大坍落度沙漠砂混凝土配合比设计试验研究.pdf

第 4 1卷 第 8期 2 0 1 5年 8月 水 力 发 电 大 坍 落 度 沙 漠 砂 琨 凝 土 配 合 比 设 计 放 验 研 究 周 泽沛 ，周 小婉 ，贾 琼。 ( 1 重庆 交通 大学水利水运工程教育部 重点实验 室 ，重庆 4 0 0 0 7 4； 2 。四川农 业大学土木工程学 院， 四川 I 成都6 1 1 8 0 0 ； 3 河海大学港 口海岸 与近海 工程 学院 ，江苏 南京2 1 0 0 9 8 ) 摘要：沙漠地区的中粗砂资源普遍较匮乏，在这些地区修建工程时，如利用当地沙漠砂作为细骨料配制混凝土可 大大降低材料成本 。但是按 常规方 法制备的沙漠砂混凝土存在流 动性 差、坍落度 小 的缺点 ，给施工造成 不便 ，限制 了沙漠砂资源的开发利用 。为此 ，试验 运用掺加机制砂 、粉煤灰 、高性能减 水剂的方法 成功制备 了大坍落度 沙漠砂 混凝土 ，并从材料用量 的角度研究 了各 参数对混凝土坍落度及抗压强 度 的影 响规律 ，确定 了水胶 比为 0 4时各参数 的最优取值 。 关键词 ：混凝土 ；沙漠砂 ；配合 比；坍 落度 ；抗 压强度 Ex pe r i m e nt a l St udy o n M i x Pr o po r t i o n De s i gn o f Hi g h Sl um p De s e r t Sa nd Co nc r e t e Z HO U Z e p e i ，Z H O U X i a o w a n ，J I A Q i o n g ( 1 K e y L a b o r a t o r y o f H y d r a u l i c a n d Wa t e a y E n g i n e e r i n g o f t h e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ，C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， Cho n g q i n g 4 00 0 74，Ch i na ；2Co l l e g e o f c i v i l Eng i ne e r i n g ， S i c hu a n Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y，Che n g d u 61 1 80 0，Si c h ua n ， C h i n a ；3 C o l l e g e o f H a r b o r ，C o a s t a l a n d O f f s h o r e E n g i n e e r i n g ，H o h a i U n i v e r s i t y ，N a n j i n g ，2 1 0 0 9 8 ，J i a n g s u ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e g e n e r a l c o a r s e s a n d r e s o u r c e s a r e d e f i c i e nt i n d e s e r t a r e a s I f t he d e s e r t s a n d c a n b e u s e d a s t h e fin e a g g r e g a t e o f c o n c r e t e f o r c o n s t r u c t i n g p r o j e c t s i n d e s e r t a r e a s ，i t c o u l d r e d u c e ma t e r i a l c o s t Be c a u s e t h e d e s e r t s a n d c o n c r e t e ma d e b y c o n v e nt i o na l me t h od u s u a l l y h a s s o me s ho r t c o mi ng s s u c h a s po o r l i qu i d i t y a n d s ma l l s l u mp， i t c a us e s i n c o n v e n i e nc e i n c o n s t ruc t i o n a n d l i mi t e d i n t he u t i l i z a t i o n o f d e s e r t s a nd r e s o ur c e sI n t hi s e x pe r i me nt a l s t ud y ， t h e hi g h s l ump de s e r t s a n d c o n c r e t e i s p r e p a r e d b y a d d i n g fl y a s h ， ma c h i n e ma d e s a n d a n d