撒哈拉沙漠砂高强度混凝土配合比设计及研究.pdf

2 0 1 4年 第 1期 ( 总 第 2 9 1期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL T ECHN01 0GY 撒哈拉沙漠砂高强度混凝土配合比设计及研究 王娜 。李斌 ( 中国水 电建设集团港航建设有 限公司 ，天津 3 0 0 4 5 7 ) 摘要 ： 依托在建毛里塔尼亚努瓦迪布新矿石码头工程 ， 采用“ 掺用机制砂 、 掺用减水剂” 的双掺技术 ， 在未添加任何掺合料情 况下 ， 配制出沙漠砂 C 5 0 高强度预应力混凝土 ， 不仅满足了 3 0 5 m大跨度预应力 T梁的施工要求 ， 而且符合“ 因地制宜 ， 就地取 材 ” 的原则 ， 降低 了工程造价 、 节约了能源 、 加快了工程建设进度， 具有显著的经济效益 。 关键词： 沙漠砂；高强度混凝土；机制砂；配合比 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 1 3 9 0 4 C o op e r a t i n g r a t i o de s i g n a n d r e s e a r c h o f Sa h a r a de s e s a n d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e WANGNa ， LB n ( S i n o h y d r o H a r b o u r C o ， L t d ， T i a n j i n 3 0 0 4 5 7 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： R e l y i n g o n t h e n e w o r e p o r t p r o j e c t u n d e r c o n s t r u c ti o n i n Ma u r i t a n i e N o u a d h i b o u ， i n t h e c a s e o f n o t u s i n g a n y a d mi x t u r e s ， i t h a s p r e p a r e d o f t h e C5 0 h i s t r e n g t h pr e s tre s s e d c o nc r e wi t h d e s e rt s a n d u s i n g d o ub l e - a dm i xi n g me t h o d， whi c h wa s “ mi x e d wi th a r t i fi c i a l s a n d， mi xe d wi th s u pe r pl a s t i c i z e r ”， t hi s me t ho d n o t o n l y t o me e t the c o ns t r u c t i o n r e q ui r e me nt s of t he 3 0 5 m l a r g e - s p a n p r e s t r e s s e d T- b e a m， b ut a l s ot oma t c hthepr i n c i pl e o f“ l oc a l c o nd i t i o n s， l o c a l ma t e ria l s ”， i th a s s i g n i fic a nt e c o n o mi c b e n e fit sf o r r e d u c i n g e ng i n e e ring c o s t s ， s a v i n g e n e r g i e s and e x p e d i ti n g wo r k s o n p r o j e c t s Ke y wo r d s ： d e s e rt s a n d； h i g h s t r e n gth c o n c r e t e ； s a n d me c h a n i s m； c o o p e r a t i n g r a t i o 0 引 言 毛里塔尼亚位于非洲撒哈拉沙漠西部， 当地经济落后， 原材料匮乏 ， 近百分之九十的国土被沙漠覆盖 ， 在毛塔建 设工程 ，使用沙漠细砂拌制混凝土是一种充分利用资源 、 降低成本 的重要途径。 