特細砂混凝土在中小型水利市政工程中的應用

□韓蓮鳳（開封市水利技術推廣站）

1.導言

用細度模數為0.7～1.5的砂配制的混凝土稱特細砂混凝土。河南省地處黃河中下游，在鄭州以東、以北廣大平原地區內，由于歷史上黃河泛濫沉積和經風力推移形成大量砂丘，有大量的特細砂和粉砂，缺乏中粗砂，砂子細度模數在0.38～1.45之間。經對開封市馬家河北支劉寺段及開封縣朱仙鎮段河砂進行試驗，細度模數為1.20～1.45，含泥量在5%以內。

據調查，特細砂混凝土大部分用于工民建基礎墊層和磚混結構中，且是中、細砂混合使用，沒有大力推廣。其原因是行業管理和試驗人員對特細砂配制的混凝土性能掌握不夠，對《特細砂混凝土配制及應用規程》（BJG-1965）吃不透，混凝土試配時采用的砂率偏高，甚至套用粗、中砂混凝土的砂率；拌和用水過大，又不進行和易性試驗，攪拌不均勻，振搗時間不夠，不養護或養護欠佳。致使抗壓強度過低，混凝土收縮、干裂現象嚴重，影響了推廣使用。

水工混凝土多使用中砂，缺少中砂時，通常采用粗、細砂混合使用。近幾年來，通過對開封縣運糧河朱仙鎮鋼筋混凝土灌注樁橋、趙口灌區一期工程小型橋、閘、開封縣運糧河小店王節制閘、開封市經濟開發區金明廣場地下排水管道墊層、停車場墊層、開封市人壽保險公司辦公樓基礎墊層進行了試驗，均使用當地河渠中的天然特細砂拌制混凝土，取得了較好的技術經濟效益。同時，通過實踐，在一定條件下特細砂可配制C10～C25的混凝土。通過摻用石屑替代部分特細砂配制水化熱、抗裂性好、質量優良高強度的混凝土。

2.特細砂混凝土配制的技術措施

2.1 適當延長特細砂混凝土拌和時間，可保證混凝土拌和物均勻

由于特細砂中細顆粒數量多，混凝土拌和物粘滯度大，不易攪拌均勻。如果混凝土用水量偏高，混凝土澆筑后易產生收縮，沉降裂縫。因此，除配合比設計中采用低砂率、摻用減水劑等措施降低用水量外，施工中還應適當延長拌和時間1～2min，保證混凝土拌和物質量的均勻性，加強振搗和養護，提高施工質量。

2.2 采用低砂率、低坍落度可使用水量與中砂混凝土相近

混凝土是水泥包裹砂子形成砂漿，砂漿包裹石子形成的人造石。砂子用量多少直接關系到水泥用量，石子四周包裹的砂漿厚度大了，就會降低其骨架作用，直接降低混凝土的抗壓強度。因此，無論粗、中、細砂混凝土選擇砂率都不宜過高。由于特細砂較中砂顆粒均勻，包裹石子的砂漿厚度相對比中砂砂漿的厚度小，這就大大加強了石料的顆粒作用，因而特細砂混凝土較中砂混凝土具備了降低砂率的客觀條件。隨著砂率的降低，水泥用量相對減少，使特細砂混凝土的性能有了很大的改善。水工混凝土試拌用水量資料表明，特細砂混凝土每增減砂率2%，混凝土用水量相應增減5kg/m3，因而采用較低砂率可有效降低混凝土單位用水量。開封市水利、市政工程采用的特細砂混凝土較中砂混凝土砂率低約6%～10%。

由于特細砂比表面積大，為達到同一稠度，用水量較中砂混凝土高。由于特細砂混凝土拌和物中砂漿用量較少，為了增加流動性，就需多用水泥漿或增大水灰比，這在經濟與技術上均對工程不利，故其流動性應以小為宜。實踐證明，采用低流動性混凝土具有良好的施工性能。在不摻外加劑的條件下，特細砂混凝土與中砂混凝土用水量接近。中砂、特細砂混凝土平均用水量見表1。

表1 不摻外加劑時混凝土用水量比較表 單位：kg/m3

2.3 摻用減水劑降低混凝土用水量

減水劑用于特細砂混凝土不僅可降低單位用水量，還可改善混凝土拌和物的性能及混凝土的物理力學性能。開封縣運糧河小店王節制閘、趙口灌區一期工程一些橋梁的灌注樁，都使用了木鈣減水劑，從而使混凝土單位用水量減少、節約水泥、改善混凝土的和易性、增加強度，具有顯著的經濟效益。

砂的顆粒愈細，混凝土的最優砂率愈低。配制特細砂混凝土的關鍵是采用較低的砂率，一般在30%以下。砂率不僅影響混凝土的強度，而且影響混凝土拌和物的和易性及水泥用量等。砂率適當時，其抗壓強度可以接近于中、粗砂混凝土；砂率過大時，其抗壓強度顯著下降。

