張會芝，劉紀峰

(三明學(xué)院建筑工程學(xué)院，福建三明365004)

0 引言

基于工程實際的迫切現(xiàn)實需要，機制砂取代天然河砂配制混凝土已經(jīng)引起了不少學(xué)者和施工單位的重視，并進行了一些卓有成效的研究。文獻[1］研究了機制砂對混凝土各方面性能的影響、石粉的活性效應(yīng)、含泥量對混凝土的影響，認為機制砂混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景;文獻[2］研究了水灰比、砂率、膠凝材料用量、機制砂的級配與細度模數(shù)及含粉量等參數(shù)對全機制砂混凝土性能的影響;文獻[3］研究了重慶地區(qū)全機制砂混凝土的性能，研究結(jié)果表明:機制砂混凝土的收縮率與天然中砂混凝土相差不大，但力學(xué)性能、抗?jié)B性和抗碳化性能均優(yōu)于后者;文獻[4］的研究表明:隨著機制砂比表面積的增大，混凝土拌合物的坍落度減小，但機制砂比表面積對混凝土抗壓強度的影響較小;文獻[5］對機制砂自密實混凝土的各項性能進行了試驗研究;文獻[6］對人工砂及人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀進行了綜述。

南水北調(diào)中線某標段長度5.75 km，標段內(nèi)共有各種建筑物14座，其中包括河渠交叉建筑物2座，左岸排水建筑物2座，渠渠交叉建筑物2座，節(jié)制閘、退水閘各1座，分水口門1座，公路橋4座，生產(chǎn)橋1座。該工程混凝土工程冬季施工部位包括:排水溝倒虹吸管身、排水溝倒虹吸墊層、公路橋樁基、公路橋橋墩橋臺等。由于該標段位于兩地市交界處，位置較為偏僻，一般攪拌混凝土所用的天然河砂不易得到，遠距離運輸價格較高，不經(jīng)濟，同時考慮到開采天然河砂對環(huán)境的不利影響，業(yè)主也要求使用機制砂配制高流動性混凝土。全機制砂混凝土配合比試驗的內(nèi)容包括:CFG樁C10，渡槽槽身C40W8F150，常溫和冬季施工，組合梁、箱梁C50F200泵送和非泵送，空心板、鋪裝層C40F200泵送和非泵送。共計7個配合比，除CFG樁C10配合比使用普通硅酸鹽P.O 42.5水泥，其余配合比均使用普通硅酸鹽P.O 52.5水泥。本文結(jié)合該標段全機制砂混凝土配合比試驗的實測數(shù)據(jù)，研究各參數(shù)對機制砂混凝土性能的影響。

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 原材料檢測

砂為鶴壁市通達石料有限公司生產(chǎn)的機制砂，中砂，細度模數(shù)2.98，表觀密度2 700 kg/m3，堆積密度1 570 kg/m3，石粉質(zhì)量分數(shù)10.2%，無泥塊含量，飽和面干吸水率1.2%，空隙率42%。砂的顆粒級配曲線見圖1。碎石為鶴壁市通達石料有限公司生產(chǎn)，粒徑范圍為5～20 mm、20～40 mm兩級，表觀密度2 700 kg/m3，含泥量0.5%(質(zhì)量比，下同)，壓碎值10.5%，針片狀含量2% ～5%，吸水率0.8%(質(zhì)量比)。粗骨料分5～20 mm和20～40 mm兩級，根據(jù)每級骨料所占的不同比例進行振實，選擇振實密度最大的比例為最佳搭配，采用最大密度法配置后的兩級粗骨料分別占45%和55%。

水泥為河南同力水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5、P.O 52.5普通硅酸鹽水泥;密度為2.94～2.98 g/cm3，細度分別為305 m2/kg和308 m2/kg，其他各項指標符合GB175—1999 標準[7］要求。