采用沙漠砂配制混凝土在国内外已有相关研究， 文 献 1 2 已用沙漠特 细砂配制 出 C 5 0 强度等级 的混凝土 。 虽然用沙漠砂配制高强混凝土已不是鲜例 ， 但是在不用任 何掺合料情况下配制出低水泥用量的沙漠砂高强混凝土， 并将此种混凝土用于 3 0 5 r n大跨度预应力 T梁 而不使构 件开裂 ， 在国内外研究 中还是罕见的。 本研究依托在建的毛 塔新矿石码头工程 ， 采用在沙漠细砂中掺入机制砂 的方法 ， 对 细砂进行改性 ， 经过科学试配 ， 反复试验 ， 配制 出满足工 程要求的 C 5 0 高强预应力混凝土。 1 沙漠砂的物理化学性质指标 沙漠砂 的质量品质检测方法参 照 J G J 5 2 -2 0 0 6 ( ( 普通 混凝土用砂、 石质量及检验方法标准 的要求 ， 检测结果应 符合合同技术条款以及欧标的要求， 经试验室取样试验， 得出沙漠砂的物理化学质量指标如下： ( 1 ) 细度 模数 ： 1 6 1 7 4 ， 平 均粒 径 0 - 3 1 5 0 6 3 mm， 参 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 - 0 5 照 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ( 建筑用砂 可知， 沙漠砂介于细砂与 特细砂之间 。 ( 2 ) 表观密度 ： 2 6 8 0 - 2 7 0 0 k g m 。 ( 3 ) 堆积密度 ： 1 5 7 4 1 5 9 5 k g r n 。 ( 4 ) 空隙率 ： 4 0 9 4 1 2 7 。 ( 5 ) 含水率 ： 0 4 0 0 4 1 。 ( 6 ) 吸水率 ： 0 4 3 0 4 7 。 ( 7 ) 含 泥量 ： 结合实 际情况 ， 按计算所得 的沙漠砂与机 制砂 的最优掺配合 比例混合 ， 得到级配 良好 的混合砂 ， 检测 混合砂 的含泥量 ， 通过亚 甲蓝试验测得混合砂的亚 甲蓝值 M B = 0 2 5 KS 1 5 0 一 般情况下 ， 为保证处于硫酸盐侵蚀环境中的工程具 有足够的抗硫酸盐侵蚀性能， 将下限值设为 K S 3 0 ， 并经系 统研究表明 ， 能够经历 1 5 0 次 以上抗硫酸盐干湿循环 的混 凝 上 ， 具有优异的抗硫 酸盐侵蚀性能 ， 因此将 K S 1 5 0 定为 分级 的上限值 ， 从 I 级到 v I 级 ， 表示混凝土抗硫 酸盐侵蚀 性能越来越高 。 从表 8 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验结果可知 ， 所配制的沙漠砂混凝土具有良好的耐腐蚀性， 满足使用要求。 4 混凝 土生产质量检验 本文采用强度作为评定混凝 土质量优 良性 的指标 ， 其 波动值既能反映混凝土强度的变异 ， 又能较好反映拌和站 生产的混凝土质量 的波动。 在正常原材料供应和施工条件 下， 同一种混凝土强度波动符合正态分布规律 ， 强度分布 曲线越窄高 相应的标准差也越小 ， 表明混凝土匀质性好 ， 质量波动小 ， 施工管理水平高 ； 反之则说 明强度离散大 、 匀 质性差 、 施工管理水平差 。 为检验 T梁混凝土生产质量水平 ， 借助数理统计的方 法 ， 采用 6 2 组 T梁混凝土试块强度试验数据 ， 计算 出以下 强度统计参数 ： ( 1 ) 平均值 ： 吉 ( 5 7 2 + 5 7 6 + 5 9 2 + _一 + 5 7 8 )= 6 2 3 MP a ( 1 ) ( 2 ) 标准差 ： 1y ) 1y寺 2 -3 ) = 3 3 4MP a ( 2 ) ( 3 ) 离差系数 ： G ： ： 0 0 5 ( 3 ) l， lN 6 2 - 3 通过计算可知， 混凝土强度标准差及离差系数数值均 较小 ， 说 明混凝土强度波动较小 ， 质量较均匀。 根据 国家标 准 G B J 1 0 7 8 7 混凝土强度检验评定标准 按大小及试件 强度不低于强度等级的试件组数所占百分数， 将混凝土生 产质量水平划分为三级， 见表 1 0 。 表 1 0 混凝土生产质量水平 工程用混凝土设计强度等级为 C 5 0 ， 生产单位为预制 混凝土构件厂 ， 计算所得混凝土强度标准差 口 一 3 3 4 3 5 ， 查 表 1 0可知 ， 混凝土生产质量水平达到优 良水平 。 所生产 的 T梁如图 1 所示 。 