關(guān)于特細(xì)砂混凝土力學(xué)性能及抗?jié)B試驗(yàn)的分析

文｜貴州省水利科學(xué)研究院 令疆宇丹

1 引言

2 特細(xì)砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 混凝土配置強(qiáng)度

混凝土對(duì)配置強(qiáng)度具有一定的要求，滿足強(qiáng)度條件后才能夠進(jìn)行使用，否則將會(huì)對(duì)水利工程質(zhì)量造成影響?；炷翉?qiáng)度等級(jí)用“號(hào)”進(jìn)行表示，如C40、C50 等。在水利工程中，混凝土需要承受較大的壓力，因而對(duì)混凝土的強(qiáng)度要求較高，若混凝土強(qiáng)度不符合要求，則需要重新對(duì)混凝土進(jìn)行配置，進(jìn)而造成材料的浪費(fèi)。因此，需要嚴(yán)格按照配合比對(duì)混凝土進(jìn)行配置，使混凝土具有良好的配置強(qiáng)度?；炷僚渲脧?qiáng)度需要具有95%的保證率，這樣的強(qiáng)度才能夠符合標(biāo)準(zhǔn)，使混凝土能夠順利地投入到水利工程中。混凝土強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

其中，fcu,o為強(qiáng)度等級(jí)（MPa），fcu,k為配置輕度（MPa），σ 為標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），通常取5MPa。以C40、C50 為例，對(duì)應(yīng)的配置強(qiáng)度分別為48.2MPa、58.2MPa，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的配置強(qiáng)度。

2.2 水膠比與用水量

通過(guò)水膠比可以反應(yīng)凝膠材料的用量，對(duì)混凝土強(qiáng)度具有一定的影響。水膠比與骨料種類、配置強(qiáng)度具有密切的關(guān)系，需要基于這兩者進(jìn)行計(jì)算。另外，還會(huì)受到抗壓強(qiáng)度的影響，所有水膠比（W/B）計(jì)算方法如下：

其中，αa、αb為骨料的回歸系數(shù)，取值為0.53、0.20；fb為抗壓強(qiáng)度。通過(guò)上式可知，在回歸系數(shù)、配置強(qiáng)度不變的情況下，水膠比主要受到抗壓強(qiáng)度的影響，調(diào)整抗壓強(qiáng)度是提高水灰比例的關(guān)鍵。

混凝土用水量主要由坍落度決定，通常情況下，混凝土坍落度一般在120-160mm 之間，對(duì)應(yīng)的單位用水量為215kg。同時(shí)，還會(huì)受到減水率的影響，本試驗(yàn)減水率控制在20%-25%之間。混凝土用水量計(jì)算公式如下：

其中，mw0為用水量，mw為單位用水量，δ 為減水率。當(dāng)mw＝215kg，20%≤δ≤25% 時(shí)，混凝土用水量在161-172kg 之間，取兩者的平均值167kg 作為用水量即可。

2.3 膠凝材料用量

凝膠材料可以增強(qiáng)混凝土的膠結(jié)作用，使混凝土之間能夠快速地粘合，形成良好的膠凝效果。膠凝材料需要按照一定的配比進(jìn)行添加，嚴(yán)格對(duì)摻量進(jìn)行控制，進(jìn)而形成正確的配合比。膠凝材料主要為水泥、礦物摻和料，需要通過(guò)計(jì)算的方式得到確切的用量，提高膠凝材料的摻和精度。膠凝材料用量受到水膠比的影響，用水量mho（kg/m3）可以通過(guò)計(jì)算得到，所以膠凝量mb0＝mho/(W/B)，進(jìn)而完成膠凝總量的計(jì)算。規(guī)定礦物摻合料的摻量為γ（%），則可以得到對(duì)應(yīng)的用量為γmb0。再?gòu)哪z總量中去除礦物摻合料便可以得到水泥用量，即mho-γmb0。通過(guò)上述方法，便可以完成凝膠材料用量的計(jì)算，使用量能夠得到較為準(zhǔn)確地評(píng)估，進(jìn)而保障凝膠材料配合比的合理性，使凝膠材料得到正確的使用。

