粉砂岩制砂取代河砂对砼强度的影响研究及意义

楼鲜荭 孔存书 杨世勇 刘和鑫

摘要：由于河砂禁采，被山砂取代。近年来，湖南对地质灾害防治工程投入大，抗滑桩是主要措施之一。因灾害点比较偏僻，混凝土多采用现场搅拌的方式，取代河砂的是山砂。浏阳高坪滑坡治理中抗滑桩垮孔事故，是对粉砂制砂取代河砂对砼抗压强度的影响进行研究的原因。实验室将一组单一变量的标准试块进行3天、7天、28天的抗压强度比对测试，从而得出粉砂制砂不可取代河砂的结论，从而给湖南治理工程抗滑桩材料的选用起指导和警示作用。

Abstract： Because river sand is banned from mining， it is replaced by mountain sand. In recent years， Hunan Province has invested a lot in geological disaster prevention project， and anti-slide pile is one of the main measures. Because of the remoteness of the disaster site， concrete is often used in the way of site mixing， instead of river sand is mountain sand. The caving accident of anti-slide pile during the treatment of Gaoping landslide in Liuyang is the reason to study the influence of silt-sand making on the compressive strength of concrete instead of river sand. By comparing the compressive strength of a group of standard test blocks with a single variable for 3 days， 7 days and 28 days， it is concluded that silty sand making can not replace river sand， which will play a guiding and warning role in the selection of anti-slide pile materials for Hunan governance project.

关键词：粉砂岩制砂;取代河砂;砼强度比对试验;结论

Key words： siltstone sand making;instead of river sand;concrete strength comparison test;conclusion

中图分类号：TU528                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0126-03

0  引言

浏阳高坪沿甸村坳上组滑坡地处浏阳市高坪镇沿甸村坳上组，主要威胁对象为滑坡体坡体上及下方坳上组居民及房屋，共计威胁15户77人，民房33栋，潜在经济损失约300万。

为保护滑坡下方村民的生命财产安全，财政出资对滑坡体进行治理。结合治理工程目标和原则、区内的生态环境保护和新农村建设规划，拟对滑坡采用抗滑桩、挡土墙、截排水工程等支护形式。

抗滑桩共计11根，规格为1.0m×1.5m，桩长15.0m，桩间距4.0m，坡顶设置截水沟。抗滑桩护壁设计强度为C20，桩身混凝土设计强度为C30。

由于当地民风彪悍，外地施工队伍无法进入，施工现场大部分人是沒有质量意识的农民工，现场管理人员也由所谓的村干部担任。

因河砂匮乏加之成本很高，为节省成本又省事，现场管理人员决定就地取材，用粉砂敲碎代替河砂甚至粗骨料拌和混凝土。

在抗滑桩开挖过程中，11根桩有8根桩出现垮孔，有2个桩孔软弱面上有较大渗水，致施工暂停，也因此向我单位（资质单位）求助。我单位先后派出多名技术员到现场，找不到问题所在。

1  垮孔原因查找

关于抗滑桩护壁施工，质量控制标准要求：每一节的施工深度为1m，完成挖土后，应立即进行护壁混凝土支护，当遇流砂或涌土时，每节深度减至0.3-0.5m，并随挖随浇护壁混凝土;在透水层区段的护壁预留泄水孔，浇注前堵塞，护壁混凝土掺加早强剂，以缩短脱膜时间。

本项目抗滑桩施工中，每一节开挖深度控制在1m，软弱面上有较大渗水的桩孔，开挖深度已调整至0.5m并及时浇筑护壁砼，可是为什么还是普遍出现垮孔现象呢？

笔者亲自前往工地查找问题。检查发现，已修筑的抗滑挡土墙砌筑用的砂浆的颜色不正常，怀疑材料有问题，随后找到砂浆、混凝土拌和现场，发现细骨料全为捣碎的粉砂岩。附混凝土材料拌和现场照片：见图1。

随即取样送实验室进行颗分、含泥量（泥粉含量）的测试。

湖南XXX工程质量检测公司对样品进行了颗粒分析试验，检测结果见表1。

而GB/T14684-2011《建设用砂》规定：见表2和表3。

说明：机制砂MB值≤1.4或快速法试验合格时，石粉含量和泥块含量应符合表4的规定，

机制砂MB值>1.4或快速法试验不合格时，石粉含量和泥块含量应符合表5的规定。

从表3可以看出，天然砂的含泥量不得大于5%，机制砂的石粉含量不得大于10%，泥块含量不得大于2%，而根据施工现场取回的样品检测结果，含泥量（石粉含量）达到22.5%，严重超标。

GB-T14684-2011还规定，砂的主要矿物成分应为石英和长石，而现场所用砂为紫红色粉砂岩类粉碎而成，砂岩类为软质岩石，主要成分为泥质，遇水易软化。当其作为混凝土骨料时，就会对混凝土本身的性能产生不可忽视的影响。

