristics such as physical,chemical and engineering is a blank work atpresent.This article only studies on geological characteristicsof the carbonaceousmud rock which exposed in 4#quarry area of Kamchay hydropower Cambodia and the influence to the concrete properties.

carbonaceous mud rock;quarry area;compressive strength;initial setting time;water consumption;gas content;hydroelectric power station

TV742

A

1671-1211(2010)05-0470-03

2010-07-01;改回日期:2010-08-09

温春玉(1976-),男,工程师,地质专业,从事水利水电工程地质勘察工作。E-mail:422401304@qq.com