石屑人工砂及人工砂混凝土在惠州抽水蓄能电站工程的应用.pdf

第 6期 2 0 1 4年 6月 广东水利水电 GUANGD0NG W ATER RES0URCES AND HYDR0P 0W ER No 6 J u n 2 0 1 4 石屑人工砂及人工砂混凝土在惠州 抽水蓄能电站工程的应用 术 谢 鸿 ，王 立华 ，钟 华 ，刘 佳 ( 1 中国水利水电第十四工程局有限公 司广东分公司，广东 广州 5 1 0 8 0 0； 2 广东省水利水电科学研 究院，广东省水利重点科研基地 ，广东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 ：在 惠州抽水蓄 能电站施 工过 程 中，研 究利 用碎石 系统 的花 岗岩石 屑 生产人 工砂 ，并用 于水道 混凝 土，取 得 成 功。石屑生产人工砂 1 4 5 3万m ，各项品质指标合格，质量稳定；浇筑常态混凝土2 8 2万 m ，各项性能指标满足设计 要求。与河砂混凝土相比，石屑人工砂混凝土含气量和泌水率较小，强度较高，单价较低 ，节省投资4 7 2万元。实践表 明，利 用石屑 生产人工砂 浇筑混凝 土 ，既 可避 免河砂 过度开采 ，节约 资源，保护 河堤 ，保护环境 ，又能节省投 资。 关键词 ：石屑人 工砂 ；混凝土 ；性 能 ；应用 中图分类号：T V 4 3 1 文献标志码：B 文章编号：1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 4 ) 0 60 0 6 0 0 4 1工程概 况 惠州抽水蓄能 电站位于广东省 惠州市博罗县 ，距 深圳市 7 7 k m，距广州 1 1 2 k m，为高水头大容量纯抽 水蓄能电站 ，服务于广东省电网。上库正常蓄水位 为 7 6 2 1 1 1 ，死水位为 7 4 0 m，调节库容为 2 7 4 0万 m ；下 库正常蓄水位为 2 3 1 IT I ，死水位为 2 0 5 r n ，调节库容为 2 7 6 7万 IT I ，装 机 容 量 为 2 4 0 0 MW，平 均 水 头 为 5 3 2 4 0 1 1 1 。蓄能容量为 3 4 0 6 5 3 MW h 。到设计水平 年 2 0 1 0年 ，年发电量为 4 5亿 k W - h ，年抽水 耗电量 为 6 O 0 3亿 k W h 。水库为周调节。 惠州抽水蓄能电站是在广东省 内兴建 的第二座大 型抽水蓄能电站 ，它的建设是广东 电源优化调整的必 然选择 ，也是“ 西电东送” 的必要配套工程 。建设单位 为广东蓄能发电有限公司。投资方为广东省广电集团 公司、广东核电投资公司和国家开发投资公司 ，由广 东省水利电力勘测设计研究院负责设计 。 惠州抽水 蓄能 电站 枢纽布置及 水工建筑 物包括 ： 上 水 库 ，总 库 容 为 3 1 7 1万 m ，调 节 库 容 为 2 7 4 0万 1T I 。设计 1座主坝和 4座副坝 ，主坝采用全 断面碾压混凝土重力坝 ，坝顶长为 1 5 6 1T I ，最大坝高 为 5 6 1 m，重力 坝段坝顶 高程为 7 6 4 3 6 m。 下水 库 ，总库容 为3 1 9 1 万 m ，调节库容 为 2 7 6 7万 H I 。 设计 1 座主坝和 1座副坝 ，主坝采用全断面碾压混凝 土重力坝 ，坝顶长为 4 2 0 m，最大坝高为 6 1 1 7 lq l ，重 力坝段坝顶高程为2 3 4 9 6 IT I 。输水系统，枢纽中布 置 2套输水系统 ，采用 1管 4机供水方式。厂房 系 统。建设过程 中，碎石 系统 每天产 生约 2 0 0 4 0 0 IT I 的石屑 ，石屑堆放需要大量 占地 ，必须支付征地费用 ； 运到堆场 ，需要运输费用 ；同时污染环境 ，需要采用 工程措施 以减小这种影响，需 要工程 费用。建设单位 将石屑进行破碎 、筛分 、调整级配后 ，在水道混凝土 中成功应用 ，取得 良好的经济效益和工程质量 。 2原材 料 惠州抽水蓄能电站人工砂混凝土所用 原材料包括 广州越堡水泥厂“ 金羊牌” P 0 4 2 5 R，物理性 能见表 1 ；东莞沙角电厂 I 级煤灰，物理性能见表 2 ；外加剂 为意大利 马贝 S xC l ，检 验结果 见表 3；地表 山溪 水 ；碎石系统石屑人 工砂 ，细度模 数在 2 53 1之 间 ，试验用砂细度模数 F M 为 2 9 ，物理性能 见表 4； 东江河河砂细度模数 F M在 2 6 3 0之间 ，试验用砂 细度模数 F M 为 2 8 ，物理性能见表 5 ；粗集料为花 岗 岩碎石 ，二级配为 5 2 0 m m、2 0 4 0 m m。 