图 1 成品 T型梁 5 经济效益分析 2 5 8 0 0 1T I ， 经计算， 采用沙漠砂和人工砂掺配使用的混凝土 与全部采用人工砂的混凝土相比， 其经济l生 如表 1 1 所示。 从表 1 1 可知， 采用沙漠砂和人工砂掺配使用的混凝土 可 比全部采用人工砂的混凝土每立方米节 约 8 9 5 元 ， 那么 仅此项技术便可节约工程造价近 2 3 1 万元 。 采用沙漠砂和人工砂掺配使用配制混凝土 ， 沙漠砂来源 于工程 以北约 2 0 k m 的一处天然沙堆 ， 免费开采使用 ， 储量 充裕 ， 人工砂需用 5 2 7 8 m 3 ； 若全部采用人工砂配制混凝土 ， 则人工砂需用 l l 6 3 1 m 3 ，比前者多需一倍多。 由于当地石子 厂数量少且技术设备落后， 经常出现故障， 生产能力不高， 按 每天生产 3 0 m， 人工砂计算 ， 5 2 7 8 m， 人工砂 就需要生产大 概 6 个月时间， 如果全部采用人工砂 ， 会使人工砂 的生产供 应周期增加一倍 ， 直接导致工地上混凝土 的生产能力降低 ， 增加工程工期 ， 造成延误和浪费。 因此 ， 采用沙漠砂配制混凝 土， 既节约了成本， 缩短了工程工期 ， 加快了工程建设步伐， 本工程预制构件 和现浇部分 混凝土总用量约为 又符合“ 因地制宜， 就地取材” 的原则。 表 1 1 混凝土经济性分析 1 4 2 下转第 1 4 6页 日 茎 、 憩 排 纤维掺量 ( g k g ) 图 6 劈裂抗拉强度与水胶比、 纤维掺量的关系 ( 1 ) 水胶 比是影 响混凝 土强度 的最主要 因素 ， 在本试 验采用的水胶比范围内， 混凝 土抗压强度均在 3 4 1 V I P a 以 上 ， 满足寒区渠道衬 砌混凝 土的要求 ， 水胶 比大则 水泥用 量少 ， 因而 ， 选定水胶 比为 0 5 5 ( A 3 ) 。 ( 2 ) 粉煤灰掺量即使达到 3 0 0 g ag ， 混凝土抗压强度也 能达到 3 7 6 MP a ， 所以选择粉煤灰掺量为 3 0 0 ga g ( B 3 ) 。 ( 3 ) 为了提高渠道衬砌粉煤灰混凝土的抗折强度和劈 裂抗拉强度 ， 减少其在上部荷载及下覆土层反复压 、 拉 、 弯 折的作用下的拉应力破坏 ， 掺人一定量 的聚丙烯纤维是必 要的。 从本试验结果看 ， 纤维掺量对混凝土抗折强度和劈裂 抗拉强度的影响规律趋于一致 ， 纤维掺量越大混凝土抗折 、 抗拉强度越大。 故选定聚丙烯纤维掺量为 1 8 k g m3 ( C 3 ) 。 3结论 ( 1 ) 水胶 比、 粉煤灰掺量 、 纤维掺量这 3个因素对混凝 土力学性能有不同程度的影响。 水胶比和粉煤灰掺量对抗 压强度 的影响最显著 ； 纤维掺量是影响抗折强度和劈裂抗 拉强度 的主要因素 。 ( 2 ) 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度 的影响有先增后减 的趋势， 粉煤灰掺量为 1 5 0 g k g 时效果最好 ， 粉煤灰掺人 量在 3 0 0 ga g以下时混凝土的强度等级均在 C 3 0 以上 ， 但 粉煤灰对抗折及抗拉强度 的影 响较小。 ( 3 ) 从试验结果看纤维 的掺人明显提高了混凝 土抗折 及劈裂抗拉强度 ， 而且掺量越大获得的抗折及劈裂抗拉强 度越高。 纤维分布在材料 内部 明显改善 了混凝土脆性 ， 增 强了其抵抗拉应力性能 。 ( 4 ) 在渠道衬砌中应用粉煤灰和聚丙烯纤维配制混凝 土时可行的。 合理选择粉煤灰掺量能够减少水泥用量 ， 降 低材料成本 ； 加入 聚丙烯纤维可 明显提高混凝土抵抗 拉应 力能力。 参考文献： 1 】董晔， 武晨华 电厂粉煤灰利用技术发展现状 内蒙古科技与 经济， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 1 2 4 1 2 5 2 娄宗科， 阎宁霞， 周亚娟 大掺量粉煤灰配制高性能渠道衬砌混 凝土的研究 西北农林科技大学学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2 ) ： 1 0 3 1 0 6 3 袁江波 浅谈掺粉煤灰的混凝土在施工中的应用 公路 ， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 1 8 0 1 8 2 【 4 j庄金平 ， 郑建岚 粉煤灰掺量对自密实混凝土与钢筋黏结性能 影响的试验研究【 J J _ 福州大学学报： 