热带地区高石粉大吸水率人工砂用于普通混凝土的配合比设计技术

李小峰

（中国水电建设集团十五工程局有限公司国际公司,陕西 西安 710065）

老挝南欧江水电站位于老挝丰沙里省,全部采用中国标准建造。该工程地处热带亚热带,常年平均气温20.1℃,最高气温44.5℃,常态混凝土总量30 万m3,用于混凝土的骨料母岩为砂岩,干抗压强度最大144.7 MPa,软化系数0.51,人工砂石粉含量控制在不高于20%,与此对应之吸水率4.6%,混凝土自首盘拌制运至仓面需历时40 min~60 min。如何配置满足设计要求又有良好的可施工性是一个难题,故本文将对此予以介绍。

1 工程概况

老挝南欧江六级水电站砂石料加工系统自2013 年6 月建成投产后,经过试生产,干法获得的人工砂其石粉含量始终高于25%,采用水洗人工砂,虽石粉含量可以控制在18%以内,但是全部水洗后经过堆放脱水,形成大量的结块,无法用于混凝土生产；经专家咨询后对设备进行改造,采取部分水洗人工砂后回流到皮带机与另外的干砂混合后进入堆料仓,有效解决了人工砂脱水结块的问题,且石粉含量能控制在不大于20%,经南欧江流域公司在老挝琅勃拉邦召开的专家咨询会确定了这个数据的可行性,随后的批量生产均按照这个标准来控制。正式的配合比设计工作自2013 年6 月开始历时7 个月,于2014 年2 月上报适用于本工程的系列配合比。本文选取部分标号的混凝土来说明问题。

2 混凝土设计指标

表1 混凝土设计指标

3 混凝土用人工砂石骨料基本情况

小石、中石：经试验在60分钟时间内粗骨料吸水率增加较慢,相应配合比设计时考虑其吸水影响较小（见图1）。

表2 石子吸水率随时间变化

图1 石子吸水率随时间变化图

4 人工砂

从不同石粉含量人工砂吸水率试验数据中可以看出（见表3）,随着石粉含量的增加,人工砂吸水率增大,随着时间的增加,人工砂吸水趋于饱和,时间大约30 min~40 min左右趋于饱和状态。试验过程中选用20%石粉含量的人工砂饱和面干吸水率达到4.6%,相比国内规范要求不宜超过6%的值处于中高偏上,从干料达到饱和面干状态时间较短,基本在60 分钟左右（见图2）。在配合比设计过程中,如果按照国内常规配合比设计,不考虑这个具体情况,混凝土拌和物的坍落度损失很大,混凝土运至仓面,基本无流动性,可施工性极差,严重影响浇筑质量。

表3 人工砂不同石粉含量吸水率随时间变化数据

图2 人工砂不同石粉含量吸水率随时间变化图

5 混凝土配合比设计

5.1 配合比设计思路

在考虑混凝土拌制时间、水平运输时间以及入仓所必要的时间后,经过测算,混凝土自首盘拌制到入仓结束,在较为顺畅的工况下,最近的仓号需要40 min,最远的仓号需要60 min甚至时间更长,且计入砂石料吸水饱和的影响时间,因此我们考虑按照试验室条件下50 min后常态混凝土坍落度控制在7 cm~9 cm,泵送混凝土坍落度控制在14 cm~18 cm,并且混凝土具有较好的可施工性,以确保施工质量的可靠性。

5.2 测算混凝土坍落度随时间变化的规律

选择两种不同坍落度的配合比（见图3）,水灰比为0.43的二级配常态混凝土配合比、水灰比为0.41 的二级配泵送混凝土配合比,进行坍落度损失和抗压强度试验, 试验结果见表4。骨料含水量越小,出机坍落度越大,但是坍落度损失也越快。

表4 气干状态的骨料与混凝土坍落度关系

图3 混凝土塌落度随时间变化图

5.3 主要混凝土的设计配合比

表5 主要混凝土的设计配合比

续表5

5.4 主要混凝土强度统计情况

自经过监理核准的配合比投入工程建设以来,混凝土砂石骨料品质较为稳定,设计配合比投入使用后,能较好的服务于现场需要,工程实体的质量可靠,目前南欧江六级电站已经蓄水发电,各永久建筑物均经过全面的试运行,工程实体质量安全可靠,主要混凝土强度统计分析见表6。

表6 混凝土强度统计表

6 技术经济比较

在老挝南欧江六级水电站所处的主客观环境下,采用当地的砂岩以及相应的生产系统和工艺,既要满足设计要求又要使得混凝土具有良好的可施工性,配合比设计是一项具有挑战性的工作。在保证技术可行的前提下,提高用水量和胶材用量,导致工程成本增加。对比投标文件上的材料用量、同类工程的配合比、本工程使用的配合比做一比较,选取C25 常态和泵送混凝土予以说明,见表7。

从表7中可以看出,同等条件下,本工程采用的配合比其胶材用量（常态/泵送）较投标文件、同类工程分别高出33/13 kg,43/76 kg,按照水泥95 美金/t来计算,仅胶材一项就分别增加成本投入3.14/1.23、4.08/7.22 美金。

7 结语

从上述的数据中可以看出,尽管胶材用量较常规混凝土高出很多,但是相应设计强度等级的混凝土强度并无异常。究其原因：①母岩软化系数小、单轴饱和抗压强度低；②石粉含量高,骨料比表面积大,要满足相应的设计强度等级,必须要提高水泥用量；③人工砂石骨料吸水率大,运输时间长,自然环境气温高,坍落度损失快等因素交织在一起,必须采用较大的出机坍落度以保证混凝土入仓的可行性。

建议在以后的工程建设中,应该清楚的认识到,对于普通混凝土而言,如果选用砂岩作为混凝土用骨料,必须高度重视其饱和面干吸水率的高低,要严格控制石粉含量。对砂石骨料生产设备的性能以及生产工艺要进行充份的论证,务必生产出具有良好品质的砂石骨料,且对混凝土配合比进行精心的设计,以期获得质量可靠且材料成本低的混凝土配合比。