淺談公路工程中混凝土最佳砂率的確定

淺談公路工程中混凝土最佳砂率的確定

根據(jù)目前交通運輸部標準jtjf80、1-2004道路質(zhì)量評價標準，混凝土的抗壓強度是橋梁和隧道工程中各種混凝土的主要質(zhì)量評價指標。影響混凝土抗壓強度的主要因素有水灰比、各種原材料性質(zhì)及其配合比、施工與養(yǎng)護條件等。從近幾年各類混凝土配合比的試配過程及施工實踐中得出,控制混凝土用砂的細度模數(shù)是工地監(jiān)控混凝土強度的一個非常有效的措施。1砂的細度模數(shù)和砂率1.1土配合比設計砂的細度模數(shù)MX是劃分混凝土用砂粗細程度的指標。在混凝土配合比設計中,要以它調(diào)整砂率與用水量,以保持稠度不變。細度模數(shù)愈大,砂愈粗。根據(jù)其大小可將砂劃分為粗、中、細三種。現(xiàn)將劃分指標與相應平均粒徑dcp指標列于表1。1.2砂率與混凝土配合比設計在混凝土配合比設計中,水灰比W/C、單位用水量W0、砂率SP(指砂占砂石總重的百分率)是三個基本設計參數(shù)。除W/C應根據(jù)混凝土配制強度與耐久性要求確定外,W0與SP的確定均由規(guī)范中以中砂為基準提供參考值。在混凝土混合料坍落度、粗集料最大粒徑、水灰比等其他條件一定的前提下,若使用粗砂,則W0可適當減少,而砂率則應適當增加;采用細砂則反之。這是因為集料的品種、粒徑、級配均與混凝土混合料的需水量有關(guān)。對于細集料,砂的細度模數(shù)愈小,顆粒愈細,在相同用量下總表面積大,用以包裹其表面并填充砂子空隙的水泥漿需要量也愈多,單位用水量與水泥用量就愈大。細集料的性質(zhì)與用量又和混凝土混合料的和易性密切相關(guān),所謂最佳砂率是指滿足一定水灰比(亦即一定強度)與施工和易性要求的前提下水泥用量為最小時的砂率;或是水灰比與水泥用量一定的前提下能獲得最大流動性時的砂率。最佳砂率的確定關(guān)系到混凝土配合比設計應滿足的強度、施工和易性與經(jīng)濟性,所以它是很重要的設計參數(shù)。在確定時應考慮集料最大粒徑、品種、水灰比、砂的粗細等一切與施工和易性有關(guān)的因素。因此在試配、施工過程中應十分重視砂的細度模數(shù)與砂率取值之間的關(guān)系。有的人在混凝土配合比設計過程中習慣于取規(guī)范中砂率參考值的高限,其意圖在于增加砂的用量來填充粗骨料的空隙,而不注重粗骨料本身的級配;也有人認為增加用砂量可以提高混凝土混合物的施工和易性。以上兩種試配方法都是不可取的。因為若采用較高砂率,細集料總表面積將大大增加,在相同水灰比與水泥用量時,水泥漿就不能有效地包裹砂粒并填充空隙,從而不能獲得粘結(jié)性較好的砂漿,因而事與愿違,砂率增大反而無法滿足和易性要求;而且在相同水灰比的情況下,增大砂率,使混凝土的坍落度增大,必然降低混凝土強度,因為配制混凝土的坍落度越小,配制同樣水灰比、同樣強度的混凝土量,可節(jié)約越多的水泥。同時為了獲得施工需要的坍落度,現(xiàn)場工人往往提高用水量,導致混凝土強度嚴重降低。為此在進行混凝土配合比試配時,不僅僅考慮砂的組屬,而是根據(jù)砂的細度模數(shù)具體值大小來選擇合適的砂率值。根據(jù)試配經(jīng)驗,當細度模數(shù)增減0.1,最佳砂率相應增減0.5%,可獲得較理想混凝土的配合比。