h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r - r e d u c e r ， a n d t h e i n f l u e n c e s o f mi x pa r a me t e r s o n s l ump a nd c o mp r e s s i v e s t r e n g t h f r o m t he v i e w o f ma t e r i a l s a mo u nt a r e s t ud i e dThe o p t i ma l mi x p a r a me t e r s a r e p r o po s e d wh e n t he wa t e r c e me n t r a t i o i s 0 4 Ke y W o r ds ：c o n c r e t e；d e s e r t s a nd；mi x p r o p o rti o n；s l u mp ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 中图分类号 ：T U 5 2 8 文献标识码 ：A 文章编号 ：0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 5 ) 0 8 - 0 1 0 9 0 3 O 引 言 大 型工 程 的建 筑 材 料用 量是 十分 巨 大 的 ，因地 制宜 地使 用 当地 材 料 是 降低 成 本 ，加 快 工 程 建 设 的 有效 途径 。我 国沙 漠 面积 约 为 1 3 0万 k m ，主 要 分 布在 西 北部 的 新 疆 、甘 肃 、内蒙 古 等 地 。随 着 国家 西 部 大 开 发 战 略 的 稳 步 推 进 ， 越 来 越 多 的 大 型 工 程 在沙 漠地 区 兴建 ，这 些 地 区的 中粗 砂 资 源 普 遍 比较 匮乏 ，充 分利用 当地 大量 的沙漠砂 资源 作为 建筑 材料 能够降低工 程成本 ，并 能变废 为宝 ，减少 资源浪费 。 沙漠砂 通 常为 特细 砂 ，张 国学 等 ， 系 统研 究 了 不 同水灰 比下 沙 漠 砂对 水 泥砂 浆 和 混 凝 土 性 能 的影 响 ，证 明 了 沙 漠 砂 制 备 混 凝 土 的 可 行 性 。 但 是 按 照 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 4 0 7 基金项 目：重庆市前沿与应用基础研究 ( c s t c 2 0 l 4 j c y j A 9 o 0 2 1 ) 作者简介 ：周泽 沛 ( 1 9 9 1 一 ) ，男 ，河南 濮 阳人 ，硕 士研 究 生 研究方 向为水工结构与材料 W a P o V o L 4 N o 8 丑 圈 常 规方法 配 制 的混 凝 土 流 动 性 差 、坍 落 度 小 、易 离 析 等 ，不 符合 大 型工程 一 般采 用 泵 送 混凝 土施 工 方 法 的要 求 。 已 有 的 研 究 。 。 表 明 ，掺 加 机 制 砂 、 减 水 剂 、矿 物 掺 合 料 等 方 法 可 改 善 特 细 砂 混 凝 土 的 性 能 ，但 目前 同时 掺 加 上 述 三 者 来 制 备 大 坍 落 度 沙 漠 砂 混凝 土 的 研 究 还 较 少 。本 文 以大 坍 落 度 沙漠 砂 混凝 土配合 比设 计 为 研 究对 象 ，运 用 同 时 掺 加 机 制 砂 、减水剂 、粉煤灰 的方 法制 备 了多组 大坍 落度 的沙 漠砂 混凝土 ，并 从各参数 用量 角度 研究 了机 制砂 与沙 漠砂 掺混 比 、减水剂用 量 、粉煤灰 掺 量 、砂 率这 四因 素 对混凝土坍 落度及抗压 强度 的影 响规律 ，为大 坍落 度 沙漠砂混凝 土的配合 比设计提供 依据 。 1 试验材料 ( 1 ) 水 泥 。 选 用 P 0 4 2 5级 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 性 能参数 见 表 1 。 表 1 水泥性 能参数 2 8 5 良好 1 6 3 2 0 6 4 7 6 1 7 3 2 3 2 4 2 1 5 8 5 ( 2 ) 粉 煤 灰 。选 用 华 能 珞 璜 电 厂 I型 粉 煤 灰 ， 筛余 细 度 、性能参 数 见表 2 。 表 2 粉煤灰性能参数 ( 3 ) 细 骨 料 。 试 验 所 用 沙 漠 砂 取 自塔 克 拉 玛 干 沙 漠东部 某 沙丘 0 11 0 m 砂层 。经测 定 ，本 试 验 取样 的沙 漠砂 表观 密 度 为 2 6 5 0 k g m ，堆 积 密 度 为 1 5 6 0 k g m ，空 隙 率 为 41 1 3 。对 取 样 沙 漠 砂 进 行筛 分 ，测 得 其 细 度 模 数 为 1 3 5，平 均 粒 径 为 0 2 6 5 mm，并 且 0 3 1 5 1T I n l以 下 砂 粒 所 占 比 例 超 过 6 0 ，级 配 很 差 。 所 掺 机 制 砂 细 度 模 数 为 4 2 7， 粒 径 主 要 集 中 在 1 2 53 0 0 mm 之 问 。 