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摘要：在我国西北资源匮乏地区，水泥混凝土中运用级配不良的中粗砂，选择合适砂率和运用适当量的砂代替小档料（4.75-9.5mm）能够配制出良好的低标号（C40以下）水泥混凝土。对降低工程成本，为我国交通工程建设有重要的意义。
关键词：水泥混凝土；砂率；和易性；抗压强度；代替
引言：交通运输是人类社会日常生活、生产和经济发展中的一个必不可少的重要环节。随着社会的不断发展以及科技的不断进步，人们对交通运输的需求进一步增长。“十三五规划纲要”明确提出：拓展基础设施建设空间，加快完善安全高效、智能绿色、互联互通的现代基础设施网络，更好发挥对经济社会发展的支撑引领作用。其中，构建横贯东西、纵贯南北、内畅外通的综合运输大通道，加强进出疆、出入藏通道建设，构建西北、西南、东北对外交通走廊和海上丝绸之路走廊。打造高品质的快速网络，加快推进高速铁路成网，完善国家高速公路网络，适度建设地方高速公路，增强枢纽机场和干支线机场功能。随着我国交通工程不断的大批量的建设，而在交通工程的建设中水泥混凝土是必不可少的工程实体材料，水泥混凝土在公路工程、铁路工程、市政基础设施等工程中广泛应用，所以水泥混凝土需求量也日益飞速增长，从而对细集料（这里主要指天然砂）需求量也不断增大。众所周知，Ⅱ区中砂，级配良好河砂，对配制优质混凝土是一种理想的天然材料。但是，河砂主要分布在现有河流或干涸河流的深河床或浅河床，从我国地理区域分布分析，河砂在我国分布极不均衡，一般呈现华南，华中、华东分布最广，华北、东北较广，西北最少，尤其对资源相对匮乏的内蒙古阿拉善盟、兴安盟、新疆、西藏等境内分布更少。所以在我国西北地区选择优质理想的天然砂是相对比较困难。如果一昧按照规范追求优质的河砂，不利于降低工程成本。所以，研究砂率、运用代替法对水泥混凝土质量分析尤为重要，对在我国西北地区建设交通工程具有重要的战略性意义。
1材料说明
水泥：采用乌海蒙西水泥厂生产的蒙西P.O42.5普通硅酸盐水泥。经试验验证，水泥各项指标均满足《通用 硅酸盐水泥》（GB175-2007）标准要求。
碎石：采用巴盟市磴口县荣腾碎石厂生产的4.75～9.5mm；9.5～19mm；19～31.5mm三级配碎石。经试验验证，碎石各项指标均符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/ T F50-2011）中Ⅱ区要求，级配良好。
河砂：采用阿拉善盟左旗敖伦布拉格鑫晟砂场生产河砂。经多次试验验证，该砂细度模数Mx=3.1～3.3；属粗砂，级配不良，其它各项指标均符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/ T F50-2011）中Ⅱ区要求。
减水剂：采用高性能缓凝型聚羧酸系减水剂。经试验验证，符合《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）标准要求。
水：饮用水
2 配合比设计及试验过程
本课题试验选择强度等级为C35的混凝土为研究对象。
本研究课题混凝土搅拌方式采用试验室室内HJW-60型小型搅拌机拌制和现场三一重工HZS180型大型搅拌机拌制，采用两者对比试验分析方法。
2.1设计配合比（砂率βs=42%）
依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）设计配合比如下：砂率βs=42%；水灰比W/C=0.41；设计坍落度120～160mm。配合比设计如下：
试验室拌和：采用室内拌和出机后再人工拌和均匀后实测坍落度：140mm。观察此混凝土和易性较差，表现棍度中（稍难插捣），含砂情况中（抹面七、八次后有较少空隙和石子外露），保水性少量（略有离析），粘聚性较差。
