關(guān)鍵詞：人工砂；石粉活性；石粉含量；混凝土性能
石粉含量一般是指石粉占人工砂質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。《建筑用砂》GB/T14684-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Ⅲ類人工砂的石粉含量應(yīng)小于7%，根據(jù)使用地區(qū)和用途，在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，可由供需雙方協(xié)商確定。已有較多資料表明，人工砂石粉含量對(duì)于常態(tài)混凝土的影響是積極的，本文結(jié)合坪頭水電站工程實(shí)例，先對(duì)中粒細(xì)晶巖石石粉活性進(jìn)行試驗(yàn)研究，得知石粉活性能使混凝土的綜合性能得以改進(jìn)。再分別用不同水泥對(duì)石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂對(duì)電站所需混凝土性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，以得知高石粉含量人工砂適用范圍。更好地發(fā)揮人工砂的優(yōu)點(diǎn)，利用其特性，提高混凝土質(zhì)量，降低工程成本，為坪頭水電站工程建設(shè)提供依據(jù)，為進(jìn)一步拓展高石粉含量人工砂的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。
一、工程簡介
坪頭水電站位于美姑河匯入金沙江的匯入口10km，電站采用引水式開發(fā)，利用落差328m，地下廠房總裝機(jī)容量180MW。混凝土總量約42萬m3，主要有：地下水侵蝕的廠房混凝土、無地下水侵蝕的廠房混凝土、洞室混凝土等。水電站砂石骨料加工采用龍頭溝的原材料，為白云細(xì)晶巖，人工砂石粉含量為7%時(shí)，細(xì)度模數(shù)3.47，人工砂石粉含量為15%時(shí)，細(xì)度模數(shù)3.00，石粉含量達(dá)到24.2%時(shí)細(xì)度模數(shù)2.58，細(xì)度模數(shù)隨石粉含量減少而加大。如果把石粉作為廢料沖洗掉，這不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人工砂細(xì)度模數(shù)偏大，還增加了工程的造價(jià)。
二、試驗(yàn)研究
1.中粒細(xì)晶灰?guī)r石石粉活性的試驗(yàn)研究
參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/1596-2005，對(duì)中粒細(xì)晶灰?guī)r巖石的活性成分進(jìn)行試驗(yàn)研究。分別采用嘉華抗硫酸鹽水泥、峨勝中熱水泥以及航天普硅水泥，在摻量為30%的條件下，進(jìn)行粉煤灰、中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉和石英石粉替代水泥的膠砂強(qiáng)度比較試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉具有一定活性，摻30%的中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉替代水泥后，其28d膠砂強(qiáng)度值高于摻30%的石英石粉替代水泥后膠砂強(qiáng)度，表明中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉的活性高于石英石粉。與粉煤灰相比，中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉的活性要低于粉煤灰的活性。石粉一般認(rèn)為是惰性材料，通過實(shí)驗(yàn)得知石粉中的部分CaCO3在水泥的水化過程中會(huì)參與反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土晶相會(huì)有不同程度的改變，提高水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶化程度，進(jìn)而提高混凝土的密實(shí)性，使混凝土的綜合性能得以改進(jìn)。
圖1 中粒細(xì)晶灰?guī)r石粉活性試驗(yàn)結(jié)果
2.高石粉含量人工砂對(duì)混凝土性能的影響
高石粉含量人工砂具有活性，但是否能配制坪頭水電站所需混凝土并不明確，針對(duì)該問題，中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院科學(xué)研究所進(jìn)行了高石粉含量人工砂對(duì)坪頭水電站所需混凝土的影響程度的研究試驗(yàn)。試驗(yàn)分別用不同水泥和石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂，對(duì)坪頭水電站所需混凝土性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