沙 漠 砂 、机 制 砂 的 筛 分 试 验 结 果 见 表 3。 表 3 沙漠砂与机制砂筛分试验结果 砂 种 类 妻 砂 种 ，倥 余 1模 数 5 O 5 0 2 5 0 0l 2 5 4 9 1 2 塔克拉 l _ 2 5 O 7 6 1 2 5 8 3 4 9 玛干沙 1 3 5 机 制砂 4 2 7 漠砂 O - 6 3 1 O 5 2 0 6 3 9 7 9 7 O 31 5 3 7 1 7 0 3 1 5 9 8 1 2 0 1 6 8 6 2 5 O 1 6 9 8 3 3 ( 4) 粗 骨 料 。 较 粗 的 骨 料 可 能 导 致 混 凝 土 的 离 丑 固 W a re r P o V o L 4 ， 8 析 ，试 验取 最 大粒 径 为 2 5 mm 的机 械 碎 石 。针 片 状 含 量 7 1 ，表观 密 度 2 7 8 5 k g m ，吸水 率 0 4 ， 含 泥量 0 6 7 ，压 碎指 标 为 6 5 。 ( 5) 外 加 剂 。选 用 标 准 型 聚 羧 酸 系 高 性 能 减 水 剂 ， 饱 和 掺 量 减 水 率 达 4 5 ，掺 量 按 固体 含 量 计 算 。 2 实验设计 试验 以水 灰 比为 0 4时为 例 ，主 要 考 虑 机 制 砂 与沙 漠砂 掺 混 比 、砂 率 、减 水 剂 用 量 、粉 煤 灰 掺 量 这 4个 因素 ，每个 因素 取 3个 水 平 分 别 进 行 单 因素 试 验 ，从 中得 到各 参数 的最 优取 值 。 为 便 于 对 比 分 析 ， 试 验 设 定 胶 凝 材 料 总 量 为 4 5 0 k g 1 11 ，石 子 用 量 1 2 2 0 k g 113 ，水 用 量 1 8 0 k g m 。 采 用 1 5 0 mm1 5 0 mi l l1 5 0 I n m 立 方体 试 件 ，养 护 条 件 ：温 度 2 02 ，相 对 湿 度 9 7 1 。 按 照 普 通 混凝 土力 学性 能试 验 方 法标 准 ，对混 凝 土 的坍 落度及 抗 压强度 进行 室 内试 验测定 。 2 1 沙 漠砂与 机 制砂掺 混 比对混 凝 土性 能的影 响 试 验选 定 水 胶 比 0 4、粉 煤 替 代 率 2 0 、减 水 剂 掺量 0 2 、砂 率 3 0 ，取 沙 漠 砂 与 机 制 砂 掺 混 比为 8 0 ： 2 0、6 0 ： 4 0 、4 0： 6 0三个水 平设 计配 合 比。坍 落 度及 抗压 强度 参数 测试 结果 见 表 4。 表 4掺混比对混凝土性能影晌的试 验结果 2 2 砂 率对混 凝 土性 能的 影响 试 验选 定 水 胶 比 0 4、粉 煤 灰 替 代 率 2 0 、减 水 剂 掺 量 0 2 、沙 漠 砂 与 机 制 砂 掺 混 比 6 0： 4 0， 取 砂 率为 2 0 、3 0 、4 0 三 个水 平 设 计 配合 比 。坍 落 度 及 抗 压 强 度 参 数 试 验 结 果 见 表 5 。 表 5 砂率对 混凝 土性能影 晌的试验结果 2 3减水 剂用 量对 混凝 土性 能 的影 响 试 验 选 定 水 胶 比 0 4、粉 煤 灰 替 代 率 2 0 、 砂 率 3 0 、沙漠砂 与 机 制 砂 掺 混 比 6 0： 4 0，取 减 水 剂 同 r 丰 洲， 守 ： 八 冶 I豆 1昃 7 觎 - I_盟 巴丘 狃 计 掺量 为 0 2 、0 4 、0 8 三 个 水 平设 计 配 合 比。 由于减水 剂 可 能对 混 凝 土 坍 落 度 损 失 速 度 产 生 较 大 影 响 ，设 置 1 h后 坍 落 度 对 照 组 。坍 落 度 及 抗 压 强 度指 标测 量结 果 见表 6 。 表 6 减水剂用量对混凝 土性能影响 的试验结果 2 4 粉煤灰掺量对混凝土性能的影响 试 验选 定水 胶 比 0 4、减 水剂 掺 量 0 2 、砂 率 3 0 、沙漠砂 与 机制砂 掺 混 比 6 0 ： 4 0，取粉 煤 灰替 代 率 为 1 0 、2 0 、3 0 三 个 水 平 设 计 配 合 比。坍 落 度及 抗 压强 度参 数试 验结 果见 表 7。 表 7粉煤灰掺 量对混凝土性 能影响的试验 结果 3 结论 ( 1 ) 沙 漠砂 占细 集 料 总 量 的 4 0 或 6 0 时混 凝 土坍 落 度 相 差 不 大 ，6 0 水 平 的 混 凝 土 强 度 更 大 。 沙 漠砂 比例 为 8 0 时 ，坍 落 度 较 前 面 两 种 情况 减 少 很 多 。综合 考 虑 强 度 、坍 落 度 等性 能并 从 尽 可 能充 分 利 用沙漠 砂 的角 度 出发 ，沙 漠 砂 与机 制 砂 掺 混 比 例 取 6 0： 4 0为 宜 。 ( 上接 第 9 2页) 5 磁 化试验 用 1 0 k V交流 电源 对铁 芯进 行 磁 化 ，在 铁 芯 内外 圆上均匀 布置 测温 元件 ，并 辅助 热成 像 仪 测量 定 子铁 芯温度 。试验后 按 图纸要 求 将拉 紧 螺杆 螺母 把 紧并 对 称 点焊 。彻 底清理定 子机座及 铁芯 ，将定 子 吊入机 坑 。 