粉砂巖制砂取代河砂對砼強度的影響研究及意義

樓鮮葒 孔存書 楊世勇 劉和鑫

摘要：由于河砂禁采，被山砂取代。近年來，湖南對地質災害防治工程投入大，抗滑樁是主要措施之一。因災害點比較偏僻，混凝土多采用現場攪拌的方式，取代河砂的是山砂。瀏陽高坪滑坡治理中抗滑樁垮孔事故，是對粉砂制砂取代河砂對砼抗壓強度的影響進行研究的原因。實驗室將一組單一變量的標準試塊進行3天、7天、28天的抗壓強度比對測試，從而得出粉砂制砂不可取代河砂的結論，從而給湖南治理工程抗滑樁材料的選用起指導和警示作用。

Abstract： Because river sand is banned from mining， it is replaced by mountain sand. In recent years， Hunan Province has invested a lot in geological disaster prevention project， and anti-slide pile is one of the main measures. Because of the remoteness of the disaster site， concrete is often used in the way of site mixing， instead of river sand is mountain sand. The caving accident of anti-slide pile during the treatment of Gaoping landslide in Liuyang is the reason to study the influence of silt-sand making on the compressive strength of concrete instead of river sand. By comparing the compressive strength of a group of standard test blocks with a single variable for 3 days， 7 days and 28 days， it is concluded that silty sand making can not replace river sand， which will play a guiding and warning role in the selection of anti-slide pile materials for Hunan governance project.

關鍵詞：粉砂巖制砂;取代河砂;砼強度比對試驗;結論

Key words： siltstone sand making;instead of river sand;concrete strength comparison test;conclusion

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0126-03

0? 引言

瀏陽高坪沿甸村坳上組滑坡地處瀏陽市高坪鎮沿甸村坳上組，主要威脅對象為滑坡體坡體上及下方坳上組居民及房屋，共計威脅15戶77人，民房33棟，潛在經濟損失約300萬。

為保護滑坡下方村民的生命財產安全，財政出資對滑坡體進行治理。結合治理工程目標和原則、區內的生態環境保護和新農村建設規劃，擬對滑坡采用抗滑樁、擋土墻、截排水工程等支護形式。

抗滑樁共計11根，規格為1.0m×1.5m，樁長15.0m，樁間距4.0m，坡頂設置截水溝。抗滑樁護壁設計強度為C20，樁身混凝土設計強度為C30。

由于當地民風彪悍，外地施工隊伍無法進入，施工現場大部分人是沒有質量意識的農民工，現場管理人員也由所謂的村干部擔任。

因河砂匱乏加之成本很高，為節省成本又省事，現場管理人員決定就地取材，用粉砂敲碎代替河砂甚至粗骨料拌和混凝土。

在抗滑樁開挖過程中，11根樁有8根樁出現垮孔，有2個樁孔軟弱面上有較大滲水，致施工暫停，也因此向我單位（資質單位）求助。我單位先后派出多名技術員到現場，找不到問題所在。

1? 垮孔原因查找

關于抗滑樁護壁施工，質量控制標準要求：每一節的施工深度為1m，完成挖土后，應立即進行護壁混凝土支護，當遇流砂或涌土時，每節深度減至0.3-0.5m，并隨挖隨澆護壁混凝土;在透水層區段的護壁預留泄水孔，澆注前堵塞，護壁混凝土摻加早強劑，以縮短脫膜時間。

本項目抗滑樁施工中，每一節開挖深度控制在1m，軟弱面上有較大滲水的樁孔，開挖深度已調整至0.5m并及時澆筑護壁砼，可是為什么還是普遍出現垮孔現象呢？

筆者親自前往工地查找問題。檢查發現，已修筑的抗滑擋土墻砌筑用的砂漿的顏色不正常，懷疑材料有問題，隨后找到砂漿、混凝土拌和現場，發現細骨料全為搗碎的粉砂巖。附混凝土材料拌和現場照片：見圖1。

隨即取樣送實驗室進行顆分、含泥量（泥粉含量）的測試。

湖南XXX工程質量檢測公司對樣品進行了顆粒分析試驗，檢測結果見表1。

而GB/T14684-2011《建設用砂》規定：見表2和表3。

說明：機制砂MB值≤1.4或快速法試驗合格時，石粉含量和泥塊含量應符合表4的規定，

機制砂MB值>1.4或快速法試驗不合格時，石粉含量和泥塊含量應符合表5的規定。

從表3可以看出，天然砂的含泥量不得大于5%，機制砂的石粉含量不得大于10%，泥塊含量不得大于2%，而根據施工現場取回的樣品檢測結果，含泥量（石粉含量）達到22.5%，嚴重超標。

GB-T14684-2011還規定，砂的主要礦物成分應為石英和長石，而現場所用砂為紫紅色粉砂巖類粉碎而成，砂巖類為軟質巖石，主要成分為泥質，遇水易軟化。當其作為混凝土骨料時，就會對混凝土本身的性能產生不可忽視的影響。

