石屑全代砂高性能混凝土配合比简易设计法.pdf

2 0 1 4年第 3期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 3 2期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 4 ) 0 30 0 4 5 0 3 石屑全代砂高性能混凝土配合比简易设计法 周启源，蒋雪琴，谭世霖 ( 中国铁建港航局集团有限公司， 广东 珠海 5 1 9 0 0 0 ) 摘要 ： 根据混凝土配合比简易设计法 ， 设计石屑高性能混凝土配合比， 并通过实验对配合比设计思路进行验证， 提出采用该方法配制石屑高性能混凝土应注意的问题 ， 研究结果对石屑混凝土的应用有较好的指导意义。 关键词 ：石屑高性能混凝土 ；配合 比 ；简易设计 法 中图分类号 ：U 4 1 6 0 3 文献标 识码 ： B 0 引言 石屑是石 场在 生产 碎石 时产 生 的一种 附属 品， 目前 只用 于基础垫层或平 整场地 等用途。但 石屑的颗粒级配和物理性质 与河砂接近 ， 能够起 到作为细集料填充粗集料空 隙的作用 ， 是一 种非 常适用于代替河砂 配制混凝土 的材料。在 国 内， 有部分学者研究过石 屑代替河砂 配制混凝土 的可 行性 ， 且证明是可行的 ， 但对于石 屑混凝土 的配制 方法研究较少， 石屑高性能混凝土的配制方法研 究更为罕见 。由于石 屑较河砂颗粒 要粗、 棱 角性 较多 ， 导致 用石屑配制混凝 土时砂率 的确定 有别 于河砂。又 由于石屑 中含有小于 0 0 7 5 m m的石粉 颗粒 含 量 一 般 都 超 过 1 0 ， 而 河 砂 中 小 于 0 0 7 5 mm的粉状颗粒含量一般都小于 5 ， 这样也 导致用石屑配制混凝土时用水量确定有别于河 砂。因此 ， 采用普通混凝 土配合 比设计 规范来设 计石屑混凝土配合 比并不适用。 为探索适用于石屑全代砂高性能混凝土的配 合比设计法 ， 本文尝试采用混凝 土配合 比简 易设 计法配制石屑高性 能混凝 土 ， 并通过 实验对设计 思路进行验证 ， 实验证 明该 方法是可行 的。采 用 该方法配制 的石屑 高性 能混凝土和易性好 ， 混凝 土密实度高 ， 混凝 土抗 压强度和耐久性 能均表现 良好。 1 设计原理 与方法 吴 中伟 院士 提出 的简 易配合 比设计 法 ， 遵 循绝对体积设计原理， 以试拌调整法为主。核心 思路是确定石屑与碎石最 小空隙率 ， 即混凝土 中 的粗细骨料为一体 系， 水和水 泥为另一体系。根 据两者的互补关系 ， 在充分考虑 工作性能 的基础 上， 确定合理 的水 泥浆富余系数 。通过确定最小 骨料空隙率( 即最佳砂率) ， 最小水泥浆量等参数， 配制出符合性能要求而又经济合 理的混凝 土 J 。 配合比具体设计步骤如下 ： ( 1 )确定石屑高性能混凝土性能指标。高性 能混凝土首先要 有高工作性能 ， 坍 落度 指标能达 到 1 8 0 mm以上 ， 而且还要具有高耐久性能。 ( 2 )测定石屑与碎石混合 空隙率 ， 确定最佳 砂率 。采用紧密堆积密度 的试 验方法 ， 检 测不 同 砂率下石 屑与碎 石的混 合容重 ， 根据容重计算 出 混合料的空 隙率 ， 空隙率最小 的即为石 屑与碎石 最佳掺合 比例 ， 对应的砂率确定为最佳砂率。 ( 3 )确定胶凝材料浆量。根据上一步得 出的 骨料最小空隙率 ， 采用水泥浆填充骨料空隙 ， 再加 入合理的富余浆 量 ， 作为混凝 土用浆量。富余 系 数取决于原材料性能及工作性 能要求 ， 如外加 剂 的品种和掺量对浆体富余系数影响较大， 要通过 试拌来确定 。 ( 4 )计算各组 分材料用量 。根据 浆体体积 、 水胶 比、 砂率及原材密度等参数 ， 通过配合 比体积 计算法 ， 算 出 l m 。 混凝土各组分 的材料用量。 2 实验验证 2 1 实验原材料 水泥 ： 英德龙山水泥有限公司产“ 海螺牌 ” P 4 2 5 R硅 酸盐水泥 ， 水泥 2 8 d强度为 4 6 2 MP a ， 水泥密度 3 0 9 0 k g m 。 基金项目： 2 0 0 6年广东省科技厅第五批科技计划项 目( 编号： 2 0 0 6 0 5 ) 作者简介 ： 周启源( 1 9 7 7 1 0一) ， 男， 广东人， 工程师 ， 主要从事公路工程施工工作。E m a i l ： 2 6 9 3 4 7 5 7 9 q q c o rn 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 广东公路交通 总第 1 3 2期 粉煤灰 ： 河源 发 电厂 产 级粉 煤灰 ， 烧失 量 2 O ， 需水量比 8 7 ， 密度 2 2 6 0 k g m 。 。 矿渣 ： 广东韶钢嘉羊新 型材料有限公司产 ， 规 格种类为 $ 9 5型 ， 流动力 比 1 0 2 m m， 烧失量 1 0 ， 密度 2 8 6 0 k g m 。 