圖1 砂的顆粒級配曲線

粉煤灰為安陽電廠生產(chǎn)的F-Ⅰ級粉煤灰，經(jīng)檢測符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[8］中Ⅰ級粉煤灰相應(yīng)的質(zhì)量要求，粉煤灰檢測結(jié)果見表1。外加劑為北京世紀洪雨科技有限公司生產(chǎn)的高效減水劑、復(fù)合防凍劑、引氣劑。外加劑的檢驗項目符合GB 8076—1997《混凝土外加劑》[9］指標要求。

混凝土中的總堿含量按照《南水北調(diào)中線工程工程標準-預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例-試行中的規(guī)定》執(zhí)行，混凝土中的總堿含量不大于2.5 kg/m3。

表1 粉煤灰物理性能檢測結(jié)果 %

1.2 配合比設(shè)計

為了使混凝土的各項性能達到設(shè)計和施工的要求，在設(shè)計混凝土配合比時，綜合考慮混凝土的和易性、強度、耐久性、經(jīng)濟性等方面，按質(zhì)量法設(shè)計混凝土配合比。要求混凝土含氣量控制在4.0% ～6.0%。泵送混凝土的坍落度控制在140～160 mm，C50混凝土的坍落度控制在180～220 mm。粉煤灰等量取代為20%，粉煤灰的超量因數(shù)選1.1～1.2。混凝土密度在2 380～2 440 kg/m3，實測值與設(shè)計密度值之差控制在設(shè)計密度值的±2%之內(nèi)。

依據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(DL/T 5330—2005)[10］、《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)[11］，混凝土的配制強度按下式進行計算

式中，fcu，0為混凝土的配制強度，MPa;fcu，k為混凝土的設(shè)計齡期的強度標準值，MPa;t為概率度因數(shù)，依據(jù)保證率P選定，見表2;σ為混凝土強度標準差，見表3?？紤]到本工程的重要性和復(fù)雜性，C40和C50實際強度標準差σ的取值均比表3值增加0.5 MPa。

表2 混凝土配制強度

表3 混凝土強度標準差 MPa

由于該工程近期的同種混凝土強度無統(tǒng)計資料，根據(jù)工程現(xiàn)場的混凝土原材料、混凝土生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)質(zhì)量控制水平等實際情況，其混凝土強度標準差σ參照《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)、《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5052—1996)[12］、《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》[13］等標準取用，見表3，混凝土配制強度列于表4?；炷翉姸缺ＷC率P選為95.0%，則概率度因數(shù)為1.645。

表4 混凝土配合比及各項性能指標

2 試驗結(jié)果分析

全機制砂混凝土的坍落度和密度、抗壓強度試驗分別依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080—2002)、《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2002)進行。抗?jié)B和抗凍試驗依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)進行，分別對抗?jié)B試件施加相應(yīng)級別的滲水壓力，測試其滲透情況;對抗凍試件凍融循環(huán)至規(guī)定次數(shù)，測試其相對動彈性模量和質(zhì)量損失率。

經(jīng)測試，混凝土的各項性能指標見表4和表5，由表4和表5可知:(1)全機制砂混凝土的坍落度、密度及抗壓強度等指標達到了設(shè)計要求;(2)有抗凍和抗?jié)B要求的全機制砂混凝土的抗凍抗?jié)B性能均達到了設(shè)計要求。下面依據(jù)試驗結(jié)果分析配合比參數(shù)等因素對混凝土強度的影響。

表5 混凝土抗凍抗?jié)B性能試驗結(jié)果

2.1 灰水比與28 d抗壓強度關(guān)系

不同標號機制砂混凝土灰水比和28 d立方體抗壓強度關(guān)系見表6，由表6可知:各種配合比全機制砂混凝土的灰水比與28 d抗壓強度基本為線性關(guān)系，28 d抗壓強度隨灰水比的增大而增大。

2.2 砂率與各齡期抗壓強度關(guān)系

砂率對混凝土7 d和28 d立方體抗壓強度的影響分別見圖2和圖3，由表4及圖2和圖3可知:全機制砂混凝土砂率與各齡期立方體抗壓強度的關(guān)系式可擬合為一階指數(shù)衰減型曲線，7 d和28 d立方體抗壓強度均隨砂率的增加而降低，其中，7 d的立方體抗壓強度和砂率的一階指數(shù)衰減型關(guān)系式為

