滹沱河防洪综合整治工程生态混凝土（砂浆）试验成果分析

王新中，田淑娟，张米军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

生态混凝土 （砂浆）是采用当地砂或砂砾料掺加少量水泥、粉煤灰和聚丙烯纤维等胶凝材料拌制成低塌落度混凝土（或砂浆），摊铺厚度在20～30cm，采用振动碾碾压施工，机械切块3～5m，其特点是：具有充分利用当地材料、施工简便、造价低、微透水的优点，可用作河、渠、湖底防护材料，既有防冲、防渗作用，又不彻底割断地下水入渗通道，达到维护生态环境和环保的效果。

滹沱河防洪及综合治理工程的实施需要大量的砂石等建筑材料，为了充分利用现有材料和最大限度地保护当地的环境，本工程拟采用生态混凝土（砂浆）作为设计方案之一，进行生态混凝土（砂浆）性能参数的试验研究工作。根据试验成果进行统计分析，提出了影响生态混凝土的因素和控制生态混凝土质量的指标。

1 试样前期准备工作

1.1 各种材料主要物理性能

（1）水泥。 细度1.7%、初凝2h40min、终凝3h57min、安定性合格、抗折强度（3d）5.6MPa、抗压强度（3d）24.7MPa，各项指标均满足该样32.5等级普通硅酸盐水泥要求。

（2）粉煤灰。细度14.2%、需水量比99%、三氧化硫为0.8%、烧失量为5.28、含水率为0.2%，颗粒组成小于0.005mm的颗粒为16.5%、水化学分析指标见表1。各项指标均满足Ⅱ级粉煤灰标准要求。

表1 粉煤灰水化学分析指标

（3）砂样。 颗粒粒径0.5～2、0.25～0.5、0.075～0.25、0.05～0.075mm；颗粒含量分别为12.4%、39.4%、43.2%、5%；相对密度为0.65。

1.2 试样制备方案

1.2.1 砂浆试样制备

（1）中砂掺加水泥。水泥掺量分别为2.5%、5.0%、7.5%、10%（以重量计）；按相对密度0.65，加水量10%制备试样（因水泥掺量较少，故碾压时按砂样的相对密度控制）。

（2）中砂掺加水泥、粉煤灰。水泥掺量分别为2.5%、5%、7.5%、10%（以重量计）； 粉煤灰掺量为2%、4%、6%（以重量计）；按相对密度0.65，加水量10%制备试样。

1.2.2 混凝土试样制备方案

由于现场没有卵砾石，故室内试验添加的粗骨料为碎石，其中粗骨料各粒径组添加比例：20～60mm为15%；10～20mm为40%；5～10mm为45%。

1.3 试验设备及方法

（1）筛分试验采用XSB-70B型准200标准振筛机；粉煤灰颗粒组成采用比重计法；

（2）最大孔隙比试验采用漏斗法；最小孔隙比试验采用震动捶击法；

（3）渗透试样养护3d，试验采用ST-55Ⅱ型渗透仪变水头法；

（4）混凝土抗压试块为20cm×20cm×20cm，养护28d，试验采用100t万能试验机进行；

（5）砂浆试块为7cm×7cm×7cm，养护龄期分别为7d、28d，抗压试验采用WES-20型万能试验机，量程0～20kN；

课堂1：老师声音清晰，但是紧张，后稍好。准备教学材料充分，讲故事学习单词，较好，但是节奏缓慢。问题太难，提示较少，没有介绍强调具体的事例或语言点，给学生做笔记。(2006年10月9日)

（6）生态混凝土冲蚀试验在自制固定陡槽中进行。陡槽宽30cm，在陡槽段设3道试验段，底部水平段设1道试验段。采用1台离心泵供水，最大供水量约70L/s。试块尺寸：7cm×7cm×7cm，每组配比4个试块，16组共计64块。试验块底部采用细沙找平，周围用纸包裹，以便取出。上下左右缝隙用水泥沙浆填平。

