砂粒对混凝土抗渗性影响的研究



砂粒对混凝土抗渗性影响的研究

刘斌

(湖南水利水电职业技术学院水利工程系，湖南 长沙410131)

【摘要】本文对机制砂与河砂两种类型的砂粒在不同砂率和不同颗粒级配条件下进行了混凝土的抗渗性比较。研究表明：砂率为40%时混凝土抗渗性能好，相同砂率情况下机制砂抗渗性要高于河砂；机制砂中的石粉含量可提高混凝土的抗渗性。选用最佳砂率按不同颗粒级配拌制的混凝土其抗渗性能有差异，其中特细砂混凝土抗渗性差，中砂和细砂混凝土抗渗性好，粗砂混凝土抗渗性一般。

【关键词】机制砂；河砂；混凝土；抗渗性

水利工程建设中混凝土在应具有较高的抗压强度同时还要有较好的抗渗性。水工建筑物中的水坝、水渠、港口码头等长期浸泡在水中，组成该建筑物的混凝土要能耐受一定的水压力，防止水体渗入混凝土内部将其侵蚀破坏。现在也有采用外加剂提高混凝土抗渗性的方法，外加剂可以抑制并减少混凝土内部孔隙的形成，能起到堵塞渗水通道防止水渗入内部的作用。实际影响混凝土抗渗性的因素是多方面的，但混凝土渗水的实质是混凝土不够密实，内部孔隙多。其中细骨料的填充作用会影响混凝土的密实度进而对混凝土的抗渗性产生影响。混凝土中的细骨料主要选用河砂和机制砂，为了使混凝土有良好的抗渗性，试验分别采用了河砂与机制砂在不同级配的砂粒和不同砂率下对混凝土的抗渗性进行研究。

1试验材料与方法

1.1　试验材料

试验选用普通硅酸盐水泥P.O32.5，并采用洁净的自来水放置两天后使用，以排除自来水中的氯离子干扰。粗骨料是从采石场购回的石灰岩，压碎制成粒径在25~40mm之间的粗颗粒。细骨料是从浏阳河开采的河砂和采石场机械破碎岩石形成的机制砂，粒径在0.15~4.75mm之间。

1.2　试验方法

根据混凝土各材料用量配合比计算方法，计算出C30强度等级的混凝土各材料用量。根据《混凝土结构设计规范》砂率选择范围，试验设定了4个不同的砂率，分别为30%、35%、40%、45%，用机制砂与河砂按不同砂率拌制混凝土进行抗渗试验。抗渗试验采用工程上普遍应用的水压力法，即我国混凝土抗渗试验标准中所谓的抗渗标号法。试验中每个处理组做3个重复试验，每组做6个试块进行抗渗试验，采用6个高度为150mm的圆台形试件从0.1MPa开始施加水压，然后每隔8h增加一次水压(0.1MPa)，当6个试件中有3个试件底部出现渗水时则停止加压，记录数据。

2试验结果与分析

2.1　不同砂率机制砂与河砂对混凝土抗渗性的影响

表1中1组、2组、3组是同一个处理中的3次重复试验，三个组中数值均不相同时取平均值作为本次试验的抗渗强度值，当有两个数据相同一个数据不同时，将不同值剔除。因此表1 中的试验结果显示：机制砂不同砂率的抗渗强度当砂率30%时为0.6MPa，35%时为0.7MPa，40%时为0.8MPa，45%时为0.8MPa；河砂不同砂率的抗渗强度当砂率30%时为0.5MPa，35%时为0.6MPa，40%时为0.7MPa，45%时为0.7MPa。试验中的砂粒是未经过筛分的同一类型砂粒。试验表明：无论是机制砂还是河砂，随着细骨料的含量在混凝土中的增加其抗渗强度不断增加，当砂率为45%时混凝土抗渗性不再增加。砂率的提高改变了混凝土中细颗粒的表面积，使混凝土更加密实。但增加混凝土砂率时为了保证混凝土的和易性、黏聚性以及坍落度，必须增加用水量，从而水灰比变大。已有研究表明：混凝土水灰比越大其抗渗性越低，混凝土中水量多会使水泥在水化过程中出现多余的游离态水，这些游离态水蒸发时，会在混凝土内部产生大量的孔隙，影响混凝土的抗渗性。因此在对抗渗性能要求高的混凝土进行配合比计算时，要选择合理的砂率，一般选用较高的砂率，但不能超过45%，试验中发现混凝土抗渗最佳砂率为40%。在对机制砂与河砂不同材料的比较中发现，相同砂率的情况下机制砂拌和的混凝土抗渗性能要高于河砂配制的混凝土。机制砂由人工制成，也称人工砂；河砂在河流中自然形成。与河砂相比，机制砂中含有一些石粉，适量的石粉可以起到填充混凝土中孔隙的作用，有利于提高混凝的抗渗性。