式中，y為7 d的立方體抗壓強度，MPa;x為砂率，%。

表6 不同標號混凝土灰水比和28 d抗壓強度關(guān)系

28 d的立方體抗壓強度和砂率的一階指數(shù)衰減型關(guān)系式為

式中，y為7 d的立方體抗壓強度，MPa;x為砂率，%。

在表4所示的配合比參數(shù)狀況下，全機制砂混凝土7 d和28 d均隨砂率增大而降低。這個規(guī)律和文獻[2-3］的研究結(jié)論并不相同，原因在于本次試驗所用配合比各參數(shù)均是變化的，而文獻[2-3］使用的是基準配合比，只變動單個參數(shù)，研究其對全機制砂混凝土性能的影響，試驗配合比不同是導(dǎo)致兩者試驗結(jié)果不同的原因。

圖2 砂率和7 d抗壓強度關(guān)系圖

圖3 砂率和28 d抗壓強度關(guān)系圖

2.3 齡期與抗壓強度關(guān)系

各配合比混凝土強度隨齡期的增長曲線如圖4所示，圖4中的序號與表4中序號一致。由圖4可知:在表4所示配合比條件下，7 d齡期全機制砂混凝土的強度可以達到28 d立方體抗壓強度的55% ～84%，其中，C10混凝土的7 d強度增長較慢，為28 d強度的55% ～56%;6組、9組、13～15組的強度增長較快，7 d強度為28 d強度的81% ～84%，其余各組7 d強度為28 d強度的76% ～79%，增長相對較快。

3 結(jié)論與建議

圖4 齡期和抗壓強度關(guān)系圖

3.1 結(jié)論

(1)各種配合比全機制砂混凝土的灰水比與28 d抗壓強度基本為線性關(guān)系，28 d抗壓強度隨灰水比的增大而增大。(2)全機制砂混凝土砂率與各齡期立方體抗壓強度的關(guān)系式可擬合為一階指數(shù)衰減型曲線，在試驗所用配合比條件下，7 d和28 d立方體抗壓強度均隨砂率的增加而降低。但砂率單參數(shù)對全機制砂混凝土抗壓強度的影響有待于進一步試驗研究。(3)C10混凝土的7 d強度為28 d強度的55% ～56%，其余各配合比的混凝土7 d強度為28 d強度的76% ～84%。(4)全機制砂混凝土的坍落度、密度、抗壓強度、抗凍和抗?jié)B等指標達到了設(shè)計要求，能滿足工程應(yīng)用。

3.2 建議

在前期試驗基礎(chǔ)上，建議各設(shè)計指標的全機制砂混凝土配合比按表7選取。

表7 全機制砂混凝土配合比建議表

(1)所選CFG樁C10混凝土配合比，主要考慮混凝土的和易性、泵送性及滿足配制強度15.8 MPa要求。(2)所選渡槽槽身C40W8F150混凝土配合比，滿足配制強度49.0 MPa要求，滿足GB 50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[14］規(guī)定水膠比不大于0.50，滿足抗凍、抗?jié)B性能要求，滿足混凝土拌合物性能要求。(3)所選空心板、鋪裝層C40F200混凝土配合比，滿足配制強度49.0 MPa要求，滿足抗凍性能要求，滿足混凝土拌合物性能要求。(4)所選組合梁、箱梁C50F200混凝土配合比，滿足配制強度59.9 MPa要求，滿足抗凍性能要求，滿足混凝土拌合物性能要求。

[1]鄭忠雙.機制砂混凝土應(yīng)用研究現(xiàn)狀及存在問題分析[J］.重慶建筑，2011(3):37-40.

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[12]電力工業(yè)部西北勘測設(shè)計研究院.DL/T 5052—1996水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國電力出版社，1997.

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