2? 粉砂巖制砂取代河砂制砼對砼強度的影響程度研究

2.1 試驗目的

為了進一步研究粉砂巖制砂取代河砂制砼對砼強度的影響程度，筆者采集了與現場制砂用的粉砂巖巖性一致的巖塊，同時購買了水泥、粗骨料、河砂等材料送到實驗室，在水泥、粗骨料不變等的情況下，細骨料分別采用河砂和粉砂巖制砂制作若干組150*150*150mm抗壓試塊，制作、養護、試壓過程完全按照《普通混凝土配合比設計規程》、《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2016進行，然后測試3d、7d、28d的抗壓強度。

2.2 試驗準備

2.2.1 C20混凝土配合比設計

設計強度fcu.k=20MPa，坍落度140-180mm。強度保證率為95%，強度保證系數t=1.645，標準偏差σ=4。采用機械攪拌。

材料說明：

水泥：采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，各項指標均符合要求;砂（細骨料）：選用湘潭市湘江砂場的河砂;碎石（粗骨料）：選用湘鄉市棋梓鎮澤江石場5-10mm、10-19mm、19-31.5mm的單級配碎石，摻配比例：5-10mm占20%，10-19mm占50%，19-31.5mm占30%;水：符合混凝土用水要求。

2.2.2 混凝土配合比設計步驟

2.2.2.1 初步配合比設計步驟

①確定試配強度：fcu.o=fcu.k+t×σ=20+1.645×4=26.6MPa;

②計算水膠比：W/B=aa×fce/（fcu.o+αa×αb×fce）=（0.53×42.5）/（26.6+0.53×0.20×42.5）=0.72（式中：αa=0.53、αb=0.20、fce=γc·fce.g=42.5）（根據規范規定最大水膠比不宜大于0.60，選用基準水膠比為0.56）;

③選定用水量：碎石最大粒徑31.5mm。坍落度在140-180mm，查表得用水量mwo=210㎏;

④計算水泥用量：mco=mwo/（W/B）=210/0.56=375㎏;

⑤確定砂率：根據水下混凝土要求，選定砂率βs=39%;

⑥確定粗集料用量（假定混凝土容重為2400㎏/m3）：

mco+mso+mGO+mwo=2400

mso/（mso+mGO）=39%

解此方程組得：mso=708㎏，mGO=1107㎏

⑦確定初步配合比：

水泥：細集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.2 試拌并確定基準配合比

按照初步配合比進行試拌，當用水量為210㎏，W/B=0.55，βs=39%時，坍落度為170mm，且粘聚性、保水性都較好，滿足施工和易性的要求。實測混凝土表觀密度為ρ=2380㎏/m3，（2400-2380）÷2400=0.8%<2%，故不需要調整。

基準配合比為：

水泥：細集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.3? 確定試驗室配合比

①用水量不變，水膠比降低0.03，砂率為39%，W/B=0.53各材料用量如下：

水泥：細集料：粗集料：水=396：700：1094：210

經試拌調整，其坍落度和其他工作性均能滿足規范及施工要求。

②用水量不變，水膠比增加0.03，砂率為39%，W/B=0.59各材料用量如下：

水泥：細集料：粗集料：水=356：715：1119：210

經試拌調整，其坍落度和其他工作性均能滿足規范及施工要求。

2.2.2.4 確定配合比

根據三個水膠比28天的抗壓強度，繪制膠水比-強度曲線圖，見圖2。

根據試驗結果，本試驗C20砼采用原基準配合比，即水膠比W/B為0.56。基準配合比為：水泥：細集料：粗集料：水=375：708：1107：210=1.00：1.89：2.95：0.56。

2.2.3 河砂與粉砂巖制砂C20混凝土抗壓強度比對試驗

①砼試塊制備現場照片見圖3。

②砼試塊試壓現場照片，見圖4。

③按照上述配合比進行混凝土拌合并養護后抗壓強度測試結果見表4。

④混凝土抗壓強度隨齡期增長曲線，見圖5。

⑤河砂與粉砂巖制砂C20混凝土抗壓強度數據解析。

從曲線圖可以看出：河砂混凝土前7d抗壓強度隨著齡期的增加強度呈直線上升，7d強度達到設計強度的142.4%，而粉砂巖制砂混凝土3d抗壓強度即已基本達到峰值，但只有設計強度的80%，3-28d的強度變化不明顯。

3? 結論

①混凝土細骨料中的含泥量（泥粉含量）對混凝土拌合物的性能沒有太大的影響但對混凝土的強度影響很大;如果含泥量（泥粉含量）過高，會嚴重影響混凝土的抗壓、抗折強度。②粉砂巖制砂混凝土強度隨著齡期的增加強度增加不明顯，說明耐久性差，從而容易引發質量事故。③粉砂巖制砂取代河砂制砼不可取代。

4? 意義

為了解決天然砂資源逐步減少甚至無天然砂可用的情況，湖南目前正在進行全省范圍內的砂石礦勘查，本工程實踐經驗及實驗室測試結果將對砂石礦勘查和抗滑樁材料選擇起到很好的指導作用。

參考文獻：

[1]瀏陽市高坪鎮沿甸村坳上組滑坡地質災害治理工程施工圖設計文件.

[2]GB/T14684-2011，建設用砂[S].

[3]GB/T50080-2016，普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S].

[4]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設計規程[S].

作者簡介：樓鮮葒（1965-），女，浙江浦江人，本科，水工環地質高級工程師，從事巖土工程勘察、水文地質勘察、地質災害防治工程勘查、設計、施工等工作。