2.4 含砂率及骨料用量

含砂率對(duì)混凝土性能具有較大的影響，需要做好含砂率的計(jì)算工作，確定砂石的具體摻量，保障砂石使用的合理性。含砂率由砂和石的質(zhì)量進(jìn)行求得，計(jì)算公式如下：

砂與石在本質(zhì)上并沒(méi)有區(qū)別，但在建筑工程中以粒徑對(duì)砂與石進(jìn)行規(guī)定，具體規(guī)則如下：當(dāng)粒徑≤5mm 時(shí)，則為砂；當(dāng)粒徑≥5mm 時(shí)，則為石。在混凝土配置過(guò)程中，含砂率選擇具有如下規(guī)律：第一，當(dāng)粗集料用量較多時(shí)，需要增加含砂率，形成良好的級(jí)配關(guān)系；第二，當(dāng)細(xì)沙用量較多時(shí)，為了使含水率降低，需要增加粗砂的用量。實(shí)際上，含砂率一般采用試配的方式，按照1%-2%的幅度進(jìn)行遞增，進(jìn)而得出最佳的含砂率配比。

武術(shù)對(duì)外教材內(nèi)容缺乏標(biāo)準(zhǔn)，影響海外武術(shù)習(xí)練者的學(xué)習(xí)效果。武術(shù)教學(xué)出版物是決定武術(shù)國(guó)際傳播標(biāo)準(zhǔn)化的重要內(nèi)容。武術(shù)國(guó)際傳播的標(biāo)準(zhǔn)化與武術(shù)“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施息息相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化的傳播能夠使武術(shù)走得更遠(yuǎn)，而在標(biāo)準(zhǔn)化的傳播進(jìn)程中，武術(shù)傳播者和傳播媒介占據(jù)著重要的地位。當(dāng)下，中國(guó)武術(shù)協(xié)會(huì)已出臺(tái)一系列政策，對(duì)赴外武術(shù)教師提出相關(guān)要求，并且重視赴外武術(shù)教師的崗前培訓(xùn)，以期使武術(shù)的海外傳播道路更加標(biāo)準(zhǔn)化。除此之外，中國(guó)武術(shù)協(xié)會(huì)和國(guó)際武聯(lián)應(yīng)該重點(diǎn)考慮對(duì)海外武術(shù)教師進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，讓這些教師通過(guò)繼續(xù)教育提升業(yè)務(wù)素質(zhì)，從而能夠從根本上改善武術(shù)海外教材缺乏標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，進(jìn)一步推動(dòng)武術(shù)國(guó)際傳播的標(biāo)準(zhǔn)化。

在骨料用量方面，一般采用質(zhì)量法進(jìn)行計(jì)算，含砂率Sp與粗、細(xì)集料的質(zhì)量（mg、ms）具有如下關(guān)系：

2.5 試配及配合比調(diào)整

配合比計(jì)算工作完成后，需要對(duì)混凝土進(jìn)行試配，對(duì)材料的摻量進(jìn)行調(diào)整，使特細(xì)砂混凝土具有良好的性能。在試配過(guò)程中，需要保證水膠比不變，將水膠比作為參考標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)計(jì)算。以C30 混凝土配置為例，需要對(duì)水膠比與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行確定，如圖1所示。由曲線可知，水膠比與抗壓強(qiáng)度為線性關(guān)系，在實(shí)際配置過(guò)程中，水膠比需要略大一些，使配置強(qiáng)度能夠得到保證。

圖1 C30 混凝土水膠比與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

本試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算C30 混凝土對(duì)應(yīng)的水膠比為0.48，需要通過(guò)上述公式，圍繞該數(shù)據(jù)對(duì)用水量、骨料用量等進(jìn)行計(jì)算，使混凝土配合比能夠得到確定。在試配過(guò)程，需要根據(jù)理論值對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，最終得到的混凝土配合比見(jiàn)表1所示。

