周公宅水库人工砂含泥量与混凝土性能试验研究

2011-03-17王志军

黑龙江水利科技 2011年1期

王志军

(中国水利水电第四工程局勘测设计研究院，西宁810007)

周公宅水库工程位于宁波市鄞州区大皎溪皎口水库上游15 km处，是一座供水、防洪结合发电的综合水利工程。坝体混凝土骨料均采用现场石料人工破碎而成，因采用干制法生产，人工砂的石粉含量偏大，而根据《水工混凝土施工规范》(DL/T5144－2001)规定砂中＜0.075 mm的颗粒均定义为含泥量。

根据以往工程经验，合理的人工砂石粉含量，不仅可以改善混凝土和易性、抗分离性、还可以提高混凝土抗压强度及抗渗能力，同时还可以降低生产成本。但因人工砂的含泥量会随着石粉含量的增加而成比例的增加。砂含泥量的增大，将影响水泥与砂、石骨料的黏结，同时增加混凝土单位用水量，改变混凝土水胶比，从而使混凝土的收缩性增大，容易出现大量水分滞留于混凝土中，水分蒸发后，混凝土空隙率大、密实度低，混凝土强度达不到设计要求，其耐久性也将降低。本次试验旨在研究人工砂含泥量对混凝土强度、耐久性、干缩(湿胀)性能的影响。

1 混凝土配合比

1.1 原材料试验

本次试验所用骨料为周公宅水电站坝址右侧山体的熔结凝灰岩破碎而成，骨料生产采用干制法，粗骨料的含泥、超逊径、针片状均符合《水工混凝土施工规范》(DL/T5144－2001)的基本要求，原状人工砂平均细度模数FM=2.8，石粉含量12.0%，含泥量5.0%，属中砂偏粗。试验所用人工砂根据需要配置成含泥量为3.0%、5.0%、7.0%、9.0%、11.0%，砂细度模数在2.3～3.1。试验所用水泥为尖峰水泥厂生产的普通42.5硅酸盐水泥，水泥的各项技术指标经检测均符合GB175－1999的相关要求;粉煤灰为北仑电厂生产，检测结果符合DL/T5055－1996Ⅱ级煤灰的技术指标要求。减水剂为浙江龙游外加剂厂生产的ZB－1A，掺量为胶材总量的0.65%;引气剂为上海枫杨实业有限公司生产的SJ－2，掺量为胶材总量的0.015%。

1.2 配合比设计

配合比设计采用 0.45、0.50两个水胶比及 3.0%、5.0%、7.0%、9.0%、11.0%共5种人工砂含泥量共10种不同的组合。对不同水胶比及含泥量的组合，通过试拌后确定具体配合比参数，结果见表1。

表1 混凝土配合比设计试验参数

2 混凝土性能试验

本次混凝土性能试验包括:混凝土的抗压、抗拉、弹性模量、极限拉伸、干缩(湿胀)、抗渗及抗冻试验，所有试件均为同批次成型，其原材料性能、混凝土配合比及拌合物性能均相同。根据配合比初步设计成果，按照表1中的试验参数，称取各组分材料，采用100 L的自落式搅拌机将其拌合均匀后制作各种试件，标准养护28 d后进行各项试验。

2.1 强度性能试验

强度是混凝土极为重要的性能之一，结构物主要利用其抗压强度承受荷载，并常以抗压强度为主要设计参数，且抗压强度与其它强度及变形特性有良好的相关关系。试验采用150 mm×150 mm的标准立方体测定其抗压/抗拉强度。混凝土拌合物的坍落度和强度实测成果见表2。

从表2试验成果及图1、图2可见:混凝土强度随着水胶比的增大而降低，二组不同水灰比的情况下，含泥量对混凝土强度的影响规律基本一致。在水胶比相同的情况下，混凝土强度随着砂含泥量的增加而降低;含泥量为3.0%时因人工砂石粉含量偏低，混凝土和易性较差，不利于生产施工。

2.2 弹性模量性能试验

弹性模量是指就历程－应变曲线上任一点的应力与应变的比值。本次试验测定的为混凝土的静力抗压弹性模量，试件尺寸为φ150 mm×300 mm的圆柱体。

2.3 极限拉伸性能试验

极限拉伸是指混凝土轴心拉伸时，混凝土试件在断裂前的最大伸长值。极限拉伸测定采用截面尺寸为100 mm×100 mm×550 mm的标准试件，并沿试件的长轴方向，每分钟以0.4 MPa的加荷速度，采用YJ－26型静力电阻应变仪测定其拉伸变形，试件断裂前的最大拉伸应变即为极限拉伸值。混凝土的弹性模量、极限拉伸试验结果详见表3。

表3 混凝土的弹性模量、极限拉伸试验结果

由表3及图3、图4可见:混凝土的静力抗压弹模、极限拉伸值也随着砂含泥量的增加和水胶比的增大而降低，与混凝土强度变化规律基本相吻合。

2.4 干缩(湿胀)性能试验

混凝土的干缩(湿胀)是指混凝土在无外荷载作用下由干、湿引起的轴向长度变形。本次试验采用100 mm×100 mm×515 mm的标准菱柱体试件测定其3 d、28 d龄期的干缩和湿胀率，试验结果详见表4。

表4 混凝土干缩、湿胀率试验成果

由表4及图5、图6可见:在水胶比相同的情况下，混凝土的干缩、湿胀率均随着砂中含泥量的增加而增大，但水胶比的变化对混凝土的干缩、湿胀率影响不大。混凝土的28 d干缩率在3 d的基础上增长较大，混凝土的湿胀率在3 d便达到最大值，并成下降趋势。

2.5 抗渗性能试验

混凝土的抗渗性，是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。抗渗性是混凝土的一项重要性质，除关系到混凝土挡水及防水作用外，还直接影响到混凝土的抗冻性和抗侵蚀性等。混凝土抗渗试验采用逐级加压法。

2.6 混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性，是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融作用而不被破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土的抗冻性以抗冻标号来表示。抗冻标号是以设计龄期的混凝土标准试件，在水饱和状态下所能承受的冻融循环次数来决定的。抗冻试验采用快冻法，试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm，在标准条件下冻融，当相对动弹模降至60%或试件重量损失超过5%时的冻融循环次数即为混凝土的抗冻标号。抗渗、抗冻试验成果见表5。

由表5及图7、图8可见:在水胶比相同的情况下，混凝土抗渗、抗冻等级均随着砂含泥量的增加而降低，相同的砂含泥量，抗渗、抗冻等级随着水胶比的增大而降低。混凝土的抗渗、抗冻性能的变化规律与强度的变化规律也基本一致，即含泥量越小，强度越高，混凝土的抗渗、抗冻性能越好。