特細(xì)砂混凝土

一、特細(xì)砂混凝土的配制原則
　　 砂子細(xì)度模數(shù)在 0.7 ～ 1.5 之間的砂稱為特細(xì)砂。這種砂的特點是比表面積大 (90 ～ 120cm 2 /g) ，孔隙率大 (43 ％～ 55 ％ ) ，含泥量較中砂略高 (0.4 ％～ 8.5 ％ ) ，用這種砂配制的混凝土稱為特細(xì)砂混凝土。
　　 參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ5 2 － 92 《普通混混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》對開封特細(xì)砂進(jìn)行檢測，試驗數(shù)據(jù)如下：開封特細(xì)砂的表觀密度 2620 ～ 2650kg /m 3 ，堆積密度 1340 ～ 1400 kg /m 3 ，含泥量 1 ％～ 3 ％，細(xì)度模數(shù) 1.0 ～ 1.5 。根據(jù)《特細(xì)砂混凝土配制及應(yīng)用規(guī)程》 (BJGl9 — 65) 的規(guī)定，用來配制特細(xì)砂混凝土的砂，其細(xì)度模數(shù)不得小于 0.7 ，且通過 0.16 毫米篩的量不得大于 30 ％，或者平均粒徑不得小于 0.16 毫米。配制強(qiáng)度等級為 C25 或 C30 混凝土?xí)r，宜采用細(xì)度模數(shù)等于或大于 0.9 且通過 0.16 毫米 篩的量不大于 15 ％，或平均粒徑大于 0.18 毫米的砂。特細(xì)砂混凝土中砂的允許含泥量，一般按照粗、中砂的規(guī)定，并不得含有泥團(tuán)。特細(xì)砂混凝土的強(qiáng)度與粗、中砂混凝土相似，主要取決于水灰比；但用砂量 ( 砂率或砂漿剩余系數(shù) ) 必須低于中砂混凝土；砂愈細(xì)，用砂量應(yīng)愈少，以滿足提高強(qiáng)度、改善性能及節(jié)約水泥的要求，特細(xì)砂混凝土宜配制低流動性混凝上。

1 、低砂率原則
　　 配制特細(xì)砂混凝土，如果套用中砂混凝土的砂率，不僅水泥用量增多，而且混凝土強(qiáng)度不易提高，收縮也會增大，混凝土裂縫會增加。在混凝土中，砂漿的強(qiáng)度隨水泥漿膜厚度增加而增加，水泥漿膜厚度隨水泥漿量增加而增加、隨砂子總表面積的增加而減少。由于特細(xì)砂砂粒小，砂漿包裹厚度相對薄一些，在石子粒徑和空隙率固定情況下，適當(dāng)增大石子的用量，減少砂漿用量，可以使骨架堅固，節(jié)約水泥，減少收縮，避免混凝土早期裂縫的產(chǎn)生。所以特細(xì)砂混凝土必須采用低砂率，其砂率應(yīng)比《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》 (JGJ55 — 2000) 中，中砂的砂率低 5 ％～ 8 ％。

2 、低流動性原則
　　 特細(xì)砂混凝土拌合物中砂漿用量較小，為了增加其流動性，就必須多用水泥漿，導(dǎo)致水泥用量的提高或提高水泥強(qiáng)度等級，這對經(jīng)濟(jì)和技術(shù)性能均不利，所以特細(xì)砂混凝土應(yīng)采用低流動性，坍落度—般控制在 30 ± 10mm 。

3 、低水泥用量
　　 水泥用量是與經(jīng)濟(jì)技術(shù)有關(guān)的問題。由于特細(xì)砂比表面積大，為達(dá)到同—稠度，需要較粗、中砂更多的用水，相應(yīng)泥用量增加。但是增加用水量只是增加混凝土和易性的一種措施，采用低砂率，調(diào)整骨料級配等，同時摻加粉煤灰，充分利用粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)來改善混凝土和易性和密實性，可達(dá)到降低水泥用量的目的。