碎石 ： 中山市合 力石 场产 ， 小 碎石 规格 5 1 6 m m， 大碎石规格 1 6 03 1 5 m m， 鄂式破 碎 ， 小 石和大石以 8 ： 2比例掺配组成 5 0 3 1 5 m m连续 级配 ， 密度测定为2 6 7 0 k g m 。 石屑 ： 中山市合力石场产 ， 石屑颗粒级配为 级， 细度 模数 2 8 8 ， 石粉含量 1 3 2 ， 密度2 6 3 0 k g m 。 减水剂 ： 深圳五山建材实业有 限公司产， 萘系 缓凝高效减水 剂 ， 水剂 ， 固含量 3 0 5 ， 减水率 l 8 。 水 ： 自来水 。 石屑和碎石的颗粒分析见表 1 和表 2 。 表 1 石屑颗粒级配 2 2配合 比设计 本次试验设计 的石 屑高性 能混凝土配合 比， 强度等级设定为 C 4 0 、 C 4 5和 C 5 0， 坍落度设定 为 1 8 0 2 0 0 m m， 扩展度要求达到 4 5 0 m m 以上 ， 抗氯 离子渗透电通量要求在 1 5 0 0库仑以下 ， 抗水渗透 性能要 求不 小于 P 1 2级。对每个 配合 比进行试 拌 ， 并检测混凝土容重 、 坍落度、 扩展度 、 和易性和 抗压强度 ， 以及抗氯离子渗透性能与抗水渗透性能。 2 2 1 确 定水胶 比 根据水泥强度 ， 按照普通混凝 土配合 比设 计 规程计算水胶 比， C 4 0 、 C 4 5和 C 5 0混凝 土对应 的 水胶 比分别是 0 4 0 、 0 3 7和 0 3 4 。 2 2 2确定最佳砂率 先确定石屑与碎石混合料 的最小空 隙率。采 用石屑填充碎石 ， 检测石屑与碎石混合料 ( 体积为 I O L ) 的紧密容重 ， 砂率从 3 6 开始 ， 逐步增加 ， 直 到出现最大容重的拐点为止。再根据最大容重计 算的空隙率， 即为最小空隙率， 对应砂率为最佳砂 率 。不同砂率对应 的混合空隙率见表 3 。 表3 不同砂率对应的混合空隙率 4 6 由表 3可见 ， 砂率为 4 4 时混合料容重最大， 容重为 2 0 2 2 k g m ， 根据石屑与碎 石混合后 的表 观密度 2 6 5 0 k g m ， 计算 出石 屑与碎石混合 的最 小空隙率 =2 3 7 ， 对应最佳砂率即为4 4 。 2 2 3 确定 配合 比材料 用量 根据上一步得 出的最小空隙率 ， 浆体富余 系 数经试 拌确 定为 1 0 ， 则 浆体体积 = +1 0 ： 3 3 7 ， 即每 m 混凝土胶凝材料用量为 3 3 7 L m 。 以 0 4水胶 比为例计算配合 比。为了提高石 屑混凝土 的耐久 性能 ， 采 用 矿渣 等 量替 代 水 泥 2 0 ， 粉煤灰等量替代水泥 1 0 ， 水泥实际用量为 7 0 。水泥表观密度 3 0 9 g c m ， 矿粉表观密度为 2 8 6 g e m ， 粉煤灰表观密度为 2 2 6 g c m 。 胶凝材料重量 浆体积 ：1 ( 0 7 3 0 9+0 2 2 8 6+ 0 1 2 2 6+0 4 )=1 3 5 。即 1 L浆体 积用 1 3 5 k g胶凝材料 ， 则胶凝材料 总重 =3 3 71 3 5= 4 5 5k g m。 。 水泥 = 4 5 5 7 0 ： 3 1 8 5 k g 粉煤灰 = 4 5 51 0 = 4 5 5 k g 矿渣 = 4 5 5 2 0 = 9 1 O k g 水 = 4 5 5 0 4= 1 8 2 k g 砂石骨料 总重 量 =( 1 0 0 03 3 7)2 6 5= I 7 5 7 k g 。其 中， 石屑1 7 5 7 4 4 ： 7 7 3 k g ， 石 1 7 5 7 5 6 = 9 8 4 k g 。所有材料总重量为 2 3 9 4 k g 。 2 2 4石屑高性能混凝土配合比 按以上计算 步骤 ， 通过变 化配合 比参数 ( 表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 周启源 ， 等石屑全代砂高性能混凝土配合比简易设计法 总第 1 3 2期 2 3 实验结果与分析 2 3 1 混凝土工作性能及强度检测 按简易设计法设计 的配合 比拌制石屑高性能 混凝土， 检测混凝土工作性能及抗 压强度 ， 试验 检 测结果见表 5 ， 混凝土抗压强度发展趋势见图 1 。 表 5 混凝 土工作性 能及抗压强度实验结果 图 1 混凝土抗压强度发展 曲线 图 由表 5和图 I可见 ， 3个强度等级的石屑高性 能混凝土， 工作性能( 包括坍落度 、 扩展度 、 和易性 等) 指标均满足实验设计要求 。石屑 高性 能混凝 土由于掺人 了矿渣和粉煤灰 ， 因此用 5 6 d龄 期抗 压强度进行评定 ， 3个强度等级的石屑高性能混凝 土 5 6 d抗压强度均满足 配制强度要 求 ， 强度 发展 曲线基本呈线性增长。 2 3 2 混 凝 土耐 久性 能检 测 抗渗透性能是高性能混凝土耐久性的重要指 标 ， 抗渗透性 能包括抗氯离子渗透性 能和抗水 渗 透性能。抗 氯 离子渗 透性 能通 过 电通量 试验 检 测 ， 抗水渗透性能采用抗水渗透仪检测 ， 抗渗透级 别根据 混凝土耐久性检验评定标准 ( J G J T 1 9 3 2 0 0 9 ) 进行评价。