表1 C30 混凝土配合比

3 特細(xì)砂混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

3.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)為立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將C30 混凝土進(jìn)行制樣，制作成200mm×200mm×200mm 的立方體，將其作為試樣進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：試樣制作完成后，通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)混凝土立方體進(jìn)行持續(xù)加壓，加壓速率為0.4MPa/s。由試驗(yàn)機(jī)對(duì)受力情況進(jìn)行記錄，直至立方體遭到破壞后停止記錄，標(biāo)志著試驗(yàn)過(guò)程結(jié)束。特細(xì)砂含量對(duì)抗壓強(qiáng)度具有一定的影響，需要對(duì)特細(xì)砂含量與強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行分析，采用特細(xì)砂含量為15%、30%、45%的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，采用上述試驗(yàn)方法進(jìn)行壓力測(cè)試，得到壓力極限值分別為3.5MPa、2.2MPa、1.5MPa。上述數(shù)據(jù)表明，特細(xì)砂含量越高，混凝土的壓力極限值就越小，不利于混凝土抗壓強(qiáng)度的提升。因此，將特細(xì)砂的含量控制為15%較為合適。

3.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)為劈裂抗拉試驗(yàn)，用于對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，采用C30 混凝土進(jìn)行制樣，制作成120mm×120mm×120mm的立方體，試驗(yàn)流程如下：將試樣置于承壓板中心進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)立方體中心進(jìn)行加壓，同時(shí)需要對(duì)加壓速率進(jìn)行控制，采用0.06MPa 的速率進(jìn)行加壓，對(duì)立方體的破壞荷載進(jìn)行記錄。特細(xì)砂含量對(duì)抗拉強(qiáng)度具有一定的影響，需要通過(guò)試驗(yàn)的方式進(jìn)行分析，采用特細(xì)砂含量為15%、30%、45%的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)上述方式對(duì)抗拉極限值進(jìn)行測(cè)試，得到抗拉極限值分別如下：3.8MPa、2.1MPa、1.6MPa。抗拉強(qiáng)度隨著特細(xì)砂含量的增加而增加，特細(xì)砂含量為15%是抗拉強(qiáng)度最大。特細(xì)砂屬于細(xì)骨料，有助于顆粒間的接觸，使混凝土的抗拉強(qiáng)度能夠增加，因而特細(xì)砂有助于抗拉強(qiáng)度的提升。

3.3 彈性模量試驗(yàn)

本試驗(yàn)需要在靜壓條件下進(jìn)行，對(duì)混凝土的彈性模量進(jìn)行測(cè)試，采用C30 混凝土進(jìn)行制樣，制作成200mm×200mm×300mm 的長(zhǎng)方體，試驗(yàn)流程如下：將試樣置于承壓板上，在混凝土中心處逐漸增加壓力，對(duì)彈性模量進(jìn)行測(cè)試。壓力增加速率為0.05MPa，每個(gè)壓力值需要保持30s，使彈性模量穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)試，保障測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)程度。在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)變形量超出20%平均水平時(shí)，需要重新進(jìn)行試驗(yàn)，判斷是否是由于測(cè)量不準(zhǔn)造成的。特細(xì)砂含量對(duì)彈性模量的影響試驗(yàn)如下：采用特細(xì)砂含量為0%、15%、30%、45%的試樣進(jìn)行測(cè)量，對(duì)彈性模量的最大值進(jìn)行測(cè)試，得到對(duì)應(yīng)的數(shù)值 如 下：41.35GPa、43.49GPa、42.75GPa、42.02GPa。由此可見(jiàn)，特細(xì)砂含量為15%時(shí)，混凝土的彈性模量最大，具有良好的彈性恢復(fù)能力。

3.4 收縮性能試驗(yàn)

混凝土在使用過(guò)程中具有收縮現(xiàn)象，一旦收縮量過(guò)大，混凝土將會(huì)難以恢復(fù)，甚至產(chǎn)生開(kāi)裂問(wèn)題，對(duì)混凝土施工質(zhì)量造成影響。采用C30 混凝土進(jìn)行制樣，制作成100mm×100mm×500mm 的長(zhǎng)方形，通過(guò)收縮變形測(cè)定儀進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)混凝土的收縮性能進(jìn)行測(cè)試。收縮性能試驗(yàn)步驟如下：在常溫下對(duì)試件的正常收縮情況進(jìn)行測(cè)試，采用手動(dòng)振搗方式使試件成型，對(duì)試件的形變情況進(jìn)行測(cè)試。形變量需要通過(guò)測(cè)定儀進(jìn)行讀數(shù)，分別對(duì)初凝與成型兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)試件的收縮性進(jìn)行檢驗(yàn)。采用特細(xì)砂含量為15%、30%、45%的試樣進(jìn)行測(cè)量，對(duì)應(yīng)的收縮變化率分別為75.3%、92.5%、119.7%。在收縮變化方面，特細(xì)砂含量為30%時(shí)，收縮變化較為正常，試件收縮后能夠進(jìn)行恢復(fù)，可以保障混凝土的收縮性能。