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 4 1 0 ；修 回日期 ：2 0 1 4 0 5 04 作者简介：谢鸿( 1 9 6 6 ) ，本科， 从事水工大体积混凝土研究及工程质量检测研究。 本项 目由广东省水利厅资助 ，项 目编号 2 0 0 6 1 0 。 6 0 2 0 1 4年 6月 第6期 谢鸿。等：石屑人工砂及人工砂混凝土在惠州抽水蓄能电站工程的应用 N o 6 J u n 2 0 1 4 品质指标 检测值 1 2 5 2 5 3 4 结论 检测项 目符合 D L T 5 0 5 51 9 9 6标准要求 9 5 9 3 3 1 O 3 从图 1可 知 ，人 工 砂 2 5 m m 的 累 计 筛 余 为8 9 8 稍低于下限( 9 0 ) ，颗粒级配组成一般。 3 0 4 ，稍超出上限( 2 5 ) ；0 1 6 m m的累计筛余为 1 0 0 8 O 6 0 撰 砥；4 0 2 0 O 一一 一 一。 。 ， ， 。 。 一 r ， 一 _ 一 5 2 5 1 _ 2 5 063 0_31 5 筛孑 L 尺寸 mm 人工砂颗粒级配曲线 - 中砂下限 图 1 人 工砂颗粒 级配 曲线示意 表 5 东江河砂检验成果 0 1 6 中砂上限 61 2 0 1 4年 6月第 6期 广东水利水电 N o 6 J u n 2 0 1 4 从图 2可知 ，东江河砂属中砂 ，0 3 1 5 m m累计筛 余率为 9 1 6 3 ，含量偏多 ，小于 0 1 6 m m 的细颗粒 含量仅为 2 左右 ，颗粒级配组成不 良。 l 0 o 8 0 6 0 坚4 o 噩 jj 2 0 0 -一 。 ， _1 。 l ， l - 。 - ， 5 2 5 1 2 5 0 6 3 O3l 5 O 1 6 筛孑 L 尺寸 m m ， 中砂下限 中砂上限 累计筛余曲线 图 2东江河砂颗粒级 配曲线示 意 3混凝土试验结果 东江河 砂 细 度 模 数 在 2 63 0间 波 动 ，小 于 0 1 6 m m的细颗粒含量仅 2 左右，虽属 中砂 ，但 颗 粒级配组成不 良，增大了细骨料 的空隙率 ，需较多的 胶材浆体包裹和填充 ，这对混凝 土拌 合物的施 工 ( 泵 送) 性能造成一定的影 响 ，为满足混凝土拌合物性 能 及成型外观质量的要求 ，配合 比设计时采用 3 5 粉煤灰代砂的技术方案 ( 见表 6 ) 。 惠蓄电站碎石系统生产 的人工砂颗粒级配组成一 般 ，细度模数为 2 9 ，石粉含量为 4 一1 2 ，当坍落 度相同时 ，人工砂混凝土 的砂率较河砂混凝土大 2 左右，单位用水量多 1 4 k g m 左右，这主要 由于人工 砂 颗 粒 表 面 粗 糙 ，且 石 粉 含 量 较 高 ，比表 面 积 较 大 j ，需要更多的水份和水泥浆润湿、包裹细骨料 的表面 ，同时人工砂颗粒尖锐 ，相互之间存在搭桥等 作用 ，对相邻颗粒的运动存在阻碍作用 ，从 而增加 了 单位用水量 。 当坍落度相同时，人工砂混凝土拌合物的含气量 和泌水率较河砂混凝土低 ，和易性和可泵性较优 ，湿 表观密度相 同。人工砂颗粒棱角尖锐 ，对气泡具有刺 破的作用 ，不利于气泡稳定 ，导致混凝土 中含气量减 小 ，提高混凝土 的强度。人工砂含有一定 量 的石粉 ， 比表面积大，混凝土 中水份逸 出相对 困难 ，从而能减 小新拌混凝土的泌水率 ，改善混凝土的泌水性 ，同时 混凝土的粘性增加 ，不容易产生流浆和离析现场 ，改 善混凝土的凝聚性和可泵性能，以提高混凝土 的施工 性能。 当水胶比相同时 ，人工砂 混凝土 7 d和 2 8 d龄期 强度分别为 3 8 2 MP a和 5 0 4 MP a ，河砂混 凝土强度 分别为 3 4 2 M P a和 4 6 8 M P a ，考虑粉煤 灰代砂 的增 强作用 ，人工砂混凝土比河砂混凝土 7 d和 2 8 d强度 分别高 1 5 和 1 2 。当坍落度和强度相同时 ，人工砂 混凝土的水泥用量较河砂混凝土约少 7 k g n l ，这主要 是由于人工砂颗粒表面粗糙 ，改善了与水泥浆体之间的 粘结效果 ，从而增大混凝土的强度 ，同时 ，人工砂 的含 气量较低 ，也可提高混凝土的强度( 见表 7 ) - 5 。 表 6 混凝土配合 比 注 ： 1号配合比用 东江河砂 ，s xc l掺量为胶凝材料用量的 0 6 ；2号配合比用 人工砂 ，s xc l掺量为胶凝材料用量的 0 7 粉煤灰掺量为胶材用量的 1 5 ，其 中 1号配合 比中的“ 粉煤灰代砂” 为 3 。 