浅析人工砂中石粉含量对水工常态混凝土拌和物及力学性能的影响

【摘要】本文主要结合工程实际情况，介绍了不同石粉含量的机制人工砂对常态混凝土拌和物性能的影响，并对它的力学性能进行研究，寻找出了其中的差异。

关键词：人工砂；石粉含量；水工常态混凝土；拌和物；力学性能；影响

中图分类号：TU521.2+5文献标识码： A 文章编号：

1、前言

鲁地拉水电站位于云南省丽江市永胜县与大理白族自治州宾川县交界处的金沙江干流上，为金沙江中游水电规划8个梯级电站中的第7个梯级，上、下游分别与龙开口和观音岩两梯级电站相衔接。该工程属一等大（1）型工程，其主要任务是发电，水库建成后具有库区航运、旅游等综合效益。水库正常蓄水位1223m，总库容17.18亿m3，调节库容3.76亿m3，具有周调节性能。电站安装6台单机容量360MW、总装机容量2160MW的混流式水轮发电机，保证出力946.5MW，年发电量99.57亿kW•h，年利用小时数4610h。

本工程前期使用的正长岩机制人工砂，石粉含量较大，切不稳定，后经技术改进，砂中石粉含量有所降低，但仍然在规范规定值的上限区域波动。众所周知，人工砂中石粉含量的多少对混凝土拌和物的拌和用水量、和易性及混凝土成品力学性能等都会产生较大的影响，应引起足够的重视。结合工程实际情况，为找到影响规律，便于混凝土质量控制，在工程前期，便对不同石粉含量的正长岩机制人工砂对水工常态混凝土拌和物及力学性能所产生的影响进行了研究。

2、原材料

2.1、水泥

试验采用云南红塔滇西水泥股份有限公司生产的 “上登”牌中热硅酸盐42.5水泥。水泥物理性能检测成果列于表2-1，化学分析成果列于表2-2。

水泥物理检验成果表 表2-1

水泥化学成分分析成果表表2-2

表2-1、表2-2检测结果表明：水泥各项检测指标均满足《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》（GB200-2003）标准要求。

2.2、粉煤灰

粉煤灰属于火山灰质掺合料，其活性大小在于粉煤灰中所含的活性化学成份及玻璃质体含量以及粉煤灰的细度。在水工混凝土中掺入适量的粉煤灰，具有改善混凝土的性能，提高混凝土质量，减少混凝土水化热，节约水泥，降低成本等作用。试验采用昆明二电厂生产的“助强”Ⅱ级粉煤灰。其品质检测成果列于表2-3。

粉煤灰品质检测结果表表2-3

表2-3检测结果表明：试验使用的粉煤灰各项检测指标均达到《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL/T5055-2007）中Ⅱ级粉煤灰的标准。

2.3、砂石骨料

砂、石骨料是混凝土的基本组分。骨料的最大粒径、级配和质量，直接决定着混凝土的单位胶凝材料的用量，影响混凝土的性能。正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约胶凝材料用量、降低工程成本是非常重要的。本次试验所用粗骨料采用电站左岸水电十六局人工碎石生产系统生产的砂岩粗骨料，运到试验室后经人工再次筛分、调配。拌和用砂为电站右岸水电八局人工砂石生产系统生产的正长岩人工砂，经过处理、配制成为7个不同细度模数、石粉含量的砂。其品质检测见表2-4 、2-5。

2.3.1各种石粉含量砂品质

各种石粉含量的人工砂颗粒级配筛分试验及饱和面干吸水率试验成果列于表2-4。

人工砂颗粒级配筛分试验及饱和面干吸水率试验成果表 表2-4

正长岩细骨料、砂岩粗骨料品质检测成果表 表 2-5

说明： 表内所检砂为表2-4中的3#砂。

表2-4的检测结果表明：所配制的不同石粉含量人工砂随着石粉含量的递增，细度模数呈递减现象，饱和面干吸水率也呈递增趋势。表2-5的检测结果表明：骨料各项品质指标满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）技术要求。

2.4、外加剂

水工混凝土掺用减水剂不仅节约了大量水泥，节省工程投资，而且还可改善混凝土工作性，提高混凝土质量，加快施工进度。掺减水剂的同时掺入引气剂，可增加含气量，提高混凝土抗冻性。

本次试验使用江苏博特外加剂厂生产的JM-Ⅱ高效缓凝减水剂和GYQ引气剂，外加剂检验成果列于表2-6。

外加剂检验成果表表2-6

表2-6试验成果表明：引气剂各项检测指标均满足《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）的要求，减水剂各项检测指标均满足《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）的要求。

2.5、拌和用水

拌和用水使用鲁地拉水电站施工单位生活营地的生活用水，满足饮用水标准。

3、试验过程及成果

试验选用常态二级配混凝土，0.50水胶比；粉煤灰掺量20%；JM-Ⅱ高效缓凝减水剂掺量0.7%；GYQ引气剂掺量0.5/万。各种石粉含量砂使用配合比见表3-1。

试验用配合比表表3-1

混凝土拌和物试验成果见表3-2。

混凝土拌和物成果表表3-2

说明： 气温20.0℃、拌和水温19.0℃、混凝土初温19.0℃、空气湿度61%。

人工砂中石粉含量与水工常态混凝土单位用水量之间的关系如图1。

表3-1、3-2试验成果结合图1可以看出：混凝土出机坍落度控制在一定范围，根据砂细度模数的变化调整混凝土砂率，人工砂中石粉含量小于15%时，混凝土单位用水量基本无变化，人工砂中石粉含量大于15%时，平均石粉含量每增加1%，混凝土单位用水量约需增加0.9Kg；混凝土含气量随着人工砂中石粉含量的增加有一定的降低；砂较粗，石粉含量较少时，混凝土拌和物棍度较差，标志着施工振捣难度较大一些，砂较细，石粉含量过多时，混凝土拌和物由于浆体较多，较粘稠，工作度同样有所降低。

混凝土力学试验成果见表3-3。

混凝土力学试验成果表表3-3

人工砂中石粉含量的变化与混凝土150mm标准立方体试件抗压强度之间的关系如图2。

表3-1、3-3试验成果结合图2可以看出：混凝土出机坍落度控制在一定范围，根据砂细度模数的变化调整混凝土砂率，人工砂中石粉含量在25%左右时，水工常态混凝土150mm标准立方体试件各龄期抗压强度值均为最高，人工砂中石粉含量过多或过少对水工常态混凝土抗压强度都有一定的影响。

4、结论

1、水工常态混凝土所用人工砂石粉含量小于15%时，混凝土单位用水量基本无变化，大于15%时，平均石粉含量每增加1%，混凝土单位用水量约需增加0.9Kg。单位用水量越高，混凝土单位胶凝材料用量也就越高，不利于成本控制及水工大体积混凝土温度控制。

2、水工常态混凝土含气量随着人工砂中石粉含量的增加有一定的降低。

3、人工砂较粗，石粉含量较少时，混凝土拌和物工作度较差，砂较细，石粉含量过多时，混凝土拌和物由于浆体较多，较粘稠，工作度同样有所降低。石粉含量宜不少于13%。

4、人工砂中石粉含量在25%左右时，水工常态混凝土各龄期抗压强度均为最高，人工砂中石粉含量过多或过少对水工常态混凝土抗压强度都有一定的影响。

5、还需进一步研究人工砂中石粉含量对水工常态混凝土耐久性能、变形性能等各方面的影响。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。