粉砂巖制砂取代河砂對砼強(qiáng)度的影響研究及意義

樓鮮葒 孔存書 楊世勇 劉和鑫

摘要：由于河砂禁采，被山砂取代。近年來，湖南對地質(zhì)災(zāi)害防治工程投入大，抗滑樁是主要措施之一。因?yàn)?zāi)害點(diǎn)比較偏僻，混凝土多采用現(xiàn)場攪拌的方式，取代河砂的是山砂。瀏陽高坪滑坡治理中抗滑樁垮孔事故，是對粉砂制砂取代河砂對砼抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究的原因。實(shí)驗(yàn)室將一組單一變量的標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行3天、7天、28天的抗壓強(qiáng)度比對測試，從而得出粉砂制砂不可取代河砂的結(jié)論，從而給湖南治理工程抗滑樁材料的選用起指導(dǎo)和警示作用。

Abstract： Because river sand is banned from mining， it is replaced by mountain sand. In recent years， Hunan Province has invested a lot in geological disaster prevention project， and anti-slide pile is one of the main measures. Because of the remoteness of the disaster site， concrete is often used in the way of site mixing， instead of river sand is mountain sand. The caving accident of anti-slide pile during the treatment of Gaoping landslide in Liuyang is the reason to study the influence of silt-sand making on the compressive strength of concrete instead of river sand. By comparing the compressive strength of a group of standard test blocks with a single variable for 3 days， 7 days and 28 days， it is concluded that silty sand making can not replace river sand， which will play a guiding and warning role in the selection of anti-slide pile materials for Hunan governance project.

關(guān)鍵詞：粉砂巖制砂;取代河砂;砼強(qiáng)度比對試驗(yàn);結(jié)論

Key words： siltstone sand making;instead of river sand;concrete strength comparison test;conclusion

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0126-03

0? 引言

瀏陽高坪沿甸村坳上組滑坡地處瀏陽市高坪鎮(zhèn)沿甸村坳上組，主要威脅對象為滑坡體坡體上及下方坳上組居民及房屋，共計(jì)威脅15戶77人，民房33棟，潛在經(jīng)濟(jì)損失約300萬。

為保護(hù)滑坡下方村民的生命財產(chǎn)安全，財政出資對滑坡體進(jìn)行治理。結(jié)合治理工程目標(biāo)和原則、區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃，擬對滑坡采用抗滑樁、擋土墻、截排水工程等支護(hù)形式。

抗滑樁共計(jì)11根，規(guī)格為1.0m×1.5m，樁長15.0m，樁間距4.0m，坡頂設(shè)置截水溝?？够瑯蹲o(hù)壁設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30。

由于當(dāng)?shù)孛耧L(fēng)彪悍，外地施工隊(duì)伍無法進(jìn)入，施工現(xiàn)場大部分人是沒有質(zhì)量意識的農(nóng)民工，現(xiàn)場管理人員也由所謂的村干部擔(dān)任。

因河砂匱乏加之成本很高，為節(jié)省成本又省事，現(xiàn)場管理人員決定就地取材，用粉砂敲碎代替河砂甚至粗骨料拌和混凝土。

在抗滑樁開挖過程中，11根樁有8根樁出現(xiàn)垮孔，有2個樁孔軟弱面上有較大滲水，致施工暫停，也因此向我單位（資質(zhì)單位）求助。我單位先后派出多名技術(shù)員到現(xiàn)場，找不到問題所在。

1? 垮孔原因查找

關(guān)于抗滑樁護(hù)壁施工，質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求：每一節(jié)的施工深度為1m，完成挖土后，應(yīng)立即進(jìn)行護(hù)壁混凝土支護(hù)，當(dāng)遇流砂或涌土?xí)r，每節(jié)深度減至0.3-0.5m，并隨挖隨澆護(hù)壁混凝土;在透水層區(qū)段的護(hù)壁預(yù)留泄水孔，澆注前堵塞，護(hù)壁混凝土摻加早強(qiáng)劑，以縮短脫膜時間。