6 结语 枕 头坝 4号 机组 定子 组装 工艺 是可 靠 的 。具 体优 点 如 下 ： ( 1 ) 定子 机座 整体 结 构使 铁 芯 无 接缝 ，运 行 中 的 铁 芯振 动小 ，刚度 、圆度 、整体性 好 。 ( 2) 随着 砂 率 增 大 混 凝 土 强 度 有 所 降 低 ，砂 率 取 3 0 左 右 时 坍 落 度 较 好 ，过 大 或 过 小 都 会 降 低 混 凝 土坍 落 度 。 ( 3) 在 一 定 范 围 内 随 着 高 性 能 减 水 剂 的 增 加 坍 落度呈 增 大趋 势 ，强 度 也 略 微 增 大 ，但 过 量 的减 水 剂会 导致 坍落 度损 失过 快 ，掺量 取 0 2 左 右时可 将 坍 落度 及 坍落度 损 失控 制在 较好水 平 。 ( 4) 在 一 定 限 度 内 随 着 粉 煤 灰 替 代 率 的增 加 ， 混 凝 土坍 落 度 呈增 大 趋 势 ，但 强 度 有 所 降低 。在 满 足 强 度 要 求 的 基 础 上 ，用 适 量 粉 煤 灰 替 代 部 分 水 泥 可 增 大 混 凝 土 坍 落 度 ，降 低 成 本 并 减 少 水 化 热 ，对 减 少 因 温 度 应 力 导 致 的 裂 缝 有 一 定 帮 助 。 参考文献 ： 1 张 国学 ， 宋 建夏 ， 杨维武 ，等沙漠 砂对水泥砂浆和 混凝土性 能 的影响 J 宁夏大学学报 ：自然科 学版 ， 2 0 0 3， 2 4 ( 1 )： 6 3 6 5 2 张 国学 ，杨建森 腾格里沙漠砂的工程性质试验研究 J 公路 ， 2 0 0 3( 8)：1 31 1 3 4 3 A L HA R T HY A S ，H A L I M M A ，T A HA R ，e t a 1 T h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e m a d e w i t h fi n e d u n e s a n d J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 。 2 0 0 7 ( 2 1 ) ：1 8 0 3 - 1 8 0 8 4 A L H O Z A I MY A ，J A AF A R M S ，A L - N E G HE I MI S H A，e t a 1 P r o p e r - t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e u s i n g wh i t e a n d d u n e s a n d u n d e r n o r ma l a n d a u t o c l a v e d c u r in g J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 2 0 1 2， 2 7 ( 1 )： 2 1 8 - 2 2 2 5 王娜 ， 李斌 撒哈拉沙漠砂高强度 混凝土 配合 比设计及研究 J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 1 3 9 - 1 4 2 ，1 4 6 6 张翠 ，何锦云 ，吕如春特 细砂配 制低 强度混 凝 土的试 验研 究 J 河北工程大学学报 ：自然科学版 ， 2 0 1 4， 3 1 ( 1 ) ： 6 - 8 7 Z H A NG G X，S ON G J x ，Y A NG J S ，e t a 1 P e r f o r ma n c e o fm o r t a r a n d c o n c r e t e m a d e w i t h a fi n e a g g r e g a t e o f d e s e r t s a n d J B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 2 0 0 6( 1 1 )：1 4 7 8 - 1 4 8 1 8 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2普通混凝 土力学性能试验方法标准 S ( 责任编辑 焦雪梅) ( 2) 定 子 机 座 与 基 础 板 采 用 浮 动 式 结 构 可 以 很 好 的适应 定 子 的热胀 冷缩 ，避 免翘 曲变形 。 ( 3) 铁 芯螺 杆 的上端 设 的 高强 度 碟形 弹簧 可 以确 保 发 电机 长 时间运行 铁 芯不 产生 松动 。 ( 4) 双 鸽尾 键 的定 位 方 式 ，定 位 简 单 、精 度 高 ， 铁 芯 在 径 向 能 自 由 膨 胀 ，可 彻 底 解 决 铁 芯 热 变 形 引 起 的 铁 芯 与 机 座 间 热 应 力 问题 。 参考文献 ： 1 陈造 奎水力机 组 安装 与检 修 M 北京 ：中 国水 利水 电 出版 社 1 9 9 8 2S D 2 8 7 -8 8水轮发 电机定子现场装配工艺导则 S ( 责任 编辑高 瑜 ) W a P o V o L 4 1 N o 8 皿