試驗(yàn)研究有地下水侵蝕的廠房混凝土采用四川嘉華抗硫酸鹽42.5級(jí)水泥、無地下水侵蝕的廠房混凝土采用峨勝P.042.5級(jí)水泥、洞室混凝土航天P.042.5級(jí)水泥，水泥各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合GB175-2001技術(shù)要求；粉煤灰采用宜賓立基建材有限公司提供的由黃桷莊電廠生產(chǎn)的Ⅱ粉煤灰各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合DL/5055-2007技術(shù)要求；外加劑采用江蘇博特新材料有限公司的JM-Ⅱ緩凝高效減水劑和JM-2000（s）引氣劑，各項(xiàng)測試指標(biāo)均滿足《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119GB50119-2003。實(shí)驗(yàn)所用粗骨料超徑和遜徑為零，粗骨料表觀密度、吸水率、針片狀、壓碎指標(biāo)、堅(jiān)固性等各項(xiàng)指標(biāo)滿足DL/T5144-2001規(guī)范要求；細(xì)骨料飽干密度、細(xì)度模數(shù)、堅(jiān)固性等指標(biāo)滿足DL/T5144-2001規(guī)范要求，取3組樣對(duì)細(xì)骨料顆粒級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見“表1”。
骨料的最佳級(jí)配選擇、最佳砂率及混凝土水膠比的確定均經(jīng)過試驗(yàn)。依據(jù)最大振實(shí)容重和最小空隙率的原則來確定粗骨料的最優(yōu)級(jí)配，當(dāng)人工骨料：中石：小石＝50：50時(shí)骨料振實(shí)容重最大，空隙率最小，為最優(yōu)級(jí)配；采用固定水膠比、用水量，變動(dòng)砂率的原則來觀測混凝土和易性、陷度及抗壓強(qiáng)度等，從而選擇混凝土最佳砂率；在水膠比為0.49、粉煤灰摻量為20％，單方用水量為170kg條件下，砂率為43％時(shí)混凝土拌合物和易性較好，抗壓強(qiáng)度最高，為最佳砂率，砂率選擇的試驗(yàn)結(jié)果見表2；選擇水膠比0.47、0.49和0.52，進(jìn)行不同水膠比條件下混凝土強(qiáng)度性能的試驗(yàn)研究。三種不同品種水泥的混凝土水膠比與強(qiáng)度的關(guān)系從圖2可看出，混凝土強(qiáng)度隨用水量減少而增加。混凝土配制強(qiáng)度按《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5330-2005中規(guī)定，fcu,o=fcu,k+tσ公式計(jì)算，C20混凝土配制強(qiáng)度為26.6Mpa，C25混凝土配制強(qiáng)度為31.6Mpa。
表1 人工細(xì)骨料顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果
表2 泵送混凝土最佳砂率確定
圖2 三種水泥水膠比與混凝土28d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求水電站所用泵送混凝土為C25W8F150及C20W8F150兩種，結(jié)合工程實(shí)際情況，同時(shí)考慮混凝土耐久性和最大水灰比限制，略作調(diào)整后的混凝土配合比見“表3”。
針對(duì)中粒細(xì)晶灰?guī)r人工砂存在石粉含量偏大實(shí)際情況，采用坪頭水電站擬采用高抗硫酸鹽水泥、普硅42.5級(jí)峨勝水泥、42.5級(jí)航天水泥，并按擬用配合比配制混凝土，開展人工砂的石粉含量對(duì)混凝土性能影響的實(shí)驗(yàn)研究。從“表4”可以看出：石粉含量選為15%、21%、24%三種人工砂，都可以配制滿足設(shè)計(jì)要求的混凝土。
將不同品種水泥配制的泵送混凝土的性能指標(biāo)按不同石粉含量進(jìn)行分別累加，累加結(jié)果見“表5”。從表中可以看出：石粉含量為21%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性膜數(shù)量最高。其早齡期的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于其它兩種石粉含量的混凝土，28d齡期的抗拉性能優(yōu)于石粉含量為24%的混凝土，遜于石粉含量為15%的混凝土，其干縮變形最低。綜合比較，當(dāng)中粒細(xì)晶灰?guī)r人工砂的石粉含量為21%時(shí)，混凝土性能較優(yōu)。
表3 泵送混凝土配合比
表4 石粉含量對(duì)混凝土性能的影響
表5 人工砂石粉含量對(duì)混凝土性能影響的分析
三、結(jié)論
1.普遍認(rèn)為石粉一般認(rèn)為是惰性材料。試驗(yàn)表明中粒細(xì)晶灰?guī)r人工砂具有一定活性，有利于石粉顆粒與水化產(chǎn)物間粘接強(qiáng)度的提高，人工砂含有適量的石粉對(duì)改善混凝土的性能有利。
2.隨著人工砂中石粉含量的增加，混凝土砂率將減小，用水量將增加。水膠比在0.45-0.49間，石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂都可以配制C25泵送混凝土、常態(tài)混凝土。當(dāng)人工砂的石粉含量在21%時(shí)混凝土綜合性能最優(yōu)。使用石粉含量21%人工砂配制的低標(biāo)號(hào)泵送混凝土、常態(tài)混凝土及微膨脹混凝土，在坪頭水電站工程得到較好應(yīng)用，節(jié)省了石粉含量超標(biāo)處理時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，還降低了工程投資。
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作者：楊凡林1 李云亮2 苗綠野3
1.長江委陸水樞紐工程局,湖北赤壁,437302
2.長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢,430000
3.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南鄭州,450003
編輯：金哲