具体试验结果如表 6和表 7 。 表 6 抗氯离子渗透 电通量实验结果 注： 根据 混凝土耐久性检验评定标准， 抗氯 离子渗透性 能等级 的测量龄 期为 2 8 d 。 表 7 抗水渗透实验结果 由表 6可见 ， 3个强度等级 的混凝土试件 2 8 d 电通量均低于 1 3 0 0库仑 ， 抗氯离子渗透效果都较 好 ， 均满足设计低于 1 5 0 0库仑的要求。混凝土的 5 6 d电通量比 2 8 d电通量有大幅度降低 ， 均接近于 5 0 0库仑 ， 表 明随龄期 的增长 ， 混凝土 的抗氯离子 渗透性能还会进一步提高。 由表 7可见 ， 3个强度等级 的混凝土试件在水 压力加到 1 5 MP a时 ， 试件均未 出现透水 ， 抗水渗 透级别均达到 P 1 2级以上 ， 抗水渗透性 能非常好 ， 满足设计要求 。 石屑高性 能混凝土 的抗 渗透性能好 ， 分析其 原因： 第一是 简易设计法通过对粗细 骨料进 行紧 密堆积 ， 从而确定石屑与碎石的最佳 比例 ， 使骨料 间的空隙率达到最小， 提高了混凝土的密实性； 第 二是胶凝材料 中掺入 了矿渣和粉煤 灰两种矿物微 粉 ， 矿物微粉的颗粒极细 ， 能有效填充混凝土 中的 空隙 ， 提高混凝土的抗渗透性能。 ( 下转第 5 3页) 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年第 3 期 侯杰西樵金典广场人行车行隧道方案设计比选 总第 1 3 2期 一 0 毒0 图 6交通组织不 意图 4 结语 西樵金典 广场 人行 车行 隧道 三个方 案 的 比 选 ， 方案一不仅可以作为人行过街 的设施 来缓解 该处 的交通混乱现状 ， 同时在隧道 内可 以直接连 通金典广场 、 富盛 广场 和在建 的樵 岭 国际广场 ， 使市民的购物通行变得更加便利， 同时也促进了 商业中心经济的发展。人行隧道内主通道处拟 拓宽 3 m作为商业店铺 ， 通过 店铺 门前 三包及商 业照明， 在形成商业氛围的同时解决了隧道内的 卫生 、 治安等 问题。车行 隧道满足 了左转弯车辆 的通行便利 。采 用人行 与车行组 合 型式 的隧道 在 国内比较少见 ， 可供 同类人行 车行 隧道的设计 借鉴参考。 参考文献 ： 1 王文卿城市地下空间规划与设计 M 南京： 东南大学出版社， 2 0 0 0 2 耿永常， 赵晓红 城市地下空间建筑 M 哈尔 滨： 哈尔滨工业大学出版社， 2 0 0 1 3 城市人行天桥与人行地道技术规范 C J J 6 99 5 s 北京： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 6 4 城市道路和建筑物无障碍设计规范 J G J 5 0 2 0 0 1 S 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 1 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 2 6 ) Xi qi a o Go l d e n Pl a z a Pe de s t r i a n- v e hi de Tun ne l De s i g n Pl a n Co mpa r i s on HoU J e (G u a n g z h o u B r a n c h ， S o u t h w e s t J i a o d a C i v i l E n g i n e e r i n g D e s i g n C o ， L t d ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 9 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o i mp mv e t r a f fi c o r g a n i z a t i o n f o r p e d e s t ri a n s a n d v e h i c l e s a r o u n d t h e G o l d e n P l a z a o f Xi q i a o T o w n a f t e r c o mp a r i s o n b e t we e n p e d e s t ria n t u n n e l an d p e d e s t ria n v e h i c l e t u n n e l ，p e d e s t r i a n v e h i c l e t u n n e l s c h e me h a s b e e n s e l e c t e d T h e s c h e me h a s s i v e n a l l o wa n c e s f o r p e d e s t ri a n s b e t we e n t h e s t o r e s a n d s h o p p i n g ma l