非洲超細(xì)沙在T梁混凝土中的應(yīng)用

曹松柏

(中交一航局第四工程有限公司，廣東 廣州 510000)

1 引 言

塞內(nèi)加爾捷斯-圖巴高速公路項(xiàng)目地處塞內(nèi)加爾西南部平原區(qū)，起于捷斯區(qū)的首府捷斯，終點(diǎn)位于久爾貝勒大區(qū)最重要的城市圖巴，全長為112.931 km。項(xiàng)目所在位置為熱帶草原性氣候，全年平均氣溫29 ℃，最高氣溫45 ℃，全年分為旱季和雨季，11月至來年6月為旱季，7月至10月為雨季，降雨量小，對(duì)施工影響有限。由于氣候干燥，地勢(shì)平坦，項(xiàng)目所在區(qū)幾乎無水系網(wǎng)，大部分地方土質(zhì)表現(xiàn)為砂質(zhì)(沙類型為風(fēng)積沙)，但沒有內(nèi)陸河形成的河沙。由于當(dāng)?shù)夭牧舷拗疲由岸倘保捎卯?dāng)?shù)爻?xì)砂(風(fēng)積沙)作為工程材料不但節(jié)省項(xiàng)目成本，而且對(duì)超細(xì)砂在非洲地區(qū)工程建設(shè)的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)是十分必要的。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

本設(shè)計(jì)采用的水泥為當(dāng)?shù)豐AHEL水泥廠生產(chǎn)的CIMENT CEM Ⅰ/42.5。依據(jù)CCTP要求骨料最大粒徑為25 mm，考慮設(shè)計(jì)T梁鋼筋間距較小和施工要求，本配比采用的粗骨料為3～8 mm：8～16 mm=20∶80的比例摻配，級(jí)配良好，表觀密度2.97 g/cm3。機(jī)制砂采用當(dāng)?shù)厮槭瘓?chǎng)生產(chǎn)的0～3 mm石屑，細(xì)度模數(shù)為3.18，顆粒級(jí)配良好，表觀密度2.99 g/cm3，吸水率1.06%。超細(xì)沙粒徑主要分布在0.15～0.3 mm之間，占75%以上，顆粒級(jí)配不良，表觀密度2.61 g/cm3，含泥量小于0.5%，細(xì)度模數(shù)為1.05。依據(jù)CCTP要求，高塑性添加劑為Sika ViscoFlow-21，摻量為0.7%(建議值為水泥用量的0.2%～2.0%)，經(jīng)試驗(yàn)，各方面性能合格并與水泥適應(yīng)性良好。混凝土用水采用檢驗(yàn)合格的地下水。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

CCTP要求預(yù)應(yīng)力T梁混凝土等級(jí)為C35/45，設(shè)計(jì)出機(jī)混凝土坍落度130±30 mm，最小的水泥用量400 kg/m3，本配比根據(jù)高性能混凝土的最大水膠比(0.4)和最小膠凝材料用量、坍落度、細(xì)骨料細(xì)度及混凝土和易性確定水泥用量為430 kg/m3，水用量為174 kg/m3，根據(jù)骨料的技術(shù)指標(biāo)、混凝土拌合物性能和施工要求確定砂率為33%，采用質(zhì)量法確定粗細(xì)骨料用量。

2.3 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本試驗(yàn)主要研究超細(xì)砂與機(jī)制砂在不同摻配比例(機(jī)制砂摻配比例間隔為10%，摻配范圍為0～80%)情況下的混凝土和易性能，并對(duì)比其3 d、7 d和28 d抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度，確定最佳摻配比例。通過力學(xué)性能結(jié)果分析細(xì)骨料級(jí)配對(duì)設(shè)計(jì)T梁混凝土早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的影響程度，建立擬合曲線及數(shù)學(xué)關(guān)系式，為T梁后續(xù)施工工序提供參考依據(jù)。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 拌合物和易性檢測(cè)

不同機(jī)制砂摻配比例混凝土拌合物和易性能試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同摻配比例機(jī)制砂的混凝土和易性能統(tǒng)計(jì)表

3.2 混凝土力學(xué)性能檢測(cè)

檢測(cè)T梁混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度，所用試模尺寸為150 mm×150 mm×150 mm(抗壓)和150 mm×150 mm×550 mm(抗折)，養(yǎng)護(hù)條件為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，檢測(cè)混凝土力學(xué)性能齡期為3 d、7 d、28 d，采用DYE-2000 s液晶顯示電動(dòng)升降壓力試驗(yàn)機(jī)和WAW-600B微機(jī)控制電液伺服萬能材料試驗(yàn)機(jī)分別檢測(cè)混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度，儀器最大量程、精度及加荷速率均滿足規(guī)范要求。混凝土力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 不同摻配比例機(jī)制砂的混凝土力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)果分析

