涂在洋

（中交第二航务工程局有限公司，福建 福州 350011）

传统砂主要分为两种：一种是天然砂，一种是人工砂。机制砂属于人工砂，即先由机械粉碎，再经过筛分产生。近年来，随着混凝土生产工艺的成熟，关于机制砂混凝土的研究逐渐增多。

例如，HudsonBP等人通过研究表明，机制砂当中所含石粉能有效填充混凝土中的空隙，提高混凝土抗压强度。

为此，本文以试验对比的方式，对C40水闸闸室机制砂混凝土配合比的设计进行研究，并在此基础上深入分析机制砂混凝土的工作性能和抗压强度。

1 试验研究

1.1 材料

1.1.1 水泥

选择水泥主要有两点要求：一是强度高；二是细度及矿物组成符合标准，因此，通常以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥为试验材料。

以上两种水泥材料的强度会高出设计要求强度0.9～1.5倍。

为在最大程度上避免混凝土干缩、放热所产生的负面影响，通常会在水泥中加入其他粉磨材料，如粉煤灰。本次试验以普通硅酸盐水泥为材料，水泥型号 P·O42.5，密度 3 100kg/m3。

1.1.2 碎石

在选择碎石过程中，需要根据试验标准严格筛选，在保证碎石强度的同时，还需要尽量保证其粒形，通常选择5～25mm的集料。

按照试验要求，应将碎石的压碎值控制在12%左右，碎石中的针片状颗粒含量在5%左右为宜、最大含泥量不得超过1%、最大泥块含量不得超过0.5%。本次试验所选碎石规格如表1所示。

表1 碎石规格

1.1.3 机制砂

选择机制砂主要依据两点：一是以试验要求标准为基础；二是结合机制砂特点。机制砂按照细度模数大致分为三类：

（1）粗砂，细度模数3.7～3.1。

（2）中砂，细度模数3.0～2.3。

（3）细砂，细度模数2.2～1.6。

混凝土配置过程中，石粉掺入量过多或过少都会对混凝土质量造成影响。经实践研究表明，石粉掺入量在6%～12%为最佳，最大泥块含量不得超过3%；同时，机制砂的选择也有严格要求。粒径尽量控制在0.75～0.15mm；最大压碎指标不得超过5%。根据上述两点要求，机制砂和细山砂的选择技术指标如表2所示。

表2 机制砂和细山砂技术指标

1.1.4 外加剂

试验过程中，为提升混凝土的早期强度，需要在混凝土配置过程中添加一定比例的外加剂，以此起到改善混凝土性能的作用。同时，这种添加外加剂的方式还能在一定程度上降低水泥使用量。本次试验研究过程中，以缓凝高效减水剂为外加剂材料，减水率约为18.4%。

1.2 试验方法

配比试验过程中，主要基于《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081对混凝土性能、抗压强度进行检测。

2 配比设计

2.1 原材料配比

按照工程建设施工技术要求，所选中砂细度模数为2.5。设机制砂含量占比为0.7,特细砂占比为0.3，所得原材料配比结果如表3所示。

表3 原材料配比结果

2.2 外加剂添加

配比试验过程中，在加入了0.8%的减水剂，经试验测算后发现减水率为15%，在此基础上计算原材料用量，所得结果如表4所示。

表4 加入减水剂后原材料用量

2.3 混凝土填充

经计算，未加减水剂之前，混凝土总量为2 426kg/m3，减水剂加入后，水泥用量、水用量都得到一定程度上的降低。为进一步提高混凝土的紧密堆积，需要利用石子、砂子、粉煤灰对混凝土进行填充处理，具体原材料质量情况如表5所示。通过上述计算得出，混凝土配比过程中，水泥、特细砂、机制砂、石子、水、粉煤灰、膨胀剂和减水剂之间的比例为349∶242∶566∶956∶160∶110∶47.5∶3.17。

表5 填充后原材料质量

3 性能检测

本次试验研究所得C40混凝土主要用于水闸闸室建造，因此，利用河砂配置一组混凝土，编号为1。同时，用机制砂配置五组砂率分别为39%、40%、41%、42%、43%的混凝土，按顺序编号为2～6。对以上六组混凝土性能进行检测，结果如表6、表7所示。

表6 混凝土工作性能检测

表7 混凝土抗压强度检测

由表6、表7可知，利用河砂配置的混凝土性能最好，且强度满足闸室施工设计要求。而机制砂所配混凝土虽然工作性能、强度同样满足施工设计要求，但随着砂率的提高，机制砂所配混凝土的坍落度呈先升后降的趋势。从整体数据表现上看，配比相同时，机制砂所配混凝土的性能要稍弱于河砂所配混凝土，但差距并不明显，且若配比得当，机制砂所配混凝土的强度要高于河砂所配混凝土。

通过分析得出，虽然与河砂相比，机制砂粒形较差、表面粗糙，但机制砂中存在的石粉却有效改善了机制砂多棱角、表面粗糙的特性，在混凝土中起到了滚珠作用。因此，机制砂所配置的混凝土有着与河砂所配混凝土相差无几的流动性。机制砂表面粗糙、多棱角、粒径不一，虽然降低了机制砂所配混凝土的流动性，但正是由于这一特点，使混凝土中机制砂粘结得更紧固，提高了混凝土的强度，在最适宜的砂率配比情况下，机制砂所配混凝土强度要高于河砂所配混凝土。

通过对比表6、表7数据看出，编号2到编号6五组机制砂所配混凝土中，工作性能最优的为编号3，砂率为41%；而编号4强度最高，砂率为42%。所有机制砂所配混凝土7d强度基本都满足了水闸闸室施工设计要求，28d强度更是远超施工设计要求。通过对闸室施工工艺分析，最为适宜的机制砂混凝土砂率应控制在41%～42%。

4 结语

综上所述，本文主要对C40水闸闸室机制砂混凝土的配比设计进行研究，以期为闸室混凝土配比提供参考，提升闸室混凝土质量。本文研究过程中，在确定好试验材料和方法后，计算原材料的配合比，并按照设计要求试配了不同砂率下的机制砂混凝土，最后对所配混凝土的工作性能、抗压强度进行检测。通过对比研究发现，在性能、强度方面，机制砂所配混凝土完全满足水闸闸室设计要求；由于机制砂表面粗糙、粒径不一，因此，机制砂所配混凝土抗压强度更高，远超设计要求；相同配比情况下，虽然机制砂工作性能稍弱于河砂，但机制砂的配比方式更灵活，通过不同配比方案选择最优质的机制砂混凝土，对于水闸闸室整体质量的提高有着很大帮助。