當混凝土采用砂石、二級配，坍落度為30～50mm時，特細砂混凝土砂率按表2選用。

表2 特細砂混凝土砂率（%）表

2.4 摻用石屑替代部分特細砂配制高強混凝土

摻用石屑（0.08～5mm）替代特細砂，并與特細砂配成混合砂組成混凝土的細骨料。這種混合砂與純特細砂比較，它的級配好、空隙率小、細度模數大。與人工砂比較，這種混合砂的顆粒圓滑，對粗骨料有良好的潤滑作用，混凝土拌和物流動性好，而且價格也低于人工砂。石屑的摻入改善了特細砂的級配，使其比表面積和空隙率都降低，減少了單位用水量，使混凝土孔隙結構得了改善；石屑粉末的存在，減少了泌水，使混凝土的均勻性得到改善；由于石屑表面粗糙多孔，機械咬合力強，水泥水化時堿性溶液進入孔內，發生一系列物理化學過程，因而與水泥石之間有良好的界面粘結，提高了抗壓、抗拆強度，并增強抗滲、抗凍能力，經試驗，抗滲可達到P6，抗凍達到F50；可配制C15～C30普通混凝土，通過“雙摻”還可配制C50～C60高強混凝土。摻用石屑替代部分特細砂配成的混合砂含泥量減少，細度模數增大。用混合砂拌制的混凝土，其28d抗壓強度（按C20設計）與特細砂混凝土相比提高23.1%，早期強度幅度更大，不摻減水劑時3d抗壓強度提高56.5%，抗滲和抗凍能力也得到改善，見表3混凝土配合比試驗成果。

表3 混凝土配合比試驗成果表

3.工程應用及效果

案例1：趙口灌區一期工程，開封縣運糧河朱仙鎮灌注樁橋T型梁。混凝土設計強度等級C25，強度保證率84%，施工配制強度29.6MPa。采用42.5號普通水泥；河砂的細度模數1.20，含泥量5%，表觀密度2.65g/cm3；碎石，最大粒徑40mm，二級配，40～20：20～5=40：60，表觀密度 2.70g/cm3；無抗滲、抗凍要求；不摻減水劑；混凝土水灰比采用0.53，入倉坍落度30～50mm，單位用水量165kg/m3，水泥用量312kg/m3，砂率26%。

案例2：趙口灌區一期工程，開封縣運糧河小店王節制閘閘墩和閘底板。混凝土設計強度等級C15，強度保證率P=84%，施工配制強度18.8MPa。采用42.5號普通水泥；特細砂，細度模數1.20，表觀密度2.65g/cm3；碎石，最大粒徑40mm，二級配，表觀密度2.70g/cm3；使用木鈣減水劑并進行閘墩、閘底板埋石。由于是冬期施工，在采用木鈣減水劑（減水10%）的同時，摻用了金星II型早強劑（減水5%），采用養護劑并加蓋草袋進行養護。

為滿足混凝土各種性能的要求和施工規范規定，各混凝土的參數選用值見表4。

表4 混凝土參數選用定表

案例3：開封市金明廣場停車場混凝土墊層。設計強度等級C20，強度保證率95%，施工配制強度28.2MPa。采用新鄉潞王牌42.5號普通水泥，實測抗壓強度3d為25.1MPa，28d為45MPa；特細砂，細度模數1.30，含泥量5%，表觀密度2.61g/cm3；碎石，最大粒徑 20mm，二級配，5～10：10～20=50：50，表觀密度 2.70g/cm3，堆積密度1520kg/m3。混凝土水灰比0.55，入倉坍落度10mm，單位用水量172kg/m3，水泥用量313kg/m3，砂率27.4%。

以上三個工程使用特細砂配制混凝土，不但使混凝土強度滿足要求，而且由于早期養護較好，混凝土未出現過裂縫，主要原因是采用低砂率和低用水量，低砂率使粗骨料用量有所增加，混凝土骨架堅固，閘墩、閘底板埋石，起到了限制收縮的作用；低用水量減少了混凝土產生干縮裂縫的可能性。

4.結論

通過工程實踐表明，特細砂混凝土由于砂子顆粒在0.16mm以下細粒數量多，使混凝土拌和物粘滯度大，黏聚力強，泌水少，經過振動，不易產生分層和離析。外觀較中、粗砂混凝土干澀的特細砂混凝土拌和物，在振動時反而易于振實。采用特細砂配制混凝土，可就地取材，成本低廉，只要采用相應的技術措施，改善混凝土的性能是可行的。

[1]王異，周兆桐.特細砂混凝土.吉林科學技術出版社，1985，(10).

[2]蔡正詠.混凝土性能.中國建筑出版社，1979，(12).