特細砂混凝土

一、特細砂混凝土的配制原則
　　 砂子細度模數在 0.7 ～ 1.5 之間的砂稱為特細砂。這種砂的特點是比表面積大 (90 ～ 120cm 2 /g) ，孔隙率大 (43 ％～ 55 ％ ) ，含泥量較中砂略高 (0.4 ％～ 8.5 ％ ) ，用這種砂配制的混凝土稱為特細砂混凝土。
　　 參照行業標準 JGJ5 2 － 92 《普通混混凝土用砂質量標準及檢驗方法》對開封特細砂進行檢測，試驗數據如下：開封特細砂的表觀密度 2620 ～ 2650kg /m 3 ，堆積密度 1340 ～ 1400 kg /m 3 ，含泥量 1 ％～ 3 ％，細度模數 1.0 ～ 1.5 。根據《特細砂混凝土配制及應用規程》 (BJGl9 — 65) 的規定，用來配制特細砂混凝土的砂，其細度模數不得小于 0.7 ，且通過 0.16 毫米篩的量不得大于 30 ％，或者平均粒徑不得小于 0.16 毫米。配制強度等級為 C25 或 C30 混凝土時，宜采用細度模數等于或大于 0.9 且通過 0.16 毫米 篩的量不大于 15 ％，或平均粒徑大于 0.18 毫米的砂。特細砂混凝土中砂的允許含泥量，一般按照粗、中砂的規定，并不得含有泥團。特細砂混凝土的強度與粗、中砂混凝土相似，主要取決于水灰比；但用砂量 ( 砂率或砂漿剩余系數 ) 必須低于中砂混凝土；砂愈細，用砂量應愈少，以滿足提高強度、改善性能及節約水泥的要求，特細砂混凝土宜配制低流動性混凝上。

1 、低砂率原則
　　 配制特細砂混凝土，如果套用中砂混凝土的砂率，不僅水泥用量增多，而且混凝土強度不易提高，收縮也會增大，混凝土裂縫會增加。在混凝土中，砂漿的強度隨水泥漿膜厚度增加而增加，水泥漿膜厚度隨水泥漿量增加而增加、隨砂子總表面積的增加而減少。由于特細砂砂粒小，砂漿包裹厚度相對薄一些，在石子粒徑和空隙率固定情況下，適當增大石子的用量，減少砂漿用量，可以使骨架堅固，節約水泥，減少收縮，避免混凝土早期裂縫的產生。所以特細砂混凝土必須采用低砂率，其砂率應比《普通混凝土配合比設計規程》 (JGJ55 — 2000) 中，中砂的砂率低 5 ％～ 8 ％。

2 、低流動性原則
　　 特細砂混凝土拌合物中砂漿用量較小，為了增加其流動性，就必須多用水泥漿，導致水泥用量的提高或提高水泥強度等級，這對經濟和技術性能均不利，所以特細砂混凝土應采用低流動性，坍落度—般控制在 30 ± 10mm 。

3 、低水泥用量
　　 水泥用量是與經濟技術有關的問題。由于特細砂比表面積大，為達到同—稠度，需要較粗、中砂更多的用水，相應泥用量增加。但是增加用水量只是增加混凝土和易性的一種措施，采用低砂率，調整骨料級配等，同時摻加粉煤灰，充分利用粉煤灰的形態效應、火山灰效應和微集料效應來改善混凝土和易性和密實性，可達到降低水泥用量的目的。

二、特細砂混凝土物理特性研究
1 、砂率對強度的影響
　　 砂率是影響特細砂混凝土性能的最主要因素。砂率的合適與否將對混凝土的強度和用水量產生較大影響。表 1 為特細砂砂率對混凝土強度影響的試驗結果。可見，特細砂混凝土的強度對砂率的敏感度比較大，所以，在特細砂混凝土配合比設計中應特別注重最佳砂率的選擇試驗。

2 、特細砂混凝土坍落度與需水量關系
　　 特細砂混凝土的坍落度與需水量的關系有別于中粗砂混凝土，采用細度模數 1.0 的開封特細砂、水灰比 0.55 、二級配粗骨料配制混凝土拌合物。不同的用水量情況下測得混凝土的坍落度如表 2 所示。可見，坍落度每增加 1.5 cm ，單位需水量約增加 10kg ，為中粗砂混凝土的 2 倍。相應地，坍落度每增加—個等級，水泥用量約增加 20kg 。