二、特細(xì)砂混凝土物理特性研究
1 、砂率對強(qiáng)度的影響
　　 砂率是影響特細(xì)砂混凝土性能的最主要因素。砂率的合適與否將對混凝土的強(qiáng)度和用水量產(chǎn)生較大影響。表 1 為特細(xì)砂砂率對混凝土強(qiáng)度影響的試驗結(jié)果?？梢?，特細(xì)砂混凝土的強(qiáng)度對砂率的敏感度比較大，所以，在特細(xì)砂混凝土配合比設(shè)計中應(yīng)特別注重最佳砂率的選擇試驗。

2 、特細(xì)砂混凝土坍落度與需水量關(guān)系
　　 特細(xì)砂混凝土的坍落度與需水量的關(guān)系有別于中粗砂混凝土，采用細(xì)度模數(shù) 1.0 的開封特細(xì)砂、水灰比 0.55 、二級配粗骨料配制混凝土拌合物。不同的用水量情況下測得混凝土的坍落度如表 2 所示?？梢姡涠让吭黾?1.5 cm ，單位需水量約增加 10kg ，為中粗砂混凝土的 2 倍。相應(yīng)地，坍落度每增加—個等級，水泥用量約增加 20kg 。

表 1 特細(xì)砂砂率對混凝土強(qiáng)度的影響

注：特細(xì)砂細(xì)度模數(shù) 1.0 ，二級配，水灰比 w/c 相同，水泥用量 300kg /m 3 。

表 2 特細(xì)砂混凝土坍落度與需水量關(guān)系

表 3 特細(xì)砂含泥量對混凝土力學(xué)性能的影響

3 、特細(xì)砂的含泥量對混凝土性能的影響

　　為研究特細(xì)砂中含泥量對混凝土性能的影響，在特細(xì)砂中摻入不同比例的黏土，利用 42.5 級普通硅酸鹽水泥，在水泥用量、用水量、水灰比、砂率、骨料最大粒徑、混凝土理論容重、拌制方法均相同的條件下，拌制 C20 混凝土。對比試驗結(jié)果見表 3 。據(jù)表 3 的試驗結(jié)果分析如下：
(1) 砂的含泥量對混凝土坍落度的影響 含泥量對特細(xì)砂混凝土坍落度的影響有著較明顯的規(guī)律性，隨著特細(xì)砂含泥量增大混凝土的坍落度減小。因為泥的顆粒比特細(xì)砂的顆粒更細(xì)，含泥量增人將導(dǎo)致混凝土的用水量增加。用水量不變的情況下含泥量增大，混凝土的坍落度必然減小。根據(jù)回歸計算，若要使混凝土的坍落度不小于 3.0cm ，在前述條件不變的前提下，則砂的含泥量不能大于 7.8 ％。
(2) 砂的含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 砂的含泥量對混凝土早期強(qiáng)度影響不明顯，混凝土后期抗壓強(qiáng)度隨砂的含泥量增大而降低。這是因為，砂粒表面的含泥會減弱水泥與砂粒的粘結(jié)力，增加骨料的比表面積，消耗更多的水泥，如果水泥用量不變，必然導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

三、特細(xì)砂混凝土配合比的設(shè)計
　　 水泥采用新鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的 42.5 級普通硅酸鹽水泥，其 28 天平均抗壓強(qiáng)度為 48.37MPa ，平均抗折強(qiáng)度達(dá) 8.13MPa ，其它技術(shù)指標(biāo)符合要求；細(xì)骨料采用開封產(chǎn)特細(xì)砂：粗骨料為新鄉(xiāng)產(chǎn)碎石，使用二級級配， 10mm ～ 20mm 比例為 80 ％， 5mm ～ 10mm 比例為 20 ％；水為自來水。

