第３４卷第１期河南科技大学学报：自然科学版ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＶ０１．３４Ｎｏ．１２０１３年２月Ｆｅｂ．２０１３文章编号：１６７２—６８７１（２０１３）０１—００６４—０５南水北调某标段全机制砂混凝土配合比试验张会芝，刘纪峰（三明学院建筑工程学院，福建三明３６５００４）摘要：南水北调中线某标段位置较为偏僻，用于混凝土细骨料的天然河砂在当地不易得到，远距离运输既不经济又不环保。为解决混凝土用砂问题，在对机制粗骨料、机制砂级配、水泥、外加剂等各项指标检测合格的基础上，采用不同配合比制配不同强度等级、不同坍落度及抗冻、抗渗性能要求的全机制砂混凝土，对各项指标进行了测试，对灰水比与２８ｄ强度、砂率和各龄期强度、强度随龄期增长等指标进行了探讨。研究结果表明：全机制砂混凝土能达到施工坍落度、可泵性及强度、抗冻、抗渗等各项性能的指标，砂率和胶水比对各龄期强度影响较为明显。用全机制砂混凝土具有经济和环保的双重效益。关键词：南水北调；全机制砂；混凝土配合比；试验中图分类号：ＴＵ５２８．５９文献标志码：Ａ０引言基于工程实际的迫切现实需要，机制砂取代天然河砂配制混凝土已经引起了不少学者和施工单位的重视，并进行了一些卓有成效的研究。文献［１］研究了机制砂对混凝土各方面性能的影响、石粉的活性效应、含泥量对混凝土的影响，认为机制砂混凝土具有广阔的应用前景；文献［２］研究了水灰比、砂率、胶凝材料用量、机制砂的级配与细度模数及含粉量等参数对全机制砂混凝土性能的影响；文献［３］研究了重庆地区全机制砂混凝土的性能，研究结果表明：机制砂混凝土的收缩率与天然中砂混凝土相差不大，但力学性能、抗渗性和抗碳化性能均优于后者；文献［４］的研究表明：随着机制砂比表面积的增大，混凝土拌合物的坍落度减小，但机制砂比表面积对混凝土抗压强度的影响较小；文献［５］对机制砂自密实混凝土的各项性能进行了试验研究；文献［６］对人工砂及人工砂混凝土的研究现状进行了综述。南水北调中线某标段长度５．７５ｋｍ，标段内共有各种建筑物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，节制闸、退水闸各１座，分水口门Ｉ座，公路桥４座，生产桥１座。该工程混凝土工程冬季施工部位包括：排水沟倒虹吸管身、排水沟倒虹吸垫层、公路桥桩基、公路桥桥墩桥台等。由于该标段位于两地市交界处，位置较为偏僻，一般搅拌混凝土所用的天然河砂不易得到，远距离运输价格较高，不经济，同时考虑到开采天然河砂对环境的不利影响，业主也要求使用机制砂配制高流动性混凝土。全机制砂混凝土配合比试验的内容包括：ＣＦＧ桩ｃ１０，渡槽槽身Ｃ４０Ｗ８Ｆ１５０，常温和冬季施工，组合梁、箱梁Ｃ５０Ｆ２００泵送和非泵送，空心板、铺装层Ｃ４０Ｆ２００泵送和非泵送。共计７个配合比，除ＣＦＧ桩ｃ１０配合比使用普通硅酸盐Ｐ．０４２．５水泥，其余配合比均使用普通硅酸盐Ｐ．０５２．５水泥。本文结合该标段全机制砂混凝土配合比试验的实测数据，研究各参数对机制砂混凝土性能的影响。１１．１原材料及配合比设计原材料检测砂为鹤壁市通达石料有限公司生产的机制砂，中砂，细度模数２．９８，表观密度２７００ｋｇ／ｍ３，堆积密ｍｍ两级，表观度１５７０ｋｇ／ｍ３，石粉质量分数１０．２％，无泥块含量，饱和面干吸水率１．２％，空隙率４２％。砂的颗粒级ｍｍ、２０～４０配曲线见图１。碎石为鹤壁市通达石料有限公司生产，粒径范围为５～２０基金项目：福建省自然科学基金项目（２０１０Ｊ０５１１）；福建省高校服务海西重点基金项目（ＨＸ２００８０２）作者简介：张会芝（１９８１一），女，河南太康人，讲师，硕士，研究方向为高性能混凝土材料．收稿日期：２０１２—０５一１２万方数据第１期张会芝等：南水北调某标段全机制砂混凝土配合比试验７００・６５・密度２ｋｇ／ｍ３，含泥量０．５％（质量比，下同），压碎值１１０．５％，针片状含量２％～５％，吸水率０．８％（质量比）。粗骨料分５—２０ｍｍ和２０～４０ｍｍ两级，根据每级骨料所占的不同比例进行振实，选择振实密度最大的比例为最佳搭配，采用最大密度法配置后的两级粗骨料分别占４５％和５５％。盖鬈ｔ矗鑫４２．５、Ｐ．Ｏ水泥为河南同力水泥有限公司生产的Ｐ，Ｏ５２．