表1　不同砂率的机制砂与河砂的抗渗强度　单位：MPa

2.2　机制砂与河砂颗粒级配对混凝土抗渗性的影响

颗粒级配是砂粒用作混凝土细骨料的一个重要指标，是指砂粒堆集料中不同粒径砂粒所占的比例。测量采用累计筛余法，根据每个筛网剩余量占总量的百分比计算砂粒细度模数。

(1)

式中MX——细度模数；

A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6—— 4.75mm、 2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm筛的累计筛余百分率。

根据砂粒的细度模数值可将砂粒分为特细砂、细砂、中砂、粗砂。试验在砂率为40%最佳抗渗砂率的情况下将河砂与机制砂进行筛分，采用不同粗细程度的砂粒拌制混凝土进行抗渗试验。

表2　不同颗粒级配的机制砂与河砂的抗渗强度　单位：MPa

从表2可知机制砂的不同颗粒级配下的抗渗强度：特细砂为0.7MPa，细砂为0.9MPa，中砂为0.9MPa，粗砂为0.8MPa；河砂的不同颗粒级配下的抗渗强度：特细砂为0.7MPa，细砂为0.9MPa，中砂为0.9MPa，粗砂为0.8MPa。特细砂与粗砂的抗渗强度要低于细砂与中砂。特细砂用于拌制混凝土，水泥浆的流动作用增大，易使粗骨料发生离析作用，有时会出现溃散导致混凝土孔隙增加，使抗渗性变差。粗砂因颗粒较粗，颗粒与颗粒之间就含有空隙，这是造成混凝土成型后孔隙增多的原因。为提高混凝土的抗渗性要求可以选用中砂或细砂。试验中还发现在同一级配下使用机制砂与河砂拌制的混凝土抗渗强度无明显差异。机制砂在试验室通过筛分后，其中的石粉含量被过筛掉，而其筛得的粒径又和河砂一样，因而最后试验得出机制砂与河砂的抗渗性相同。

3结论与讨论

试验通过对混凝土拌制过程中对所用砂粒需要考虑的两个参数进行分析，得出了以下三个结论：

a.混凝土在拌制过程中抗渗性与砂率相关，并得出配制混凝土抗渗性能好的最佳砂率为40%。

b.机制砂中的适量石粉含量可有效提高混凝土的抗渗性，相同的砂率下机制砂配制的混凝土抗渗强度高于河砂配制的混凝土。

c.在混凝土抗渗性能好的最佳砂率条件下，不同级配砂粒拌制的混凝土抗渗性比较结果为：特细砂<粗砂<细砂=中砂。并且机制砂将所含石粉清除后相同的颗粒级配下抗渗强度无差别。

关于混凝土抗渗性已有一些理论上的研究，很多的理论研究都是从工程经验出发或者采用添外加剂的方法改善混凝土的抗渗性能。本文主要从工程材料中的砂粒角度研究混凝土的抗渗性能。砂粒是填充混凝土孔隙的重要材料，在影响混凝土抗渗性众多因素中，实质是对混凝土内部孔隙的影响，今后还可从其他方面进行研究。

参考文献

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Study of the impact of concrete anti-permeability by sand

LIU Bin

(DepartmentofHydraulicEngineering,HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesand

Hydropower,Changsha410131,China)

Abstract:The concrete anti-permeability of two types of machine-made sand and river sand under the different sand ratios and different grain composition conditions are compared. Research shows that the concrete anti-permeability is good when the sand ratio is 40%. The concrete anti-permeability of machine-made sand is higher than river sand under the same sand ratio. Stone powder content in machine-made sand can improve concrete anti-permeability. The best sand ratio is selected for mixing concrete according to different grain compositions, the concrete anti-permeability is different. The concrete anti-permeability of special fine sand is worse, the concrete anti-permeability of medium and fine sand is good, and the concrete anti-permeability of coarse sand is general.

Key words:machine-made sand; river sand; concrete; anti-permeability

中图分类号：TV431

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2016)01-0044-03

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.013