4.1 和易性分析

由表1可知，全部用超細(xì)砂配制混凝土?xí)r和易性很差，并且可觀察到的細(xì)骨料很少，存在泌水現(xiàn)象，坍落度不能滿足設(shè)計(jì)要求。通過增加機(jī)制砂摻量來改變混凝土和易性，當(dāng)比例為20%～40%情況下和易性最好，并且坍落度符合設(shè)計(jì)要求。這是因?yàn)殡S著機(jī)制砂摻量增加，改變了細(xì)骨料的顆粒級(jí)配，細(xì)骨料由單一粒徑逐漸變成連續(xù)級(jí)配，使得混凝土和易性變好。當(dāng)機(jī)制砂摻量大于50%時(shí)，粘聚性逐步降低，坍落度不能滿足設(shè)計(jì)要求。主要原因隨著機(jī)制砂摻量增加需水量增大，機(jī)制砂中的石粉吸水性大，保水性強(qiáng)，吸收一部分水，顆粒間自由水減少，同時(shí)對(duì)減水劑也有一定的吸附作用，使得混凝土松散，坍落度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4.2 力學(xué)性能分析

由表2可知，全部用超細(xì)砂配制混凝土?xí)r，混凝土力學(xué)性能較低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，摻機(jī)制砂后混凝土中細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)變大，抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均有所提高。且當(dāng)摻量為20%時(shí)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最大，這是由于改變級(jí)配后各級(jí)骨料均得到下一級(jí)骨料的良好填充，使混凝土內(nèi)部形成合理的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，原因?yàn)闄C(jī)制砂摻量增加后使得0.08以下細(xì)顆粒也增加，而水泥用量不足以與細(xì)骨料充分接觸(細(xì)顆粒約束部分水泥)，強(qiáng)度降低。本項(xiàng)目T梁混凝土設(shè)計(jì)目的是在滿足抗壓強(qiáng)度的情況下得到最佳的抗折強(qiáng)度。通過對(duì)機(jī)制砂摻量為20%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的數(shù)學(xué)擬合發(fā)現(xiàn)二者有著很好的相關(guān)性。

4.3 級(jí)配對(duì)混凝土不同齡期強(qiáng)度的影響

由表1可知，機(jī)制砂摻量為20%時(shí)T梁混凝土3 d和7 d的早期強(qiáng)度最大，后期28 d強(qiáng)度也增長較快，曲率較大；機(jī)制砂摻量為小于20%和大于50%時(shí)T梁混凝土早期強(qiáng)度較小，后期強(qiáng)度增長較慢，曲率較小，原因?yàn)楣橇霞?jí)配對(duì)水泥早期及后期的水化反應(yīng)充分性有影響。

通過對(duì)設(shè)計(jì)T梁混凝土力學(xué)性能早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度發(fā)展的曲線進(jìn)行擬合，得到了良好的機(jī)制砂摻量為20%的混凝土齡期發(fā)展曲線(圖1)，混凝土強(qiáng)度齡期發(fā)展曲線數(shù)學(xué)關(guān)系式為：Y=7.877 1 ln(x)+32.49，R2=0.973 3。

圖1 機(jī)制砂摻量為20%時(shí)混凝土不同齡期強(qiáng)度曲線

5 結(jié) 論

(1)機(jī)制砂摻量小于20%時(shí)，所設(shè)計(jì)的T梁混凝土黏聚性差、保水性能差并且坍落度不符合設(shè)計(jì)和施工要求；機(jī)制砂摻量在20%～40%之間時(shí)，和易性最好，含砂量適中，坍落度能夠滿足設(shè)計(jì)要求；摻量大于40%時(shí)，粘聚性一般，并且坍落度隨著摻量增加而減小，較難滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

(2)機(jī)制砂摻量小于20%和大于40%時(shí)，較難滿足設(shè)計(jì)要求或混凝土強(qiáng)度富裕系數(shù)較小，當(dāng)機(jī)制砂摻量為20%～40%時(shí)，混凝土強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

(3)機(jī)制砂摻量為20%～40%時(shí)級(jí)配良好，早期強(qiáng)度高，并且后期強(qiáng)度增長較快，能夠滿足后續(xù)T梁混凝土張拉工序，考慮資源限制及原材料的經(jīng)濟(jì)性，本工程T梁混凝土配合比采取機(jī)制砂摻量為20%。