2  粉砂岩制砂取代河砂制砼对砼强度的影响程度研究

2.1 试验目的

为了进一步研究粉砂岩制砂取代河砂制砼对砼强度的影响程度，笔者采集了与现场制砂用的粉砂岩岩性一致的岩块，同时购买了水泥、粗骨料、河砂等材料送到实验室，在水泥、粗骨料不变等的情况下，细骨料分别采用河砂和粉砂岩制砂制作若干组150*150*150mm抗压试块，制作、养护、试压过程完全按照《普通混凝土配合比设计规程》、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2016进行，然后测试3d、7d、28d的抗压强度。

2.2 试验准备

2.2.1 C20混凝土配合比设计

设计强度fcu.k=20MPa，坍落度140-180mm。强度保证率为95%，强度保证系数t=1.645，标准偏差σ=4。采用机械搅拌。

材料说明：

水泥：采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，各项指标均符合要求;砂（细骨料）：选用湘潭市湘江砂场的河砂;碎石（粗骨料）：选用湘乡市棋梓镇泽江石场5-10mm、10-19mm、19-31.5mm的单级配碎石，掺配比例：5-10mm占20%，10-19mm占50%，19-31.5mm占30%;水：符合混凝土用水要求。

2.2.2 混凝土配合比设计步骤

2.2.2.1 初步配合比设计步骤

①确定试配强度：fcu.o=fcu.k+t×σ=20+1.645×4=26.6MPa;

②计算水胶比：W/B=aa×fce/（fcu.o+αa×αb×fce）=（0.53×42.5）/（26.6+0.53×0.20×42.5）=0.72（式中：αa=0.53、αb=0.20、fce=γc·fce.g=42.5）（根据规范规定最大水胶比不宜大于0.60，选用基准水胶比为0.56）;

③选定用水量：碎石最大粒径31.5mm。坍落度在140-180mm，查表得用水量mwo=210㎏;

④计算水泥用量：mco=mwo/（W/B）=210/0.56=375㎏;

⑤确定砂率：根据水下混凝土要求，选定砂率βs=39%;

⑥确定粗集料用量（假定混凝土容重为2400㎏/m3）：

mco+mso+mGO+mwo=2400

mso/（mso+mGO）=39%

解此方程组得：mso=708㎏，mGO=1107㎏

⑦确定初步配合比：

水泥：细集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.2 试拌并确定基准配合比

按照初步配合比进行试拌，当用水量为210㎏，W/B=0.55，βs=39%时，坍落度为170mm，且粘聚性、保水性都较好，满足施工和易性的要求。实测混凝土表观密度为ρ=2380㎏/m3，（2400-2380）÷2400=0.8%<2%，故不需要调整。

基准配合比为：

水泥：细集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.3  确定试验室配合比

①用水量不变，水胶比降低0.03，砂率为39%，W/B=0.53各材料用量如下：

水泥：细集料：粗集料：水=396：700：1094：210

经试拌调整，其坍落度和其他工作性均能满足规范及施工要求。

②用水量不变，水胶比增加0.03，砂率为39%，W/B=0.59各材料用量如下：

水泥：细集料：粗集料：水=356：715：1119：210

经试拌调整，其坍落度和其他工作性均能满足规范及施工要求。

2.2.2.4 确定配合比

根据三个水胶比28天的抗压强度，绘制胶水比-强度曲线图，见图2。

根据试验结果，本试验C20砼采用原基准配合比，即水胶比W/B为0.56。基准配合比为：水泥：细集料：粗集料：水=375：708：1107：210=1.00：1.89：2.95：0.56。

2.2.3 河砂与粉砂岩制砂C20混凝土抗压强度比对试验

①砼试块制备现场照片见图3。

②砼试块试压现场照片，见图4。

③按照上述配合比進行混凝土拌合并养护后抗压强度测试结果见表4。

④混凝土抗压强度随龄期增长曲线，见图5。

⑤河砂与粉砂岩制砂C20混凝土抗压强度数据解析。

从曲线图可以看出：河砂混凝土前7d抗压强度随着龄期的增加强度呈直线上升，7d强度达到设计强度的142.4%，而粉砂岩制砂混凝土3d抗压强度即已基本达到峰值，但只有设计强度的80%，3-28d的强度变化不明显。

3  结论

①混凝土细骨料中的含泥量（泥粉含量）对混凝土拌合物的性能没有太大的影响但对混凝土的强度影响很大;如果含泥量（泥粉含量）过高，会严重影响混凝土的抗压、抗折强度。②粉砂岩制砂混凝土强度随着龄期的增加强度增加不明显，说明耐久性差，从而容易引发质量事故。③粉砂岩制砂取代河砂制砼不可取代。

4  意义

为了解决天然砂资源逐步减少甚至无天然砂可用的情况，湖南目前正在进行全省范围内的砂石矿勘查，本工程实践经验及实验室测试结果将对砂石矿勘查和抗滑桩材料选择起到很好的指导作用。

参考文献：

[1]浏阳市高坪镇沿甸村坳上组滑坡地质灾害治理工程施工图设计文件.

[2]GB/T14684-2011，建设用砂[S].

[3]GB/T50080-2016，普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S].

[4]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程[S].

作者简介：楼鲜荭（1965-），女，浙江浦江人，本科，水工环地质高级工程师，从事岩土工程勘察、水文地质勘察、地质灾害防治工程勘查、设计、施工等工作。