通过测流量和水面线计算断面流速。试验按最大供水量进行。一次放水过程同时进行4组配比抗冲蚀试验；流量采用电磁流量计测量，水面线采用测针测量，冲蚀损失重量采用天平测量。

2 试验成果分析

2.1 砂浆试验成果分析

根据本试验方案进行室内渗透、抗压强度试验、冲蚀试验，试验成果见表2。

由表2可知：砂浆试块的抗压强度在0.014～2.837MPa之间，其抗压强度随着水泥、粉煤灰掺量的增加逐渐提高，而且粉煤灰掺量不同，其抗压强度与水泥掺量的关系不同，详见图1。

表2 生态混凝土砂浆试验成果表

图1 不同粉煤灰掺量砂浆试块抗压强度与水泥掺量关系曲线

由图1分析，水泥掺量为0时，虽然掺加粉煤灰但强度并不高；当水泥掺量大于7.5%时，砂浆试块的抗压强度明显提高，平均强度大于1.5MPa。

砂浆试块的渗透性能随着水泥、粉煤灰掺量的增加逐渐减弱，由中等透水性逐渐变为弱透水性，其渗透系数在1.14×10-3～7.40×10-5cm/s之间。

冲蚀试验流速范围3～5m/s。从试验结果看，陡槽段冲蚀率随流速增大而增大，但从槽脚试验结果和陡槽试验结果看，槽脚试块冲蚀率较大，这与槽脚处水流发生转向，且处于水跃前端，水流脉动较大有关。采用4个试块试验结果的平均值，分析混凝土和粉煤灰掺量对冲蚀率的影响，见图2。

图2 冲蚀试验结果分析图

由图2可见，生态混凝土冲蚀率随水泥重量百分含量的增加而减少，并随粉煤灰掺量的增加而减少；粉煤灰含量在0%～4%时，冲蚀率在水泥重量百分含量5%～7.5%间变化较小；粉煤灰含量在6%时，随水泥重量的百分含量的增加，冲蚀率呈线性减少；在水泥含量达10%时，粉煤灰掺量对冲蚀率的影响减小。

2.2 混凝土试验成果分析

混凝土试块进行室内抗压强度试验配比及成果见表3、图3。在相对配比条件下，混凝土试块抗压强度并不是一直随着含砂率的增大而增大。在含砂率小于31%时，其抗压强度随着含砂率的增大而增大；但含砂率大于31%后，相同配比其抗压强度随着含砂率的增大反而减小，且含砂率越大，抗压强度降低越显著。在上述配比条件下，混凝土试块的抗压强度在

表3 混凝土试验成果汇总表

图3 不同配比情况下混凝土抗压强度与含砂率关系曲线

3.51～4.69MPa之间。

3 结语

（1）生态混凝土随着水泥、粉煤灰掺量的增加砂浆试块渗透性能由中等透水性变为弱透水性，抗压强度逐渐提高；当水泥掺量大于7.5%时，砂浆试块的抗压强度明显提高。

（2）砂浆试块冲蚀率随水泥掺量的增加而减少，并随粉煤灰掺量的增加而减少；在水泥掺量达10%时，粉煤灰掺量对冲蚀率的影响减小。

（3）混凝土试块抗压强度不仅与水灰比有关，而且与含砂率有关。

（4）室内试验研究对野外各种边界条件考虑不够充分，冲蚀试验数据可能偏大，本文提供的各种试验指标仅供在实际工程中参考使用。

［1］土工合成材料工程应用手册（第二版）［K］.北京：中国建筑出版社，2000.

［2］SL237—1999， 土工试验规程［S］.

［3］JGJ98—2000，J65—2000，砌筑砂浆配合比设计规程［S］.

［4］JGJ55—2000，J64—2000，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［5］GB50290—98，土工合成材料应用技术规范［S］.

［6］SL253—2006，水工混凝土试验规程［S］.