人工砂泵送混凝土配合比的试验研究

曲小琴

（山西省水利水电科学研究院 山西太原030002）

1 试验目的

水利工程中如水库大坝等一些较大的水工构筑物通常多为大体积混凝土，砂子作为混凝土基本材料之一，在水工混凝土中的使用量通常很大。由于近十多年来天然砂的过度开发使用，导致天然砂资源的逐年减少，其供需之间矛盾日益突出。为了应对和缓解天然砂资源供应紧张的矛盾，近年来在水利工程当中，已开始逐步将人工砂作为水工混凝土中的细骨料加以应用。

人工砂是指在生产粗骨料碎石过程中，在筛取5 mm以上的碎石后，筛漏下的5 mm以下的石粉，早先是作为弃料。目前采用人工砂作为混凝土工程细骨料使用，既能有效利用人工砂本身的特性，来满足混凝土的结构功能的要求，还可以降低工程成本，能达到节约和有效利用资源的目的，具有很现实的意义；当然由于人工砂中的石粉含量较高，作为建筑材料在工程当中的使用也是有一定条件限制的。

本项试验，采用人工砂作为泵送混凝土中的细骨料进行试验，主要是在配置低强度水工泵送混凝土配合比方面进行了一些初步的研究和尝试；试验研究主要包括混凝土原材料的物理力学性能、泵送混凝土的拌和性能及力学性能等方面的内容；本项试验的混凝土设计强度等级确定为C20，粗骨料级配为二级配，粗骨料最大粒径为40 mm，坍落度范围为12～18 cm。

2 试验依据

本项试验选用混凝土类型为人工砂泵送混凝土，试验参考的主要依据为《水工混凝土试验规程SL352-2006》，其他参照的试验依据分别为《通用硅酸盐水泥GB175-207》、《混凝土泵送技术规范JGJT10-2011》和《水工混凝土施工规范DLT5144-2001》等。

3 原材料检测

试验所用的主要原材料如下：水泥采用普通硅酸盐水泥P.O 42.5（潞州牌），粉煤灰采用漳泽电厂生产的粉煤灰（II级），粗骨料采用当地碎石（二级配），细骨料采用沁源县当地人工砂，人工砂泵送混凝土外加剂采用了河北泵送混凝土外加剂厂生产的DH3G型减水剂，各原材料检测结果详见表1～表7。

3.1 水泥

试验采用水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5，华润水泥有限公司生产（潞州牌），依据《通用硅酸盐水泥》GB175-207进行检测，水泥的检验结果符合标准要求。水泥的各项检验结果详见表1。

表1 普通P.O42.5水泥的检验结果

3.2 粉煤灰

试验采用的粉煤灰为漳泽电厂生产的粉煤灰，所检项目的检验结果符合Ⅱ级要求，其检验结果详见表2。

表2 粉煤灰的检验结果

3.3 细骨料

试验采用的细骨料为沁源县当地生产的人工砂。砂的物理性能检验结果和颗粒级配检验结果见表3、表4，砂的筛分曲线见图1。

表3 细骨料的物理性能检验结果

表4 细骨料的颗粒级配检验结果

图1 砂的筛分曲线

3.4 粗骨料

试验采用的粗骨料采用二级配碎石，为沁源县当地生产，粒径级分别为5～20 mm、20～40 mm级配。各项检验结果详见表5～表 7。

表5 5～20 mm级配粗骨料检验结果

表6 20～40 mm级配粗骨料检验结果

3.5 人工砂泵送混凝土的外加剂

混凝土外加剂选择河北省混凝土外加剂厂生产的DH3G型高效减水剂，掺量通过试验确定。

4 人工砂泵送混凝土配合比设计

4.1 人工砂泵送混凝土配合比的基本参数

首先确定混凝土的设计强度等级为C20，粗骨料级配为5～20 mm、20～40 mm二级配，粗骨料最大粒径为40 mm，坍落度范围12～18 cm。

其次计算人工砂泵送混凝土的基本配制强度。依据《水工混凝土试验规程SL352-2006》，人工砂泵送混凝土的基本配制强度公式为：

式中fcu,0—混凝土的配制强度值，MPa；

fcu,k—混凝土设计龄期的抗压强度值，MPa；

t —混凝土强度设计保证率系数值，%；

σ —混凝土抗压强度的标准差值，MPa。

选择混凝土强度设计保证率值为95%，保证率系数t取值1.645，混凝土抗压强度标准差σ依据《水工泵送混凝土试验规程（SL352-2006）》附录A表取值，初步确定人工砂泵送混凝土配合比的基本试验参数范围，配合比的基本试验参数范围见表8。

4.2 人工砂泵送混凝土配合比的试验结果

人工砂泵送混凝土配合比的拌和性能试验及力学性能试验结果见表9。

表7 粗骨料物理力学性能检验结果

表8 人工砂泵送混凝土配合比的基本试验参数

表9 人工砂泵送混凝土的拌和试验及力学性能试验结果

5 推荐的人工砂泵送混凝土配合比

依据施工要求和试验规程，并比对分析人工砂泵送混凝土原材料检测结果和混凝土配合比的试验结果，提出推荐的人工砂泵送混凝土配合比及基本参数见表10。

表10 推荐的人工砂泵送混凝土配合比

6 结语

在工程当中特别是在大中型的水利工程中，需要的混凝土方量通常较大，如果采用人工砂作为细骨料使用，既可以减少堆积占地，还能有效利用人工砂本身的特性，来满足混凝土的结构功能的要求，以达到节约和有效利用资源的目的，具有很现实的意义。

1）在试验中注意到人工砂泵送混凝土的用水量较普通泵送混凝土的用水量偏大，应根据需要进行及时调整，针对能够满足和提高泵送混凝土的各项性能而言，一般宜采用高效减水剂或高性能减水剂。

2）其次，对于水工混凝土而言，依据试验规程，其试验用砂、石均为饱和面干状态，在工地现场可以根据实际情况对混凝土的拌和用水量进行合理调整，来满足泵送混凝土的拌和性能和其他性能要求。

3）通过对人工砂泵送混凝土的试验，注意到其混凝土的抗压强度值满足泵送混凝土的性能要求，且其抗压强度值还比一般普通泵送混凝土的抗压强度值略高；其次，在每立方米混凝土中的水泥用量比普通泵送混凝土可降低30～40 kg/m3的水泥用量；此外，特别是对于大体积混凝土，还能合理利用作为弃料的人工砂，在降低成本、节约造价等方面更为经济合理。