５普通硅酸盐水泥；密度为２．９４～２．９８ｇ／ｃｍ３，细度分别为３０５ｍ２／ｋｇ和３０８１１１２／ｋｇ，其他各项指标符合ＧＢｌ７５—１９９９标准‘７。要求。粉煤灰为安阳电厂生产的Ｆ—Ｉ级粉煤灰，经检测符合ＧＢ／Ｔ∞如舳加∞如∞如幻５．０００２．５００１．２５００．６３００．３１５粒径／ｍｍ图１砂的颗粒级配曲线０．１６０筛底１５９６－－２００５（ｍ于水泥和混凝土中的粉煤灰》…中Ｉ级粉煤灰相应的质量要求，粉煤灰检测结果见表１。外加剂为北京世纪洪雨科技有限公司生产的高效减水剂、复合防冻剂、引气剂。外加剂的检验项目符合ＧＢ８０７６－－１９９７（（混凝土外加剂》…指标要求。混凝土中的总碱含量按照《南水北调中线工程工程标准．预防混凝土工程碱骨料反应技术条例一试行中的规定》执行，混凝土中的总碱含量不大于２．５１．２配合比设计为了使混凝土的各项性能达到设计和施工的要求，在设计混凝土配合比时，综合考虑混凝土的和易性、强度、耐久性、经济性等方面，按质量法设计混凝土配合比。要求混凝土含气量控制在４，０％～６．ｏ％。泵送混凝土的坍落度控制在１４０～１６０ｍｍ，Ｃ５０混凝土的坍落度控制在１８０～２２０ｍｍ。粉煤灰等量取代为２０％，粉煤灰的超量因数选１．１～１．２。混凝±密度在２度值之差控制在设计密度值的±２％之内。依据《水工混凝土配合比设计规程》（ＤＬ／Ｔ５３３０－－２００５）¨…、《水工混凝土施工规范》（ＤＬ／Ｔ５１４４—２００１）¨“，混凝土的配制强度按下式进行计算工㈣＝工。，ｋ＋ｔＯ＂，（１）３８０～２４４０ｋｇ／ｍ３。表１粉煤灰物理性能检测结果％ｋｇ／ｍ３，实测值与设计密式中Ｚ。．。为混凝土的配制强度，ＭＰａ；丘“为混凝土的设计龄期的强度标准值，ＭＰａ；ｔ为概率度因数，依据保证率Ｐ选定，见表２；ｏｒ为混凝土强度标准差，见表３。考虑到本工程的重要性和复杂性，Ｃ４０和Ｃ５０实际强度标准差盯的取值均比表３值增加０．５ＭＰａ。表２混凝土配制强度强度标准差值≤Ｃ１５Ｃ２０一Ｃ２５Ｃ３０～Ｃ３５Ｃ４０一Ｃ４５５．５由于该工程近期的同种混凝土强度无统计资料，根据工程现场的混凝土原材料、混凝土生产工艺及生产质量控制水平等实际情况，其混凝土强度标准差Ｏ－参照《水工混凝土施工规范》（ＤＬ／Ｔ５１４４—２００１）、《水工混凝土结构设计规范》（ＤＬ／Ｔ５０５２－－１９９６）‘１２３、《水工混凝土结构设计手册》‘例等标准取用，见表３，混凝土配制强度列于表４。混凝土强度保证率Ｐ选为９５．０％。则概率度因数为１．６４５。万方数据・６６・河南科技大学学报：自然科学版２０１３年注：表中灰水比和胶水比均为质量比。２试验结果分析全机制砂混凝土的坍落度和密度、抗压强度试验分别依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ５００８０－－２００２）、《普通混凝土力学性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２）进行。抗渗和抗冻试验依据《水工混凝土试验规程》（ＳＬ３５２－－２００６）进行，分别对抗渗试件施加相应级别的渗水压力，测试其渗透情况；对抗冻试件冻融循环至规定次数，测试其相对动弹性模量和质量损失率。经测试，混凝土的各项性能指标见表４和表５，由表４和表５可知：（１）全机制砂混凝土的坍落度、密度及抗压强度等指标达到了设计要求；（２）有抗冻和抗渗要求的全机制砂混凝土的抗冻抗渗性能均达到了设计要求。下面依据试验结果分析配合比参数等因素对混凝土强度的影响。表５混凝土抗冻抗渗性能试验结果注：①为相对动弹性模量，％；②为质量损失率，％。２．１灰水比与２８ｄ抗压强度关系不同标号机制砂混凝土灰水比和２８ｄ立方体抗压强度关系见表６，由表６可知：各种配合比全机制砂混凝土的灰水比与２８ｄ抗压强度基本为线性关系，２８ｄ抗压强度随灰水比的增大而增大。２．２砂率与各龄期抗压强度关系砂率对混凝土７ｄ和２８ｄ立方体抗压强度的影响分别见图２和图３，由表４及图２和图３可知：全机制砂混凝土砂率与各龄期立方体抗压强度的关系式可拟合为一阶指数衰减型曲线，７ｄ和２８ｄ立方体抗压强度均随砂率的增加而降低，其中，７ｄ的立方体抗压强度和砂率的一阶指数衰减型关系式为Ｙ＝Ｙｏ＋Ａｌｅ…‘＝（一８．０９４＋２６１６．