C40特细砂混凝土和易性和抗压强度研究

何锦云，王陆陆

(河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038)

砂是制备混凝土的必备资源，根据细度模数的不同将其划分为粗砂、中砂、细砂和特细砂，制备混凝土时优先选用中、粗砂。但是，经过近几十年大规模基础建设工程的使用和采掘，粗、中砂资源渐近枯竭。就邯郸地区而言，河北省提出的三年大变样计划使得本地细砂资源也所剩无几，但是邯郸地处黄河流域，特细砂资源丰富，从质量、储量、经济等多方面来看，利用丰富的特细砂资源来制备混凝土已成为必然选择。我国从50年代起就开始了特细砂混凝土的研究与应用，取得了巨大的成绩与经济效益，但混凝土强度一般不高于C30，并且规定塌落度不大于30 mm。

随着经济的发展，特细砂制备低强度、低塌落度混凝土已不能满足人类的需求，特细砂制备较高强度、较大塌落度的混凝土也开始有研究。佟刚利用特细砂配置C30泵送混凝土，谭光焱等利用特细砂和机制砂配置大塌落度的C50混凝土。本文采用正交设计试验方法[1－2]研究特细砂混凝土在不同水胶比、不同粉煤灰取代率[3－4]、不同砂率条件下其抗压强度及和易性的变化规律，从而确定其主要影响因素，为邯郸地区特细砂混凝土的配制提供有力的依据。

1 试验原材料

1)水泥:选用太行山牌42.5R普通硅酸盐水泥，其各项性能指标及化学成分见表1、表2。

2)粗骨料:选用邯郸本地产的碎石，其物理性能指标见表3。

3)细骨料:选用邯郸本地产的特细砂，其物理性能指标见表4。

4)粉煤灰:本实验中选用的是邯郸马头电厂生产的II级粉煤灰，其各项性能指标及化学成分见表5、表6。

5)外加剂:试验选用了FDN－1高效减水剂，掺量为1.2%，减水率20%。

6)水:试验室中的自来水。

2 试验方法

本实验利用正交设计的方法配制C40混凝土，选取水胶比、粉煤灰取代率(本试验采用等量取代法)、砂率三个因素，分别以A、B、C来表示，每个因素选取三个水平，即水胶比为0.45、0.47、0.49，粉煤灰取代率为0、10%、20%，砂率为28%、30%、32%，据此采用L9(34)正交表来安排实验，以抗压强度和塌落度为考核指标，分析各因素对考核指标的影响，从而确定最佳实验方案。因为本试验选用的是特细砂，为了满足设计强度和其和易性的要求，试验选用了减水率为20%的高效减水剂，其掺量为1.2%。

表1 普通硅酸盐水泥的性能指标Tab.1 Performance indicators of ordinary portland cement

表2 普通硅酸盐水泥的化学成分Tab.2 Chemical constituents of ordinary portland cement

表3 粗骨料的性能指标Tab.3 Performance indicators of coarse aggregate

表4 细骨料的性能指标Tab.4 Performance indicators of fine aggregate

表5 粉煤灰的性能指标Tab.5 Performance indicators of fly ash

表6 粉煤灰的化学成分Tab.6 Chemical constituents of fly ash

3 试验结果与分析

抗压强度与塌落度的试验结果见表7，对每个考核指标分别进行了极差分析，极差分析结果见表8。

表7 试验结果Tab.7 Test results

表8 28 d抗压强度与塌落度的极差分析Tab.8 Range analysis of 28 d compressive strength and slump

3.1 28 d抗压强度分析

图1给出了C40特细砂混凝土28d抗压强度与各因素水平的关系，由图可见粉煤灰取代率对混凝土强度影响最大。粉煤灰取代率为10%时，其28 d抗压强度比粉煤灰取代率为0的混凝土有很大的提高。这主要是由于取代水泥的粉煤灰通过长期的火山灰反应使其后期强度提高。当粉煤灰取代率增加到20%时，其28 d抗压强度比粉煤灰取代率为0的混凝土略有降低，这主要是由于随着粉煤灰对水泥取代数量的增加，体系中能够激发粉煤灰的Ca(OH)2数量不足[5]，粉煤灰反应的程度降低，从而导致28 d抗压强度降低。其次可以看出C40特细砂混凝土的28 d抗压强度符合混凝土一般规律，随着水胶比的减小而增大。

图2给出了粉煤灰取代率与28 d抗压强度的关系，由图可见在不同水胶比条件下其对特细砂混凝土28 d抗压强度的影响基本一致。与取代率为0的情况比较，取代率为10%时，28 d抗压强度都有很大的提高，而取代率为20%时，28 d抗压强度则都有所降低。而不同的是在水胶比为0.47的情况下，28 d抗压强度在粉煤灰取代率为20%的情况下下降幅度并不是很大。

3.2 塌落度分析

由表8的塌落度极差分析可知各因素影响塌落度的主、次顺序是C＞B＞A。可以看出砂率的大小对特细砂混凝土塌落度的影响比较大，粉煤灰掺量也有一定的影响，而水胶比对其影响则最小。

图3给出了C40特细砂混凝土塌落度与各因素水平的关系，由图可见随着其最主要影响因素砂率的增加，塌落度呈大幅度下降的趋势，这与普通混凝土有所不同。其主要原因是因为特细砂级配差、比表面积大[6]，所以在相同条件下，砂率大的混凝土需水量大，塌落度减小幅度就大。其次从图中还可以看出随着粉煤灰取代率的增加，塌落度呈下降趋势，这并不代表粉煤灰对水泥的取代使混凝土的和易性变差了，因为塌落度并不能完全表现出混凝土和易性的好与差。特细砂混凝土有异于一般混凝土，在试验的过程中我们可以明显的看出，在满足工作要求的情况下特细砂混凝土的粘度较大，这使其塌落度的损失大于一般混凝土，而随着粉煤灰取代率的增加其粘度得到了很好的改善，塌落度的损失也减小很多。就总体而言适当的粉煤灰取代率可以改变特细砂混凝土的和易性。

图4给出了砂率与塌落度的关系，由图我们可以更清晰、准确的看出特细砂混凝土中的砂率对塌落度的影响。在粉煤灰取代率为0，10%，20%的情况下，塌落度都是随着砂率的增大而大幅下降的，这是因为特细砂需水量大的缘故。另外，不同粉煤灰取代率与本试验中掺入外加剂的适应性对塌落度也有一定的影响[7－8]，但不是主要因素，其具体关系可进一步试验、分析。

4 结论

1)由试验可知粉煤灰取代率为10%、水胶比为0.45、砂率为30%时，可配制出保水性、粘聚性良好，塌落度为60 mm，强度高达59.1 MPa的混凝土。

2)随着水胶比及砂率的增大，混凝土的抗压强度不断减小。但是，当粉煤灰取代率为10%、水胶比为0.49、砂率为28%时，混凝土的抗压强度有跳跃性的增长，高达53.5 MPa，并且其和易性良好，完全满足设计要求。

3)配制特细砂混凝土时，砂率对其强度及和易性都有很大的影响，本次试验中砂率每增加2%，混凝土的塌落度就有很大幅度的下降，其中最大可下降55 mm，远远高于普通混凝土。

4)本试验中，最佳粉煤灰取代率为10%，但是粉煤灰取代率为20%，其他条件适当时也可配制出强度为48.4 MPa的混凝土，略低于设计强度。

[1]刘数华，冷发光，罗季英.绿色高性能建筑材料实验研究的数学方法[M].北京:中国建材工业出版社，2006.

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