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5071 特细砂混凝土

一、特细砂混凝土的配制原则
  
砂子细度模数在 0.7 ~ 1.5 之间的砂称为特细砂。这种砂的特点是比表面积大 (90 ~ 120cm 2 /g) ,孔隙率大 (43 %~ 55 % ) ,含泥量较中砂略高 (0.4 %~ 8.5 % ) ,用这种砂配制的混凝土称为特细砂混凝土。
   参照行业标准 JGJ5 2 - 92 《普通混混凝土用砂质量标准及检验方法》对开封特细砂进行检测,试验数据如下:开封特细砂的表观密度 2620 ~ 2650kg /m 3 ,堆积密度 1340 ~ 1400 kg /m 3 ,含泥量 1 %~ 3 %,细度模数 1.0 ~ 1.5 。根据《特细砂混凝土配制及应用规程》 (BJGl9 — 65) 的规定,用来配制特细砂混凝土的砂,其细度模数不得小于 0.7 ,且通过 0.16 毫米筛的量不得大于 30 %,或者平均粒径不得小于 0.16 毫米。配制强度等级为 C25 或 C30 混凝土时,宜采用细度模数等于或大于 0.9 且通过 0.16 毫米 筛的量不大于 15 %,或平均粒径大于 0.18 毫米的砂。特细砂混凝土中砂的允许含泥量,一般按照粗、中砂的规定,并不得含有泥团。特细砂混凝土的强度与粗、中砂混凝土相似,主要取决于水灰比;但用砂量 ( 砂率或砂浆剩余系数 ) 必须低于中砂混凝土;砂愈细,用砂量应愈少,以满足提高强度、改善性能及节约水泥的要求,特细砂混凝土宜配制低流动性混凝上。

1 、低砂率原则
  
配制特细砂混凝土,如果套用中砂混凝土的砂率,不仅水泥用量增多,而且混凝土强度不易提高,收缩也会增大,混凝土裂缝会增加。在混凝土中,砂浆的强度随水泥浆膜厚度增加而增加,水泥浆膜厚度随水泥浆量增加而增加、随砂子总表面积的增加而减少。由于特细砂砂粒小,砂浆包裹厚度相对薄一些,在石子粒径和空隙率固定情况下,适当增大石子的用量,减少砂浆用量,可以使骨架坚固,节约水泥,减少收缩,避免混凝土早期裂缝的产生。所以特细砂混凝土必须采用低砂率,其砂率应比《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ55 — 2000) 中,中砂的砂率低 5 %~ 8 %。

2 、低流动性原则
  
特细砂混凝土拌合物中砂浆用量较小,为了增加其流动性,就必须多用水泥浆,导致水泥用量的提高或提高水泥强度等级,这对经济和技术性能均不利,所以特细砂混凝土应采用低流动性,坍落度—般控制在 30 ± 10mm 。

3 、低水泥用量
  
水泥用量是与经济技术有关的问题。由于特细砂比表面积大,为达到同—稠度,需要较粗、中砂更多的用水,相应泥用量增加。但是增加用水量只是增加混凝土和易性的一种措施,采用低砂率,调整骨料级配等,同时掺加粉煤灰,充分利用粉煤灰的形态效应、火山灰效应和微集料效应来改善混凝土和易性和密实性,可达到降低水泥用量的目的。

二、特细砂混凝土物理特性研究
1 、砂率对强度的影响
  
砂率是影响特细砂混凝土性能的最主要因素。砂率的合适与否将对混凝土的强度和用水量产生较大影响。表 1 为特细砂砂率对混凝土强度影响的试验结果。可见,特细砂混凝土的强度对砂率的敏感度比较大,所以,在特细砂混凝土配合比设计中应特别注重最佳砂率的选择试验。

2 、特细砂混凝土坍落度与需水量关系
  
特细砂混凝土的坍落度与需水量的关系有别于中粗砂混凝土,采用细度模数 1.0 的开封特细砂、水灰比 0.55 、二级配粗骨料配制混凝土拌合物。不同的用水量情况下测得混凝土的坍落度如表 2 所示。可见,坍落度每增加 1.5 cm ,单位需水量约增加 10kg ,为中粗砂混凝土的 2 倍。相应地,坍落度每增加—个等级,水泥用量约增加 20kg 。

表 1 特细砂砂率对混凝土强度的影响

砂率(% )

16

18

20

22

24

26

28

抗压强度(MPa )

21.5

24.2

25.8

26.9

23.3

23.2

22.5

注:特细砂细度模数 1.0 ,二级配,水灰比 w/c 相同,水泥用量 300kg /m 3 。

表 2 特细砂混凝土坍落度与需水量关系

坍落度(㎝)

1.5

3.2

4.5

6.5

7.5

单位用水量(㎏)

140

150

160

170

180

表 3 特细砂含泥量对混凝土力学性能的影响

含泥量 (%)

坍落度 ( ㎝ )

抗压强度 (MPa)