表 7混凝土性能试 验成 果 4混凝土施工质量控制与评价 人工砂混凝土施工质量控制措施 ： 1 )合理优化混凝土施工配合比，严格控制混凝土 拌合物的坍落度 、和易性 、泌水率等性能指标 ，这不 仅有利于混凝土施工 ，也 利于保证混凝 土外观 的成型 质量。 6 2 2 )建立严格的混凝土施工开仓制 ，由质量管理部 和生产部对施 工过程各 道工序进行施工检查 和监 控 ， 严格按照施工技术规范和质量要求精心组织施工 ，确 保混凝土施工质量 。 3 )根据混 凝土施工部 位的特性合理布 控入仓下 料 、平仓 、振捣 ，重视混凝土振捣工艺，提高混凝土 2 0 1 4年6月 第6期 谢鸿。等：石屑人工砂及人工砂混凝土在惠州抽水蓄能电站工程的应用 N 0 6 J u n 2 0 1 4 的内部密实性和表面质量 。采用人工振捣 ，振捣时快 插慢拔 ，间距在 4 0 c m 以内，时间为 5 06 O s ，仓内 混凝土不再显著下沉，上冒气泡排除且表面泛浆为止， 插人下层混凝土5 e lT I 左右，保证上下层混凝土结合良 好 ，以提高混凝土的施工质量 。 4 )在混凝土初凝之前及时抹面、压光 。抹面必须 采用混凝土原浆 ，严禁人工拌砂浆抹面。 5 )混凝土终凝后及时洒水养护，且仓 内混凝土全 天保持湿润 。 6 )混凝土经机 口和仓面取样 ，标准养护至试验龄 期 ，进行抗压强度试验 ，保证混凝土的强度 满足规范 和设计要求 。 本工程应用石屑人工砂 1 4 5 3万 m ，施工浇筑人 工砂混凝土 2 8 2万 m ，机 口和仓面取样成型混凝 土 试件 3 1 2 5组 ，标准养护至 2 8 d龄期进行抗压强度试 验，强度保证率不小 于 9 0 。 8 ，混凝土施工分部工程 评定优 良率 8 6 5 ，混凝土实体外观整洁 、平整 、密 实、色泽均匀 、无严重缺陷，一般缺陷在 规范允许范 围内，混凝土质量验收全部符合设计 、规范要求 。 5 石屑人工砂的经济性评价 惠蓄抽水蓄能电站的东江河砂采购价为 3 7 5 i n ， 石屑人工砂 的生产成本约为 1 8 m 。如果石屑作为 建筑垃圾废弃 ，运距为 1 5 k m，运输费约为 1 1 in ， 堆场征地 、建设 费用 约为 2 f Jm ，石 屑人工砂节约 投 资 约 为 3 2 5 m ，本 工 程 应 用 石 屑 人 工 砂 1 4 5 3万 I n ，总计节省投资为 4 7 2万元。 实践表明 ，利用石 屑加工混凝土用人工砂 ，在技 术上是可行的 ，在经济上是合理 的，既可避免河砂过 度开采 ，从而可保护河堤 、节约资源 、减小石屑堆场 对环境的二次污染 ，既可保护环境 ，又能节省工程投 资，改善工程投资效益 ，做到社会效益 、生态效益和 经济效益协调统一 ，值得推广。 惠州抽水蓄能 电站碎石系统石屑人工砂采用非专 业制砂设备生产 ，人工砂细度模数波动较大，建议在 石屑人工砂生产过程中采用具有整形能力的制砂设备 ， 将细度模数控制在 2 42 8的范围内，有利于进一步 改善混凝土I 生能。 6结语 惠蓄抽水蓄能电站利用碎石系统石屑生产人工砂 1 4 5 3万 In ，各项 品质指标合格 ，质量基本稳定 ；浇 筑常态混凝 土 2 8 2万 m ，混凝土质量 良好 ，强度保 证率不小于 9 0 8 ，混凝土施工分部工程评定优 良率 8 6 5 。石屑人工砂代替河砂 ，单价较低 ，节省石屑 堆场占地的征地费用 以及石屑的运输费用 ，节省投资 4 7 2万元 。 利用石屑生产人工砂浇筑混凝土技术可行 ，经济 合理 ，人工砂和人工砂 混凝土质量稳定 ，性能可靠 。 既可避免河砂过度开采 ，节 约资源 ，保 护河堤 ，保 护 环境 ，又能节省投资 ，实现了社会效 益、生态效 益和 经济效益的统一。 参考文献 ： 1 王立华，詹镇峰，刘佳基于 D I P技术的灰岩、砂岩、 花岗岩人工砂的粒形特征比较研究 J 水力发电学报 ， 2 0 1 4 ，3 3 ( 1 ) ：1 6 1 1 6 5 2 王立华，陈理达，詹镇峰，等石粉含量对人工砂胶砂 性能的影响 J 广东水利水电，2 0 1 3 ( 3 ) ：1 3 3 王立华，陈理达，詹镇峰，等人工砂与河砂混凝土抗 裂性研究 J 中国农村水利水 电，2 0 1 3 ( 8 ) ：9 91 0 2 4 王立华，刘佳，钟华人工砂岩性和石粉含量对混凝土性 能的影响 J 水力发电学报，2 0 1 4 ，3 3 ( 1 ) ：1 6 61 7 0 5 王立华，杨永 民，刘佳 ，等人工砂高性能混凝土研 