第３２巷浆５期 人民黄河 Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．５ ２０１０年５月 ＹＥＬＬＯＷ ＲＩＶＥＲ Ｍａｙ，２０１０ 【水利水电工程】 特细砂混凝土的力学性能及抗渗性能研究 韩建宏，娄宗科 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌７１２１００） 摘要：对特细砂混凝土力学性能及抗渗性能进行了试验研究。结果表明：砂率、水胶比、粉煤灰掺量和减水剂掺量对特 细砂混凝土抗压强度均有一定的影响，尤其是粉煤灰掺量和减水剂掺量间存在一定交互作用；一定试验条件下，砂率和 粉煤灰掺量分别为２ｌ％和２０％时，特细砂混凝土抗渗性能最佳。 关键词：特细砂混凝土；抗压强度；抗渗性 中图分类号：ＴＶ４３１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１０．０５．０５７ 砂是制备混凝土必不可少的建材之一，我国在经过大规模 包裹粗骨料的表面和填充骨料间的空隙，导致混凝土密实性 綦础ｒ程建设后，中、粗砂资源无论从储量、质量或町持续发展 差，进而影响其抗压强度，随着砂率的增加，密实性相应增加， 的角度看，都已不能满足当今建设规模的需要，而在长江、黄 强度也随之呈现上升趋势。而当砂率增加到一定程度后，在骨 河、珠江和松花江等流域以及西北和等地均分布着大量的 料表面的水泥浆量相对少了，使骨料之间的胶结力下降，密实 特细砂资源，从就地取材、加快施工进度和合理开发利用自然 性降低，于是抗压强度下降。 资源的原则出发．利用丰富的特细砂资源配制混凝土就成为今 后Ｉ［程建设的必然选择。笔者对特细砂混凝土强度和抗渗性 能进行了研究。 套 １强度影响因素试验 馘 暇 出 特细砂颗粒细、级配差、孔隙率和比表面积大，根据对特细 辗 砂混凝土有关性能的试验研究，目前一般采用低砂率、低坍落 度、低水泥用域、粉煤灰超量取代和掺加高效减水剂的“三低一 砂率臃 超一掺”法配制特细砂混凝土。因此，分析特细砂混凝土强度 图１砂率对特细砂混凝±２８ ｄ强度的影响 时，选择了砂率、水胶比、粉：媒灰掺量和减水剂掺量４个因素。 １．２水胶比对强度的影响 混凝土原材料中水泥为４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥；细骨料为 坍落度为９０～１１０ ｍｍ、减水剂掺量为０．７５％、砂率为１９％ 当地产特细砂，松散容重为１ ４１２ ｋｇ／ｍ ，紧密容重为ｌ ５７７ 的情况下，研究水胶比变化对特细砂混凝土２８ ｄ抗压强度的影 ｋｇ／ｍ。，含泥量为１．９％，细度模数为１．３；粗骨料中小石表观密 响，见图２。 度、堆积密度分别为２ ６９０、１ ５９０ ｋｇ／ｍ ，中石分别为２ ６５０、 １ ５００ ｋｇ／Ｉｎ ，大石分别为２ ６２０、１ ４９０ ｋｇ／ｍ ；粉煤灰为甘肃平 善 凉华茂Ｉ级粉煤灰；减水剂为ＺＢ一１Ａ高效减水剂。 魁 １．１砂率对强度的影响 慝 嘲定减水剂掺量为０．７５％，粉煤灰掺舒为１５％，分析坍落 度为３０—５０ ＩｌＩｌｉ１、９０～１ １０ ｍｉｌｌ和水胶比为０．３５、０．４０时，不同 水胶比 砂率对混凝土２８ ｄ抗压强度的影响，试验结果见圈ｌ。 图２水胶比对特细砂混凝土２８ ｄ强度的影响 由图１可知：当坍落度为３０～５０ １１１１１］、水胶比为０．３５时，混 试验结果表明：特细砂混凝土也遵守水灰比定则公式，随 凝土２８ ｄ抗ＥＥ强度先增大后减小，砂率为１７％时混凝土强度 着水胶比的减小混凝土抗压强度增大，水胶比小于０．４之后， 最高；水胶比为０．４０时，混凝土２８ ｄ抗艇强度有逐渐减小的趋 强度增长特别 著。 势，仍砂率为１５％与１７％时，抗压强度变化不大。 此，坍落 度为３０～５０ ｎ¨Ⅵ时，最优砂率为１７％； 理，当坍落度为９０～ 收稿日期：２ｆｆｄ９—０８＂－０６ 作者简介：韩建宏（１９８５一 ），女，山西汾阳人．硕士．研究方向为结构设计理论。 ｌ １０ ｉｎｔｏ时，最优砂率为１９％。