自然科学版， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 2 2 9 2 3 4 5 解国梁 ， 申向东， 贾尚华 渠道衬砌混凝土力学性能的试验研 究 人民黄河， 2 o 1 2 ( 3 ) ： 1 1 4 1 1 6 6 6 解国梁， 申向东， 贾尚华 纤维粉煤灰混凝土抗冻性能试验研 究【 J J 0 昆凝土 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 0 2 1 0 4 7 】解伟 ， 李树山， 耿飞， 等 粉煤灰纤维混凝土基本力学性能试验 研究 J 】 灌溉排水学报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 2 3 1 2 5 8 王志刚 环境友好型渠道衬砌材料的研究 D 】 杨凌： 西北农林科 技大 学 ， 2 0 0 7 9 向阳开 ， 蓝祥雨 隧道聚丙烯纤维混凝土抗渗性能分析及试验 比较 J _ 土木建筑与环境工程， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 5 ) ： 1 1 4 1 1 8 【 1 0 闰宁霞， 宋春香 渠道衬砌膨胀混凝土力学特性试验研究I J 1 水 土保持研究 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 1 4 5 1 4 8 1 1 懈 国梁， 陶传迁， 申向东 硅粉对中低掺量水泥土早期强度的影 响 J 】 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 8 8 9 0 【 1 2 解国梁， 申向东， 郑鑫聚丙烯纤维粉煤灰混凝土抗压强度的试 验研究【 J 1 黑龙江八一农垦大学学报， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 6 1 9 作者简介 ： 解国梁( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 副教授， 硕士 ， 主要从事结构工程 的教学与研究工作。 联系地址： 大庆市萨尔图区开发区黑龙江八一农垦大学工程学 院( 1 6 3 3 1 9 ) 联系电话 ： 1 3 6 3 4 6 6 4 5 5 3 上接第 1 4 2页 6 结 论 约能源、 加快工程建设 ， 具有显著的社会及经济效益。 本试验采用在细砂 中掺入机制砂的方法 ， 对细砂进行 改性 ， 经过科学 试配 ， 反 复试验 ， 配制 出满足工程 需要 的 C 5 0高强预应力混凝土。 所配制的混凝土不仅强度高、 和 易性好 、 而且具有 良好 的抗裂性和抗硫酸盐侵蚀性 ， 全部 T梁架设完毕到现在 已有近两年时间 ， 虽然处于海 上恶劣 盐雾环境中， 但 目前全部构件使用状况 良好 ， 未出现裂缝 和腐蚀损坏现象 。 通过研究 ， 熟悉 了沙漠砂的物理化学特性 ， 掌握 了高 强混凝土配制 、 养护方法 ， 总结了经验 ， 为将来拓宽沙漠砂 的应用范围， 拌制更高强度等级的混凝土提供了技术支持。 本研究成果可在无中粗砂而生产沙漠细砂地区推广使用， 可充分利用丰富的细砂资源 、 降低工程造价 、 保护环境 、 节 1 46 参考文献 ： 【 l 】张财， 吴爱琴 非洲撒哈拉沙漠特细沙混凝土配合比应用研究【 j 1 黑龙江 ： 黑龙江交通科技 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 1 5 1 6 2 张玉海 在细集料缺乏地区混凝土施工的新经验 J J 北京 ： 混凝 土 ， 2 o o 4 ( 1 1 ) ： 6 3 6 6 【 3 】张超， 郑南翔， 王建设 路基路面试验检测技术【 M】 E 京： 人民交 通出版社 ， 2 0 0 4 ： 1 6 9 1 7 6 【 4 】李亚 杰 建筑材料 M 北京 ： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 1 ： 1 0 1 一 】 0 6 作者简介： 王 B ( 1 9 8 4 一 ) ， 女， 研究生， 工程师。 联系地址： 天津币开发因言环西路 1 9 号泰达服务外包产业园2 号 楼6 层 中国水电建设集团港航建设有限公司( 3 6 1 1 0 0 ) 联系电话： 1 3 9 0 1 4 2 7 1 2 0