2d強度比較以某工地混凝土試配情況為例:在同一試驗室,試驗條件及養(yǎng)護條件相同,同等級混凝土配合比不變,水泥與碎石材料品種、規(guī)格不變,僅由于砂的細度模數(shù)不一樣,混凝土28d的抗壓強度卻有著顯著差別。C25,C20,C15三種強度等級混凝土28d強度比較見表2。由表2可見甲種砂的細度模數(shù)小,制成的C25,C20,C15混凝土抗壓強度比乙種砂配制的混凝土分別低7.4%,9.0%,12.0%,且混凝土等級愈低,影響愈甚。其中,C15混凝土由于采用較高砂率,再加上水泥用量少,對28d強度影響更為突出。如上所述,當砂的細度模數(shù)減小,而用砂量不變,砂石總表面積必然增大,原來的水泥漿便不足以填充集料空隙與包裹顆粒表面,最終導致混凝土和易性與強度的嚴重降低。如果增加水泥用量首先是不經(jīng)濟的。其次,從混凝土這一復合材料組成看,混凝土中強度最弱的部分是硬化了的水泥漿——水泥石,與砂粒和石料相比在強度、抗?jié)B性、抗腐蝕性能等方面都較差,且體積脹縮變化大。所以增加水泥與用水量不可取。最好的辦法還是控制混凝土用砂的細度模數(shù)。3砂粒細度模數(shù)表3砂的細度模數(shù)表明了砂全部顆粒總和的粗細程度,但它卻是個無名數(shù),物理意義不明確。因此有關(guān)科學家提出了砂的平均粒徑這一概念。砂的平均粒徑與細度模數(shù)的計算式如下:d平均=1/2[∑ai/(11a6+1.37a5+0.171a4+0.02a3+0.0024a2)]1/3。其中,a6,a5,a4,a3,a2分別為0.15mm,0.3mm,0.6mm,1.18mm,2.36mm篩上分計篩余,%;∑ai為a6,a5,a4,a3,a2之和。Mx=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1)。其中,A1,A2,A3,A4,A5,A6分別為4.75mm,2.36mm,1.18mm,0.6mm,0.3mm,0.15mm篩上累計篩余,%。上式中平均粒徑物理意義明確,但計算值有誤差:1)由系數(shù)看,0.15mm粒徑的顆粒占權(quán)重最大;2)在∑ai中,未包括粒徑大于4.75mm和小于0.15mm部分,而客觀上這兩種砂粒均存在于砂中,不能不計。而砂的細度模數(shù)主要決定于0.15mm～2.36mm等五個篩上的累計篩余量,與小于0.16mm的顆粒無關(guān)。因此細度模數(shù)和平均粒徑僅可用來表示砂的粗細指標,而不能完全反映顆粒的級配。相同的細度模數(shù)和平均粒徑可由各種不同的級配來獲得,因此在使用時必須同時考慮砂的級配,才能將砂的顆粒性質(zhì)較完整的表達出來。而且當砂的細度模數(shù)與平均粒徑同為一個組屬時,要比兩值各屬于一個砂組時級配要好得多。因為Mx反映了砂的總體顆粒粗細程度,而dcp反映了砂的大部分粒徑0.15mm～2.36mm顆粒的平均粗細程度。4確定砂率的途徑砂的細度模數(shù)對所配制的混凝土性質(zhì)有著如此重要的影響,而其值的確定僅借助于最簡單的篩析方法,每個試驗室和施工工地都很容易做到,所以控制混凝土用砂的細度模數(shù)是設計配合比和施工現(xiàn)場保證混凝土工程質(zhì)量的一個十分有效的途徑。根據(jù)工地用砂來源,從經(jīng)濟、技術(shù)性考慮,將用于不同部位砂的細度模數(shù)做相應的總結(jié)。水泥混凝土路面用砂宜采用潔凈、堅硬、符合規(guī)定級配、細度模數(shù)在2.5以上的