砂率较小时，砂浆量不足以完全 Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｊｉａｎｈｏｎｇ２００７＠ｙａｈｏｏ ｃ，１２ ・１２５・ 人民黄河２０１０年第５期 １．３粉煤灰掺量及减水剂掺量对强度的影响 在第一阶段研究的基础上，固定坍落度为９０～１ １０ ｍｍ、砂 率为１９％，重点研究了粉煤灰掺量和减水剂掺量对混凝土２８ ｄ 抗压强度的影响，见图３。 由图３可知：水胶比相同时，随着粉煤灰掺量从１５％增加 到４０％，特细砂混凝土抗压强度呈现下降趋势。可见，单纯掺 加高比例粉煤灰取代水泥是不可行的…。 减水剂掺量对强度影响的试验结果见表１。分析表１可 知：当粉煤灰掺量固定时，随着减水剂掺量的增加，特细砂混凝 土抗压强度大体上呈现先增后减的趋势；减水剂用量与粉煤灰 掺量表现出了强烈的交互作用 Ｊ。当不掺加粉煤灰时，减水剂 最优掺量为０．７５％；当粉煤灰掺量为１０％时，减水剂最优掺量 为０．５％；当粉煤灰掺量为１５％时，减水剂最优掺量为０．５％； 粉煤灰掺量／％ 当粉煤灰掺量为２０％一３０％时，减水剂最优掺量为０．７５％。 图３粉煤灰掺量对混凝土２８ ｄ强度的影响 实际使用时应确定粉煤灰用量与减水剂最优掺量的搭配，大部 分情况下，减水剂掺量以０．７５％为宜。 表１减水剂掺量对混凝土２８ ｄ强度的影响 强。应该注意的是，随着砂率的增加，混凝土抗渗性并不是无 ２抗渗性试验 抗渗性除关系到混凝土的挡水及防水作用外，还直接影响 混凝土的抗冻性及其他耐久性能。试验中水泥品种、水灰比、 外加剂掺量及骨料级配不变，分别取砂率为１７％、１９％、２１％、 ２３％和２５％，粉煤灰掺量为１５％、２０％和２５％，采用一次加压 的试验方法，考察１４ ｄ龄期时特细砂混凝土的相对渗透系数。 止境的增加，砂率过大会使骨料的总表面积及孔隙率增大，降 低混凝土的流动性，造成施工振捣不密实，从而影响抗渗性，因 此考虑混凝土抗渗性时应注意最佳砂率的选择。 ２．１ 砂率对抗渗性的影响 由图４可知：在试验所选定的砂率变化范围内，随着砂率 的增长特细砂混凝土的相对渗透系数逐渐减小，即其抗渗性逐 渐增强。当砂率从１７％增大到２１％时，混凝土抗渗性提高非常 蝌 热 爱 罂 砂率，％ 图４砂率与混凝±相对渗透系数的关系 明显；而砂率内２１％增大到２５％时，相对渗透系数降低幅度非 ２．２粉煤灰掺量对抗渗性的影响 试验结果见图５，可以看出：在试验所选定的粉煤灰掺量变 化范围内，当粉煤灰的掺量小于２０％时，特细砂混凝土的相对 渗透系数随掺量的增加而减小，即抗渗性提高；当掺量达２０％ 常小。从抗渗性考虑，最优砂率为２ｌ％。该作用机理可解释如 一Ｆ：随着砂率的增加，妙予填充 子字隙，水泥浆包裹住砂石并 填满砂子的空隙，此时混凝 街实性增ＪＪ【Ｊ，【天Ｊ此抗渗性随之增 ・】２６・ 人民黄河４ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ ０１ ２０１０年第５期 （１）：４２—４６ 时，特细砂混凝土的相对渗透系数达到最小，即抗渗性最高；当 掺量超过２０％时，特细砂混凝土的相对渗透系数随掺量的增加 ［２］ 薛媛，娄宗科粉煤灰混凝土抗冲磨性能试验研究［Ｊ］．人民黄河，２００８，３０ 而增大，即抗渗性降低。 ０ 辍 斑 ．；譬 粉煤灰掺量／％ 图５粉煤灰掺量与特细砂混凝土相对渗透系数的关系 主要原因分析如下：首先，粉煤灰的形态效应能使混凝土 的单位用水量 减少，进而减少多余水在混凝土硬化后所形成 的直径较大的孔隙；此外在保证混凝土强度的前提下，用水量 的减少还可减少水泥用量和混凝土的绝热温升，使混凝土更加 致密。其次，粉煤灰在混凝土中的活性填充行为具有使混凝土 致密的作用。再次，粉煤灰的微集料填充效应能减小混凝土的 有害孔比例，提高混凝土的致密性；化学作用产生的水化产物 起骨架作用，能提高粘结强度和抗裂性能，进一步提高抗渗性。 但是，随着粉煤灰掺量进一步增加 ，形态效应由正效应 的减水作用变为负效应的增水作用，微集料效应的变化也趋于 停滞。因此，当粉煤灰掺量超过一定比例后，粉煤灰总效应系 数的增大幅度将随粉煤灰掺量的递增逐渐趋缓，若粉煤灰掺量 继续增加，总效应系数甚至出现下降趋势，表现为随粉煤灰掺 量增加，其混凝土抗渗性能降低。 ３结语 （１）在其他条件不变时，随着砂率的提高，混凝土抗压强度 先增大后减小。当坍落度为３０～５０ ｍｍ、砂率为１７％时混凝土 强度最高；当坍落度为９０～１１０ ｍｍ时，最佳砂率为１９％。 （２）特细砂混凝土的抗压强度随水胶比的增大而减小，与 普通混凝土的水灰比变化规律相同。 （３）粉煤灰掺量从１５％增加到４０％，特细砂混凝土抗压强 度呈现下降趋势。 （４）减水剂用量与粉煤灰掺量之间存在交互作用。当粉煤 灰掺量固定时，随着减水剂掺量的增加，特细砂混凝土抗压强 度呈现先增后减的趋势。当粉煤灰掺量为１０％～１５％时，减水 剂最优用量为０．５％；当粉煤灰掺量为２０％～３０％时，减水剂最 优用量为０．７５％。 （５）在试验条件下（特细砂最优砂率为２１％），随着砂率的增 长特细砂混凝土的相对抗渗系数逐渐减小，即其抗渗性逐渐增强。 （６）在试验条件下，当粉煤灰掺量小于２０％时，特细砂混凝 土的渗透系数随掺量的增加而减小，即抗渗性提高；当掺量达 到２０％时，特细砂混凝土的相对渗透系数达到最小，即抗渗性 最高；当掺量超过２０％时，特细砂混凝土的相对渗透系数随掺 量的增加而增大，即抗渗性降低。 参考文献： ［１］潘宏彬．粉煤灰掺景对混凝土强度的影响［Ｊ］．试验技术与试验机，２００６ （５）：９４—９５ ［３］ 刘数华，方坤河，曾力，等．粉煤 对混凝土抗渗性能的影响［Ｊ］粉煤灰综 合利用，２００４（５）：３０—３１． ［４］ 张之颖，王晋，周建军，等非破坏振动环境对粉煤灰混凝土渗透性能的影响 ［Ｊ］．西安交通大学学报，２００５，３９（Ｉ１）：１２７３—１２８１． 【责任编辑张华岩】 （上接第１２４页）石层，在平硐中做现场变形模量和弹性模量原 位试验，使用反复荷载，最大荷载为３．０ ＭＰａ。测得应力一变形 曲线饱和状态下为近似直线，天然状态下为上凹型，砂砾石层 具有孔隙一裂隙双重特性，饱和状态下，受裂隙水压力作用，砂 砾石变形具有较好的均质性；天然状态下，随着压力的增高，孔 隙一裂隙被压密，塑性变形逐渐减小，模量逐渐增大，反映了孔 隙一裂隙的非均质性。饱和状态下的变形模量为１２５．４～１７５．６ ＭＰａ，弹性模量为８２６．１～９２７．１ ＭＰａ；火然状态一Ｆ，变形模量为 ３９３．２～４６５．２ ＭＰａ，弹性模量为９８１．５～１ １０６．１ Ｍｌ】ａ。 试验点的岩组结构特征：块石、碎石和大孤石呈次棱角状， 组成的骨架颗粒呈交错排列，胶结密实，从开挖断面上取出大 颗粒，能保持颗粒凹面形状，说明充填物具有一定强度。考虑 到该覆盖层的结构强度，其承载力和变形模量应该较统计值 大，结合其他现场试验，综合分析其允许承载力为０．６～０．８ ＭＰａ，饱和状态下的变形模量为１２５．４～１７５．６ ＭＰａ，弹性模量 为８２６．ｔ～９２７．１ ＭＰａ；天然状态下变形模量为３９３．２—４６５．２ ＭＰａ，静弹性模量为９８１．５～１ １０６．１ＭＰａ；动弹模量为９００～ ３ ２００ ＭＰａ ４结语 莫勒切河流域深厚覆盖层的成因是地壳差异性升降 运动和冰川运动共同作用的结果；深厚覆盖层胶结较好，呈半 成岩特性，渗透系数一般为５．０×１０一ｅｒｎ／ｓ，属中等透水性，承 载力较高，为０．６～０．８ ＭＰａ；砂砾石层在饱和状态下应力一应 变曲线呈近似直线，天然状态下为上凹型，说明砂砾石层具有 孔隙一裂隙双重特性，变形呈孔隙、裂隙双重特征。 参考文献： ［１ｊ乔国峰．九甸峡水电站坝基深厚覆盖层工程地质特性研究［Ｊ］．甘肃水利水 电技术，２００６，１２（４２）：４１９—４２０． ［２］ 杨聚利，刘荣德，濮声荣．下坂地水库坝址主要工程地质问题及坝址选 择［Ｊ］．资源环境与工程，２００８（增刊）：２８—３２ ［３］许强，陈伟，张倬元．对我国西南地区河谷深厚覆盖层成因机理的新认识 、 ［Ｊ］地球科学进展，２００８，５（２３）：４４８—４５４． ［４］ 张新，陈朝红．奠勒切河兰干和石门水库工程地质报告［Ｒ］．鸟鲁木 齐：生产建设兵团规划勘测设计研究院地质勘察分院，２００６． 【责任编辑吕艳梅】 ・ｌ２７・