7d

28d

2.0

9.0

11.0

24.5

3.5

7.0

9.8

23.4

5.0

6.0

9.2

23.0

7.5

3.5

10.0

22.8

9.5

2.0

8.7

19.6

10.0

1.3

9.4

18.8

3 、特细砂的含泥量对混凝土性能的影响

  为研究特细砂中含泥量对混凝土性能的影响,在特细砂中掺入不同比例的黏土,利用 42.5 级普通硅酸盐水泥,在水泥用量、用水量、水灰比、砂率、骨料最大粒径、混凝土理论容重、拌制方法均相同的条件下,拌制 C20 混凝土。对比试验结果见表 3 。据表 3 的试验结果分析如下:
(1) 砂的含泥量对混凝土坍落度的影响 含泥量对特细砂混凝土坍落度的影响有着较明显的规律性,随着特细砂含泥量增大混凝土的坍落度减小。因为泥的颗粒比特细砂的颗粒更细,含泥量增人将导致混凝土的用水量增加。用水量不变的情况下含泥量增大,混凝土的坍落度必然减小。根据回归计算,若要使混凝土的坍落度不小于 3.0cm ,在前述条件不变的前提下,则砂的含泥量不能大于 7.8 %。
(2) 砂的含泥量对混凝土抗压强度的影响 砂的含泥量对混凝土早期强度影响不明显,混凝土后期抗压强度随砂的含泥量增大而降低。这是因为,砂粒表面的含泥会减弱水泥与砂粒的粘结力,增加骨料的比表面积,消耗更多的水泥,如果水泥用量不变,必然导致混凝土强度降低。

三、特细砂混凝土配合比的设计
  
水泥采用新乡水泥厂生产的 42.5 级普通硅酸盐水泥,其 28 天平均抗压强度为 48.37MPa ,平均抗折强度达 8.13MPa ,其它技术指标符合要求;细骨料采用开封产特细砂:粗骨料为新乡产碎石,使用二级级配, 10mm ~ 20mm 比例为 80 %, 5mm ~ 10mm 比例为 20 %;水为自来水。

1 、特细砂混凝土配合比的设计
  
按照《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ 55 — 2000) 进行 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 特细砂混凝土配合比设计。通过和易性试验和强度校核确定出满足和易性和强度要求的特细砂混凝土试验室配合比。配合比及强度试验结果见表 4 。
   由表 4 可以看出,不同水灰比的普通特细砂混凝土的立方体抗压强度均符合设计要求。资料表明,灰水比 (C/w) 与混凝土的配制强度之间的线性关系可用下面的经验公式表示: f cu =A · f ce · (C/W — B) ,其中, f cu 为混凝土 28d 立方体抗压强度, MPa ; f ce 为泥 28d 抗压强度实测值, MPa ; A 、 B 为回归系数,与集料品种、水泥品种等因素有关。
   根据表 4 数据,建立灰水比与混凝土强度关系的回归方程 f cu = 20.04C /W 一 7.612 ,相关系数 R 2 =0.963 ,符合程度较好,再根据经验公式,求得 A 和 B 值: A=0.4143 , B=0.3798 。
   从配合比试验和试验结果分析可以得出,使用特细砂作为细骨料拌制普通混凝上,其混凝土拌合物性能和硬化后混凝土的力学性能都符合规范要求。

2 、特细砂混凝土的设计与施工要点
(1) 原材料选择 粗骨料采用碎石粒径 D=20 ~ 40mm ,含泥量小于 8 %,细骨料采用当地产特细砂,细度模数为 1.0 ~ 1.5 ,含泥量小于 8 %:水泥采用新乡水泥厂 42.5 级普通硅酸盐水泥,其各项物理力学指标满足规范要求;水为饮用水, pH=7.0 。

表 4 特细砂混凝土配合比试验结果表

设计强度

水灰比

砂率

配合比

水泥 : 砂 : 石 : 水

拌合物

坍落度 ( ㎜ )

抗压强度 MPa

7d

28d

C20

0.60

32

1:1.98:4.21:0.60

35

16.8

24.6

C25

0.55

30

1:1.68:3.91:0.55

39

20.8

28.7

C30

0.52

30

1:1.46:3.40:0.52

40

23.6

32.4

C35

0.46

28

1:1.17:3.02:0.46

30

27.8

36.9

C40

0.41

26

1:0.95:2.70:0.41

30

29.9

40.2

(2) 配合比 配合比的设计合理与否直接影响混凝土的和易性和强度。根据混凝土的设计强度等级,参考普通混凝土的配合比设计方法。在特细砂混凝土配合比的设计中,必须严格控制砂率,根据实验,砂率比中砂混凝土的砂率低 5 %~ 8 %,水灰比不得大于 0.6 ,混凝土水泥用量约为普通混凝土水泥用量的 1 . 06 倍。(3) 施工要点 在特细砂混凝土施工中,混凝土的拌和采用机械搅拌,且拌和时间不得低于 150s ,以利于水泥与细砂表面充分结合,避免拌和不均细砂成团造成浇筑后的混凝土局部强度偏低;严格控制混凝土的坍落度和单位用水量,因特细砂混凝土较普通混凝土更易离析,如用水过量将导致坍落度大,不仅造成混凝土的离析,同时也降低了混凝土的强度;特细砂混凝土施工应尽量缩短运距,最好现场浇筑。

四、结语
  
试验研究表明,使用开封特细砂配制混凝土在技术上是可行的。特细砂混凝土配合比设计采用低砂率、低流动性、低水泥用量,能明显改善混凝土的物理力学性能、变形性能和经济性。砂率对强度的影响较大,最佳砂率可有效改善混凝土的性能,提高混凝土的强度。由于特细砂比表面积大,需水量也大,必须采用低流动性来减少用水量。
   黄河流域有着丰富的特细砂资源,用黄河特细砂配制混凝土,不仅节约大量的建设成本,而且保护了生态环境,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。



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