究 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ：1 2 61 2 9 ( 本文责任编辑马克俊 ) App l i c a t i o n o f St o n e Ch i p M a n uf a c t u r e d Sa n d a n d Co n c r e t e t o Hui z h o u Pu mpe d S t o r a g e P o w e r S t a t i o n P r o j e c t XI E Ho n g ，WANG L i h u a ，Z HONG Hu a ，L I U J i a ( 1 S i n o h y d r o B u r e a u 1 4 C O ， L T D， G u a n g z h o u 5 1 0 8 0 0 ， C h i n a ； 2 G u a n g d o n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ， G u a n g d o n g P r o v i n c i a l K e y S c i e n t i f i c R e s e a r c h B a s e ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e ma n u f a c t u r e d s a n d ma d e f r o m g r a n i t e s t o n e c h i p o f g r a v e l p r o d u c t i o n s y s t e m i S u s e d s u c c e s s f u l l y f o r c h a n n e l c o n c r e t e i n Hu i z h o u p u m p e d s t o r a g e p o w e r s t a t i o n p r o j e e t T h e m a n u f a c t u r e d s a n d i s ma d e for 1 4 5 3 0 0 m ， w i t h q u a l i f i e d a n d s t a b l e q u a l i t y T h e ma n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e i s u s e d for 2 8 0 0 0 0 m w h o s e p e r f o r ma n c e me e t s t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s C o mp a r e d w i t h t h e fi v e r s a n d c o n c r e t e ，t h e ma n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e h a s s ma l l e r g a s c o n t e n t ，s ma l l e r b l e e d i n g r a t e，h i g h e r s t r e n g t h a n d l o w e r p r i c e t h e u s e o f c o n c r e t e c o mp r i s e o f ma n u f a c t u r e d s a n d ma d e f r o m s t o n e c h i p c a n a v o i d o v e r e x p l o i t a t i o n o f r i v e r s a n d，e o n s e r v e r e s o u r c e s ， pr o t e c t e mba n kme n t ，Pr o t e c t e n v i r o n me nt ，a n d s a v e i n v e s t me n t Ke y wo r d s ：t h e ma n u f a c t u r e d s a n d ma d e fr o m gra n i t e s t o n e c h i p；c o n c r e t e ；p e rf o rm a n c e；p r a c t i c e 6 3