７６６ｅ一“”０６３．）ＭＰａ，（２）式中，Ｙ为７ｄ的立方体抗压强度，ＭＰａ；咒为砂率，％。万方数据第１期张会芝等：南水北调某标段全机制砂混凝土ｉＥ合比试验・６７・注：①灰水质量比；②２８ｄ立方体抗压强度，ＭＰａ。２８ｄ的立方体抗压强度和砂率的一阶指数衰减型关系式为Ｙ＝Ｙｏ＋Ａｌｅ““＝（１．０５８＋５６２０．１６６ｅ１”。”）ＭＰａ，（３）式中，Ｙ为７ｄ的立方体抗压强度，ＭＰａ；戈为砂率，％。在表４所示的配合比参数状况下，全机制砂混凝土７ｄ和２８ｄ均随砂率增大而降低。这个规律和文献［２—３］的研究结论并不相同，原因在于本次试验所用配合比各参数均是变化的，而文献［２—３］使用的是基准配合比，只变动单个参数，研究其对全机制砂混凝土性能的影响，试验配合比不同是导致两者试验结果不同的原因。山日山∞皇＼、宝魁蜊慧慧邕邕堰屯蝠勺ｔ＇－罱图２砂翠和７ｄ抗压强度关系圈图３砂率和２８ｄ抗压强度关系圈２．３龄期与抗压强度关系舳各配合比混凝土强度随龄期的增长曲线如加图４所示，图４中的序号与表４中序号一致。由∞图４可知：在表４所示靶合比条件下，７ｄ龄期全喇机制砂混凝土的强度可以达封２８ｄ立方体抗压山∞皇、强度的５５％一８４％，其中，Ｃ１０混凝土的７ｄ强蜊∞慝如度增长较慢，为２８ｄ强度的５５％一５６％；６组、９组、１３一１５组的强度增长较快，７ｄ强度为２８ｄ加强度的８ｌ％一８４％，其余各组７ｄ强度为２８ｄｍ强度的７６％一７９％，增长相对较快。ｏ５１０１５２０２５３０龄期，ｄ３结论与建议圈４龄期和抗压强度关系圈３．１结论（１）各种配合比全机制砂混凝土的灰水比与２８ｄ抗压强度基本为线性关系，２８ｄ抗压强度随灰水比的增大而增大。（２）全机制砂混凝土砂率与各龄期立方体抗压强度的关系式可拟合为一阶指数衰减万方数据・６８・河南科技大学学报：自然科学版２０１３年型曲线，在试验所用配合比条件下，７ｄ和２８ｄ立方体抗压强度均随砂率的增加而降低。但砂率单参数对全机制砂混凝土抗压强度的影响有待于进一步试验研究。（３）Ｃ１０混凝土的７ｄ强度为２８ｄ强度的５５％～５６％，其余各配合比的混凝土７ｄ强度为２８ｄ强度的７６％～８４％。（４）全机制砂混凝土的坍落度、密度、抗压强度、抗冻和抗渗等指标达到了设计要求，能满足工程应用。３．２建议在前期试验基础上，建议各设计指标的全机制砂混凝土配合比按表７选取。表７全机制砂混凝土配合比建议表注：＃ｌ－／ｍ剂一栏１为减水剂；２为引气剂；３为防冻剂。（１）所选ＣＦＧ桩Ｃ１０混凝土配合比，主要考虑混凝土的和易性、泵送性及满足配制强度１５．８要求。（２）所选渡槽槽身Ｃ４０Ｗ８Ｆ１５０混凝土配合比，满足配制强度４９．０ＭＰａ要求，满足ＧＢ５０１ＭＰａ１９—２００３《混凝土外加剂应用技术规范》１１４ｊ规定水胶比不大于０．５０，满足抗冻、抗渗性能要求，满足混凝土拌合物性能要求。（３）所选空心板、铺装层Ｃ４０Ｆ２００混凝土配合比，满足配制强度４９．０ＭＰａ要求，满足抗冻性能要求，满足混凝土拌合物性能要求。（４）所选组合梁、箱梁Ｃ５０Ｆ２００混凝土配合比，满足配制强度５９．９ＭＰａ要求，满足抗冻性能要求，满足混凝土拌合物性能要求。参考文献：［１］［２］［３］［４］郑忠双．机制砂混凝土应用研究现状及存在问题分析［Ｊ］．重庆建筑，２０１１（３）：３７—４０．苏礼清，田彬亢，闫学良．配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究［Ｊ］．福建建设科技．２０１１（２）：６３—６５，段瑞斌，石从黎，宋开伟．全机制砂预拌混凝土的研究［Ｊ］．商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作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张会芝， 刘纪峰
三明学院建筑工程学院,福建三明,365004
河南科技大学学报（自然科学版）
Journal of Henan University of Science & Technology(Natural Science)2013,34(1)
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