1 、特細(xì)砂混凝土配合比的設(shè)計
　　 按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》 (JGJ 55 — 2000) 進(jìn)行 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 特細(xì)砂混凝土配合比設(shè)計。通過和易性試驗和強(qiáng)度校核確定出滿足和易性和強(qiáng)度要求的特細(xì)砂混凝土試驗室配合比。配合比及強(qiáng)度試驗結(jié)果見表 4 。
　　 由表 4 可以看出，不同水灰比的普通特細(xì)砂混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度均符合設(shè)計要求。資料表明，灰水比 (C/w) 與混凝土的配制強(qiáng)度之間的線性關(guān)系可用下面的經(jīng)驗公式表示： f cu =A · f ce · (C/W — B) ，其中， f cu 為混凝土 28d 立方體抗壓強(qiáng)度， MPa ； f ce 為泥 28d 抗壓強(qiáng)度實測值， MPa ； A 、 B 為回歸系數(shù)，與集料品種、水泥品種等因素有關(guān)。
　　 根據(jù)表 4 數(shù)據(jù)，建立灰水比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系的回歸方程 f cu = 20.04C /W 一 7.612 ，相關(guān)系數(shù) R 2 =0.963 ，符合程度較好，再根據(jù)經(jīng)驗公式，求得 A 和 B 值： A=0.4143 ， B=0.3798 。
　　 從配合比試驗和試驗結(jié)果分析可以得出，使用特細(xì)砂作為細(xì)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學(xué)性能都符合規(guī)范要求。

2 、特細(xì)砂混凝土的設(shè)計與施工要點
(1) 原材料選擇 粗骨料采用碎石粒徑 D=20 ～ 40mm ，含泥量小于 8 ％，細(xì)骨料采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)特細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)為 1.0 ～ 1.5 ，含泥量小于 8 ％：水泥采用新鄉(xiāng)水泥廠 42.5 級普通硅酸鹽水泥，其各項物理力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求；水為飲用水， pH=7.0 。

表 4 特細(xì)砂混凝土配合比試驗結(jié)果表

(2) 配合比 配合比的設(shè)計合理與否直接影響混凝土的和易性和強(qiáng)度。根據(jù)混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級，參考普通混凝土的配合比設(shè)計方法。在特細(xì)砂混凝土配合比的設(shè)計中，必須嚴(yán)格控制砂率，根據(jù)實驗，砂率比中砂混凝土的砂率低 5 ％～ 8 ％，水灰比不得大于 0.6 ，混凝土水泥用量約為普通混凝土水泥用量的 1 ． 06 倍。(3) 施工要點 在特細(xì)砂混凝土施工中，混凝土的拌和采用機(jī)械攪拌，且拌和時間不得低于 150s ，以利于水泥與細(xì)砂表面充分結(jié)合，避免拌和不均細(xì)砂成團(tuán)造成澆筑后的混凝土局部強(qiáng)度偏低；嚴(yán)格控制混凝土的坍落度和單位用水量，因特細(xì)砂混凝土較普通混凝土更易離析，如用水過量將導(dǎo)致坍落度大，不僅造成混凝土的離析，同時也降低了混凝土的強(qiáng)度；特細(xì)砂混凝土施工應(yīng)盡量縮短運(yùn)距，最好現(xiàn)場澆筑。

四、結(jié)語
　　 試驗研究表明，使用開封特細(xì)砂配制混凝土在技術(shù)上是可行的。特細(xì)砂混凝土配合比設(shè)計采用低砂率、低流動性、低水泥用量，能明顯改善混凝土的物理力學(xué)性能、變形性能和經(jīng)濟(jì)性。砂率對強(qiáng)度的影響較大，最佳砂率可有效改善混凝土的性能，提高混凝土的強(qiáng)度。由于特細(xì)砂比表面積大，需水量也大，必須采用低流動性來減少用水量。
　　 黃河流域有著豐富的特細(xì)砂資源，用黃河特細(xì)砂配制混凝土，不僅節(jié)約大量的建設(shè)成本，而且保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。