l s g o i n g t h r o u g h u n d e r g r o u n d t u n n e l s an d for p a r t o f l e f t t u r n i n g v e h i c l e n o t b e i n g aff e c t e d b y t h e t r a f fi c s i g n al l a mp s y s t e m，w h i c h c o u l d p r o v i d e r e f e r e n c e for f u t u r e d e s i gn o f s i mi l ar p e d e s t r i a n v e h i - c l e t un n e l s K e y wo r d s ：p e d e s t r i a n v e h i c l e T u n n e l ；p l an ；c o mp a r i s o n ( 上接 第 4 7页) 3 结论 与建议 以上实验结果表明， 采用混凝土配合 比简易 设计法配制出的石屑高性能混凝土， 其工作性能 和抗压强度均满足设计要求 ， 混凝土 的抗 渗透性 能也表现 良好。实验证 明 ， 采 用简易设计 法设计 石屑高性能混凝土配合 比是可行的。 石屑与碎石混合空隙率是确定胶凝材料用量的 最重要指标 ， 混合空隙率越大， 所用的胶凝材料就越 多， 因此应优先选用级配 良好的石 屑配制混凝土。 砂率过大会使用水量增大 ， 间接导致胶凝材料和减 水剂用量增加， 不利于混凝土的经济性。因此 ， 当最 佳砂率超过4 5 时， 建议取4 5 作为最佳砂率。 浆体富余系数是影响混凝土工作性能和强度 的重要指标 ， 需要通 过试拌来确定。 由于石屑 的 棱角性偏多， 影响和易性与流动性， 其浆体富余系 数一般在 8 一1 2 左右 ， 可以先从 8 进行试拌 ， 再逐步增大 。 参考文献 ： 1 吴中伟混凝土配合比简易设计法 J 土木工 程学报， 1 9 5 5 ， ( 4 ) ： 3 8 33 9 7 2 杨荣俊高性能混凝土( H P C ) 配合比简易设计法 c 吴中伟院士从事科教工作六十年学术讨论会论文 集， 2 0 0 4 3 中国建筑科学研究院 混凝土耐久性检验评定标 准 J G J T 1 9 32 0 0 9 S 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 00 9 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 40 3 2 5 ) S i mp l e De s i g n M e t h o d o f M i x De s i g n f o r Hi g h - p e rfo r ma n c e S t o n e Ch i p Co n c r e t e Z H O U Q i y u a n J I A NG X u e q i n r A N S h i l i n ( C R C C H a r b o u r &C h a n n e l E n g i n e e r i n g B u r e a u G r o u p C o ， L T D， Z h u h a i ， G u a n g d o n g ， 5 1 9 0 0 0 ) Ab s t r a c t ：A c c o r d i n g t o t h e s i mp l e d e s i g n me t h o d of c o n c r e t e mi x d e s i g n，mi x d e s i g n for h i g h p e rfo r ma n c e s t o n e c h i p c o n c r e t e h a s b e e n c a r r i e d o u t a n d v e ri fi e d b y e x p e ri me n t s ，a n d s o me a t t e n t i o n s w h i c h s h all b e p a i d t o for t h e mi x d e s i gn h a v e b e e n p o i n t e d o u t Th e r e s u l t s ha v e a g o o d g ui da n c e for a pp l i c a t i o n of s t o n e c hi p c o nc r e t e Ke y wo r d s ：h i g h p e r f o rm a n c e s t o n e c h i p c o n c r e t e ；mi x d e s i gn ；s i mp l e d e s i g n me t h o d 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m