表 1 特細砂砂率對混凝土強度的影響

注：特細砂細度模數 1.0 ，二級配，水灰比 w/c 相同，水泥用量 300kg /m 3 。

表 2 特細砂混凝土坍落度與需水量關系

表 3 特細砂含泥量對混凝土力學性能的影響

3 、特細砂的含泥量對混凝土性能的影響

　　為研究特細砂中含泥量對混凝土性能的影響，在特細砂中摻入不同比例的黏土，利用 42.5 級普通硅酸鹽水泥，在水泥用量、用水量、水灰比、砂率、骨料最大粒徑、混凝土理論容重、拌制方法均相同的條件下，拌制 C20 混凝土。對比試驗結果見表 3 。據表 3 的試驗結果分析如下：
(1) 砂的含泥量對混凝土坍落度的影響 含泥量對特細砂混凝土坍落度的影響有著較明顯的規律性，隨著特細砂含泥量增大混凝土的坍落度減小。因為泥的顆粒比特細砂的顆粒更細，含泥量增人將導致混凝土的用水量增加。用水量不變的情況下含泥量增大，混凝土的坍落度必然減小。根據回歸計算，若要使混凝土的坍落度不小于 3.0cm ，在前述條件不變的前提下，則砂的含泥量不能大于 7.8 ％。
(2) 砂的含泥量對混凝土抗壓強度的影響 砂的含泥量對混凝土早期強度影響不明顯，混凝土后期抗壓強度隨砂的含泥量增大而降低。這是因為，砂粒表面的含泥會減弱水泥與砂粒的粘結力，增加骨料的比表面積，消耗更多的水泥，如果水泥用量不變，必然導致混凝土強度降低。

三、特細砂混凝土配合比的設計
　　 水泥采用新鄉水泥廠生產的 42.5 級普通硅酸鹽水泥，其 28 天平均抗壓強度為 48.37MPa ，平均抗折強度達 8.13MPa ，其它技術指標符合要求；細骨料采用開封產特細砂：粗骨料為新鄉產碎石，使用二級級配， 10mm ～ 20mm 比例為 80 ％， 5mm ～ 10mm 比例為 20 ％；水為自來水。

1 、特細砂混凝土配合比的設計
　　 按照《普通混凝土配合比設計規程》 (JGJ 55 — 2000) 進行 C20 、 C25 、 C30 、 C35 、 C40 特細砂混凝土配合比設計。通過和易性試驗和強度校核確定出滿足和易性和強度要求的特細砂混凝土試驗室配合比。配合比及強度試驗結果見表 4 。
　　 由表 4 可以看出，不同水灰比的普通特細砂混凝土的立方體抗壓強度均符合設計要求。資料表明，灰水比 (C/w) 與混凝土的配制強度之間的線性關系可用下面的經驗公式表示： f cu =A · f ce · (C/W — B) ，其中， f cu 為混凝土 28d 立方體抗壓強度， MPa ； f ce 為泥 28d 抗壓強度實測值， MPa ； A 、 B 為回歸系數，與集料品種、水泥品種等因素有關。
　　 根據表 4 數據，建立灰水比與混凝土強度關系的回歸方程 f cu = 20.04C /W 一 7.612 ，相關系數 R 2 =0.963 ，符合程度較好，再根據經驗公式，求得 A 和 B 值： A=0.4143 ， B=0.3798 。
　　 從配合比試驗和試驗結果分析可以得出，使用特細砂作為細骨料拌制普通混凝上，其混凝土拌合物性能和硬化后混凝土的力學性能都符合規范要求。

2 、特細砂混凝土的設計與施工要點
(1) 原材料選擇 粗骨料采用碎石粒徑 D=20 ～ 40mm ，含泥量小于 8 ％，細骨料采用當地產特細砂，細度模數為 1.0 ～ 1.5 ，含泥量小于 8 ％：水泥采用新鄉水泥廠 42.5 級普通硅酸鹽水泥，其各項物理力學指標滿足規范要求；水為飲用水， pH=7.0 。

表 4 特細砂混凝土配合比試驗結果表

(2) 配合比 配合比的設計合理與否直接影響混凝土的和易性和強度。根據混凝土的設計強度等級，參考普通混凝土的配合比設計方法。在特細砂混凝土配合比的設計中，必須嚴格控制砂率，根據實驗，砂率比中砂混凝土的砂率低 5 ％～ 8 ％，水灰比不得大于 0.6 ，混凝土水泥用量約為普通混凝土水泥用量的 1 ． 06 倍。(3) 施工要點 在特細砂混凝土施工中，混凝土的拌和采用機械攪拌，且拌和時間不得低于 150s ，以利于水泥與細砂表面充分結合，避免拌和不均細砂成團造成澆筑后的混凝土局部強度偏低；嚴格控制混凝土的坍落度和單位用水量，因特細砂混凝土較普通混凝土更易離析，如用水過量將導致坍落度大，不僅造成混凝土的離析，同時也降低了混凝土的強度；特細砂混凝土施工應盡量縮短運距，最好現場澆筑。

四、結語
　　 試驗研究表明，使用開封特細砂配制混凝土在技術上是可行的。特細砂混凝土配合比設計采用低砂率、低流動性、低水泥用量，能明顯改善混凝土的物理力學性能、變形性能和經濟性。砂率對強度的影響較大，最佳砂率可有效改善混凝土的性能，提高混凝土的強度。由于特細砂比表面積大，需水量也大，必須采用低流動性來減少用水量。
　　 黃河流域有著豐富的特細砂資源，用黃河特細砂配制混凝土，不僅節約大量的建設成本，而且保護了生態環境，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益。