碾壓混凝土配合比設計中砂料和混凝土最大密度選擇分析

易永軍

（中國水電十五局科研設計院，陜西咸陽市 712000）

自碾壓混凝土問世以來,碾壓混凝土施工技術已取得了巨大進步，碾壓混凝土壩已成為現代水利工程大壩普遍采用的壩型之一。合理優化的碾壓混凝土配合比是控制壩體質量的關鍵環節之一。本文結合碾壓混凝土配合比設計試驗，探討碾壓混凝土中砂料選擇方法和混凝土密度的測試方法。

1 砂料的選擇

1.1 人工砂

對于采用人工砂拌制的碾壓混凝土，必須控制人工砂的石粉含量，人工砂中由于石粉含量不同，其抗壓強度和混凝土的可碾性不同。某工程不同石粉含量混凝土配合比及混凝土試驗結果分別見表1、表2。

從表1、表2可以看出，隨著砂料中石粉含量增大，混凝土VC值有增大的趨勢，石粉含量在18%左右時，碾壓混凝土的和易性好、抗壓強度也較大；當石粉含量超過 18%以后，強度降低、可碾性差，隨石粉含量增加、混凝土抗凍性能降低。碾壓混凝土配合比設計時人工砂料的石粉含量要加以控制。

1.2 天然砂

天然砂料中小于 0.16mm的含量較少，不利于現場碾壓施工，為改善碾壓混凝土和易性，提高細顆粒含量，保證混凝土的可碾性，目前大多采用內摻石粉或粉煤灰的方法進行，粉煤灰摻量和石粉摻量的選擇成為關鍵。

1.2.1 粉煤灰替代砂料的選擇

在天然砂進行的碾壓混凝土配合比設計中，采用粉煤灰替代部分砂料，替代率通過室內試驗確定。

用粉煤灰替代部分砂料的水泥膠砂強度試驗結果見表3、圖1。

表1 不同石粉含量混凝土配合比表

表2 不同石粉含量混凝土配合比試驗結果表

表3 粉煤灰替代砂料膠砂強度檢測結果對比表

圖1 水泥膠砂抗壓強度與粉煤灰替代率關系曲線

從表3的檢測結果看，不同摻量粉煤灰替代砂料后，水泥膠砂抗折強度變化不大；替代率在 10%以內，隨著粉煤灰摻量的增加，膠砂抗壓強度在增大，90d的增長較為明顯，替代率超過 10%時，抗壓強度略有降低。因此粉煤灰替代砂料的摻量宜控制在 10%以內。最佳摻量應根據混凝土和易性、混凝土的性能指標綜合考慮。

1.2.2 石粉摻量的選擇

（1）天然砂內摻石粉顆粒級配及密度研究。在天然砂中分別摻入 5%、8%、12%、16%、20%的石粉，對摻入石粉后天然砂的顆粒級配進行試驗，試驗結果見表 4。摻入石粉后砂子緊密密度及孔隙率試驗結果見表5。

天然砂摻入石粉后，隨著石粉摻量的增加，組合砂的細度模數降低、緊密密度增大、孔隙率變小，石粉可部分填充天然砂中的空隙部分。

（2）摻入石粉后碾壓混凝土配合比研究。為了了解天然砂中摻入石粉后混凝土的性能變化情況，對摻入石粉8%、12%、16%進行二級配碾壓混凝土比較試驗，試驗結果見表6。

表4 天然砂、摻不同摻量石粉后的砂顆粒級配試驗表

表5 不同石粉摻量下砂子緊密密度及孔隙率試驗結果表

表6 不同石粉摻量天然砂混凝土配合比試驗結果表

水膠比0.48、粉煤灰摻量50%的對比試驗結果表明，天然砂中摻入石粉后，組合砂的表面積增加，在保持 VC值基本不變的條件下，混凝土用水量隨著石粉摻量的增加而有規律的增加，同時膠材用量也有規律的增大，當摻入石粉后，要達到與不摻石粉的混凝土相同的 VC值，混凝土用水量分別需要增加5 kg/m3、9 kg/m3、13kg/m3左右；當摻入16%及以上石粉時，膠材用量增加很多，使用上很不經濟，且會給施工帶來麻煩，因此石粉含量不宜超過10%，具體摻量由室內試驗確定。

天然砂摻石粉后，混凝土拌合物的細粒含量、漿體量有所增加，可碾性有所提高；摻入石粉后，混凝土的含氣量降低，強度比不摻石粉略高，抗凍性降低，要保證相同的抗凍性能，摻入石粉后的混凝土應提高引氣劑摻量。

2 碾壓混凝土密度的選擇

碾壓混凝土最大密度是現場控制混凝土質量的關鍵，室內進行碾壓混凝土密度試驗可為現場提供參考依據。混凝土密度隨振動時間增加的變化試驗見表 7、表 8。碾壓二級配、三級配采用水膠比0.45、粉煤灰摻量50%進行試驗。

表7 碾壓二級配（0.45水膠比）最大密度試驗表

表8 碾壓三級配（0.45水膠比）最大密度試驗表

圖2 二級配碾壓混凝土密度與振動時間關系曲線

圖3 三級配碾壓混凝土密度與振動時間關系曲線

從表7、表8的試驗結果看，隨著振動時間的延長，混凝土密度在增大。但振動時間增大某一值時，密度達到最大值，之后隨著振動時間延長，混凝土密度將會下降。再繼續增加震動時間，這時粗骨料被震碎，混凝土內組成材料發生重新組合，混凝土密度又會增大。這一試驗可為確定碾壓混凝土最大密度提供參考依據。

3 結 語

砂料是碾壓混凝土除水泥以外的重要原材料，級配良好、0.16mm細顆粒含量適宜的砂料是控制膠凝材料的一個重要方面。天然砂料和人工砂料由于顆粒粒型及 0.16mm細顆粒含量不同，在進行碾壓混凝土配合比設計時，應采取不同的處理方法，滿足現場施工的工藝和質量要求。

碾壓混凝土最大密度確定，是現場控制混凝土碾壓質量的關鍵部分，現場應根據室內提供的密度，經過現場碾壓試驗最終確定碾壓控制參數。