砂率βs=45%与砂率βs=42%的混凝土相比，混凝土和易性、表现棍度、含砂情况、保水性等性能有明显地改善，但28天抗压强度不满足试配强度。由于砂率增大，单位用砂量提高，而粗集料中4.75～9.5mm 、9.5～19mm、19～31.5mm三档碎石按比例单位用量减少，国内外大量实践证明①，这样混凝土构件耐久性，抗开裂性和抗碳化性一定程度地减弱。所以砂率βs=45%的设计配合比不可用于现场工程实体中。选用砂率βs=45%的设计配合比。
3用粗砂代替粗集料中部分4.75～9.5mm碎石含量的混凝土质量研究分析
通过配合比设计及试验过程发现，当砂率βs由42%递增到45%时，混凝土和易性有所改善，但28d抗压强度不足，抗耐久性、抗开裂性和抗碳化性等相关性能减弱，究其原因，主要是粗集料中9.5～19mm、19～31.5mm两档碎石按比例单位用量减少引起的。所以，为了改善混凝土相关性能，在保证混凝土达到设计强度的前提下，提出以下配合比设计方案：在砂率βs=42%、水灰比W/C=0.41设计指标情况下，固定9.5～19mm、19～31.5mm两档碎石的单位用量，用一定量的粗砂代替粗集料中4.75～9.5mm碎石用量。
分别运用粗砂代替粗集料中4.75～9.5mm碎石用量的20%、25%、30%、35%、40%、45%进行试验，结果如下：
4可知，粗砂代替4.75-9.5mm碎石用量的百分比由0增加到45时，混凝土的强度变化不大，均满足C35混凝土设计强度（45%代替时，试验配比强度较差，不满足43.2试配强度）；混凝土和易性随着粗砂的增加而改善，塌落度先变大而后变小。粗砂代替4.75-9.5mm碎石用量的百分比大于等于25%时，混凝土和易性明显改善，便于现场施工。
粗砂代替4.75-9.5mm碎石用量的百分比达到40%-45%时，在施工中（临建方面）混凝土已有少量水泥砂浆呈现表面，数天后（养护条件良好），结构物表面出现局部微裂缝现象、极少量纵向微裂缝，综合分析，这是混凝土中砂子过量所导致的。据国内外工程实例证明②，混凝土中用砂量过大将不利于砼结构件抗渗透，抗开裂和耐久性。所以该替代率下混凝土质量不可用于现场施工。
结合以上分析可知，在设计配合比时，为保证混凝土抗压强度和具有一定耐久性、抗开裂性、抗碳化性，确定粗集料中中档料（9.5～19mm）和大档料（19～31.5mm）时，初步砂率选择不宜过大，此后为保证混凝土和易性良好，运用粗砂代替4.75-9.5mm碎石，代替百分比宜控制在25%～35%；代替率为35%时，混凝土各方面性能最佳。
结论：水泥混凝土在公路工程、铁路工程等桥梁建设中得到普遍应用，具有强度高、稳定性、耐久性及平整度好等特点，具有较好的经济效益和社会效益。所以在原料比较匮乏的地区，针对低标号混凝土（C40以下），对于级配不良，细度模数Mx≥3.1的粗砂，研究砂率、粗砂代替4.75-9.5mm碎石对混凝土质量的影响，通过大量试验验证，在设计配合比时，为保证混凝土抗压强度和具有一定耐久性、抗开裂性、抗碳化性，确定粗集料中中档料（9.5～19mm）和大档料（19～31.5mm）时，粗砂代替部分4.75-9.5mm碎石的用量可以良好的改善混凝土各方面性能。粗砂代替4.75-9.5mm碎石用量的百分比为35%时，混凝土各方面性能最佳；现场施工中粗砂代替4.75-9.5mm碎石用量的百分比宜控制在25%～35%。
参考文献：
[1]牛颖兰.砂率对混凝土主要性能的影响分析[J].中国建材科技， 2014(2):12-13.
[2]刘晓东，李固华.混凝土渗透性和耐久性关系研究[J].四川建筑科学研究，2009，35(06):220-222.
论文作者:王学峰,王壁东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/31
标签：混凝土论文; 碎石论文; 用量论文; 水泥论文; 和易论文; 抗压强度论文; 耐久性论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;