本項(xiàng)目抗滑樁施工中，每一節(jié)開挖深度控制在1m，軟弱面上有較大滲水的樁孔，開挖深度已調(diào)整至0.5m并及時澆筑護(hù)壁砼，可是為什么還是普遍出現(xiàn)垮孔現(xiàn)象呢？

筆者親自前往工地查找問題。檢查發(fā)現(xiàn)，已修筑的抗滑擋土墻砌筑用的砂漿的顏色不正常，懷疑材料有問題，隨后找到砂漿、混凝土拌和現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)細(xì)骨料全為搗碎的粉砂巖。附混凝土材料拌和現(xiàn)場照片：見圖1。

隨即取樣送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行顆分、含泥量（泥粉含量）的測試。

湖南XXX工程質(zhì)量檢測公司對樣品進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表1。

而GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》規(guī)定：見表2和表3。

說明：機(jī)制砂MB值≤1.4或快速法試驗(yàn)合格時，石粉含量和泥塊含量應(yīng)符合表4的規(guī)定，

機(jī)制砂MB值>1.4或快速法試驗(yàn)不合格時，石粉含量和泥塊含量應(yīng)符合表5的規(guī)定。

從表3可以看出，天然砂的含泥量不得大于5%，機(jī)制砂的石粉含量不得大于10%，泥塊含量不得大于2%，而根據(jù)施工現(xiàn)場取回的樣品檢測結(jié)果，含泥量（石粉含量）達(dá)到22.5%，嚴(yán)重超標(biāo)。

GB-T14684-2011還規(guī)定，砂的主要礦物成分應(yīng)為石英和長石，而現(xiàn)場所用砂為紫紅色粉砂巖類粉碎而成，砂巖類為軟質(zhì)巖石，主要成分為泥質(zhì)，遇水易軟化。當(dāng)其作為混凝土骨料時，就會對混凝土本身的性能產(chǎn)生不可忽視的影響。

2? 粉砂巖制砂取代河砂制砼對砼強(qiáng)度的影響程度研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了進(jìn)一步研究粉砂巖制砂取代河砂制砼對砼強(qiáng)度的影響程度，筆者采集了與現(xiàn)場制砂用的粉砂巖巖性一致的巖塊，同時購買了水泥、粗骨料、河砂等材料送到實(shí)驗(yàn)室，在水泥、粗骨料不變等的情況下，細(xì)骨料分別采用河砂和粉砂巖制砂制作若干組150*150*150mm抗壓試塊，制作、養(yǎng)護(hù)、試壓過程完全按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2016進(jìn)行，然后測試3d、7d、28d的抗壓強(qiáng)度。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.2.1 C20混凝土配合比設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)強(qiáng)度fcu.k=20MPa，坍落度140-180mm。強(qiáng)度保證率為95%，強(qiáng)度保證系數(shù)t=1.645，標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=4。采用機(jī)械攪拌。

材料說明：

水泥：采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求;砂（細(xì)骨料）：選用湘潭市湘江砂場的河砂;碎石（粗骨料）：選用湘鄉(xiāng)市棋梓鎮(zhèn)澤江石場5-10mm、10-19mm、19-31.5mm的單級配碎石，摻配比例：5-10mm占20%，10-19mm占50%，19-31.5mm占30%;水：符合混凝土用水要求。

2.2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟

2.2.2.1 初步配合比設(shè)計(jì)步驟

①確定試配強(qiáng)度：fcu.o=fcu.k+t×σ=20+1.645×4=26.6MPa;

②計(jì)算水膠比：W/B=aa×fce/（fcu.o+αa×αb×fce）=（0.53×42.5）/（26.6+0.53×0.20×42.5）=0.72（式中：αa=0.53、αb=0.20、fce=γc·fce.g=42.5）（根據(jù)規(guī)范規(guī)定最大水膠比不宜大于0.60，選用基準(zhǔn)水膠比為0.56）;

③選定用水量：碎石最大粒徑31.5mm。坍落度在140-180mm，查表得用水量mwo=210㎏;

④計(jì)算水泥用量：mco=mwo/（W/B）=210/0.56=375㎏;

⑤確定砂率：根據(jù)水下混凝土要求，選定砂率βs=39%;

⑥確定粗集料用量（假定混凝土容重為2400㎏/m3）：

mco+mso+mGO+mwo=2400

mso/（mso+mGO）=39%

解此方程組得：mso=708㎏，mGO=1107㎏

⑦確定初步配合比：

水泥：細(xì)集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.2 試拌并確定基準(zhǔn)配合比

按照初步配合比進(jìn)行試拌，當(dāng)用水量為210㎏，W/B=0.55，βs=39%時，坍落度為170mm，且粘聚性、保水性都較好，滿足施工和易性的要求。實(shí)測混凝土表觀密度為ρ=2380㎏/m3，（2400-2380）÷2400=0.8%<2%，故不需要調(diào)整。

基準(zhǔn)配合比為：

水泥：細(xì)集料：粗集料：水=375：708：1107：210

2.2.2.3? 確定試驗(yàn)室配合比

①用水量不變，水膠比降低0.03，砂率為39%，W/B=0.53各材料用量如下：

水泥：細(xì)集料：粗集料：水=396：700：1094：210

經(jīng)試拌調(diào)整，其坍落度和其他工作性均能滿足規(guī)范及施工要求。

②用水量不變，水膠比增加0.03，砂率為39%，W/B=0.59各材料用量如下：

水泥：細(xì)集料：粗集料：水=356：715：1119：210

經(jīng)試拌調(diào)整，其坍落度和其他工作性均能滿足規(guī)范及施工要求。

2.2.2.4 確定配合比

根據(jù)三個水膠比28天的抗壓強(qiáng)度，繪制膠水比-強(qiáng)度曲線圖，見圖2。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)C20砼采用原基準(zhǔn)配合比，即水膠比W/B為0.56。基準(zhǔn)配合比為：水泥：細(xì)集料：粗集料：水=375：708：1107：210=1.00：1.89：2.95：0.56。

2.2.3 河砂與粉砂巖制砂C20混凝土抗壓強(qiáng)度比對試驗(yàn)

①砼試塊制備現(xiàn)場照片見圖3。

②砼試塊試壓現(xiàn)場照片，見圖4。

③按照上述配合比進(jìn)行混凝土拌合并養(yǎng)護(hù)后抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表4。

④混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長曲線，見圖5。

⑤河砂與粉砂巖制砂C20混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)解析。

從曲線圖可以看出：河砂混凝土前7d抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加強(qiáng)度呈直線上升，7d強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的142.4%，而粉砂巖制砂混凝土3d抗壓強(qiáng)度即已基本達(dá)到峰值，但只有設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，3-28d的強(qiáng)度變化不明顯。

3? 結(jié)論

①混凝土細(xì)骨料中的含泥量（泥粉含量）對混凝土拌合物的性能沒有太大的影響但對混凝土的強(qiáng)度影響很大;如果含泥量（泥粉含量）過高，會嚴(yán)重影響混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度。②粉砂巖制砂混凝土強(qiáng)度隨著齡期的增加強(qiáng)度增加不明顯，說明耐久性差，從而容易引發(fā)質(zhì)量事故。③粉砂巖制砂取代河砂制砼不可取代。

4? 意義

為了解決天然砂資源逐步減少甚至無天然砂可用的情況，湖南目前正在進(jìn)行全省范圍內(nèi)的砂石礦勘查，本工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果將對砂石礦勘查和抗滑樁材料選擇起到很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]瀏陽市高坪鎮(zhèn)沿甸村坳上組滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工圖設(shè)計(jì)文件.

[2]GB/T14684-2011，建設(shè)用砂[S].

[3]GB/T50080-2016，普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

作者簡介：樓鮮葒（1965-），女，浙江浦江人，本科，水工環(huán)地質(zhì)高級工程師，從事巖土工程勘察、水文地質(zhì)勘察、地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查、設(shè)計(jì)、施工等工作。