4 特細(xì)砂混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)

4.1 含砂率對(duì)抗?jié)B性能影響

含砂率對(duì)抗?jié)B性能具有一定的影響，需要采用試驗(yàn)的方式對(duì)兩者的影響進(jìn)行探究。在試驗(yàn)條件方面，采用水膠比為0.48的C30 混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)含砂率與抗?jié)B性能的關(guān)系進(jìn)行分析?？?jié)B性能可由滲透系數(shù)進(jìn)行量化，這樣便可以準(zhǔn)確地對(duì)抗?jié)B性能進(jìn)行分析。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，可以得到含砂率與滲透系數(shù)之間的關(guān)系如圖2所示。從整體效果來(lái)看，滲透系數(shù)隨著含砂率的增加而減少，并且減少幅度逐漸下降。從含砂率17%至21%，含砂率對(duì)滲透系數(shù)的影響較大，而含砂率大于21%之后，滲透系數(shù)基本趨于穩(wěn)定，下降幅度不再明顯。滲透系數(shù)與抗?jié)B性能呈現(xiàn)反比關(guān)系，抗?jié)B系數(shù)越小，抗?jié)B性能越強(qiáng)。由此可見(jiàn)，最佳含砂率為21%，此時(shí)混凝土具有良好的抗?jié)B性能，能夠降低水分的滲透作用。

圖2 含砂率與滲透系數(shù)關(guān)系曲線

4.2 粉煤灰摻量對(duì)抗?jié)B性能影響

粉煤灰摻量同樣會(huì)對(duì)滲透性造成影響，為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要通過(guò)試驗(yàn)的方式進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，可以得到如圖3所示的關(guān)系曲線。從整體效果來(lái)看，隨著粉煤灰摻量的增加，滲透系數(shù)先減小、后增大。在這種情況下，滲透系數(shù)便存在最小值問(wèn)題，同時(shí)在該處混凝土的抗?jié)B性能最強(qiáng)。當(dāng)粉煤灰摻量為20%，抗?jié)B系數(shù)最??；當(dāng)粉煤灰含量為15%、25%時(shí)，抗?jié)B系數(shù)基本相同，并且曲線呈現(xiàn)近似對(duì)稱。由此可見(jiàn)，在對(duì)粉煤灰摻量進(jìn)行選擇時(shí)，為了降低材料的消耗，需要在15%-20%之間進(jìn)行選擇，這樣可以有效地對(duì)粉煤灰的用量進(jìn)行限制，有助于混凝土成本的節(jié)約，并且保障混凝土的抗?jié)B性能。

圖3 粉煤灰含量與滲透系數(shù)關(guān)系曲線

4.3 滲水性能試驗(yàn)結(jié)果分析

為了進(jìn)一步對(duì)混凝土滲透性能進(jìn)行分析，需要進(jìn)行滲透深度試驗(yàn)，確定水分對(duì)混凝土的實(shí)際影響，保障混凝土具有較強(qiáng)的抗?jié)B能力。采用特細(xì)砂含量為15%、30%、45%的混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，試樣規(guī)格為100mm×100mm×200mm。將制樣置于盛水容器中，靜置24h。然后，需要水分滲透深度進(jìn)行測(cè)試，對(duì)混凝土的滲透性能進(jìn)行分析。采用Minitab 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使混凝土滲透情況能夠得到對(duì)比。經(jīng)過(guò)測(cè)試，對(duì)應(yīng)的滲透深度分別為10mm、8mm、5mm，特細(xì)砂含量越高，混凝土對(duì)應(yīng)的空隙越小，滲水抗性越強(qiáng)。滲透深度越小，說(shuō)明混凝土對(duì)水分的阻礙作用越強(qiáng)，將其應(yīng)用在水利工程中越有利，能夠?yàn)樗こ痰目節(jié)B能力提供重要保障。由此可見(jiàn)，特細(xì)砂含量為15%時(shí)，混凝土的滲透性能最強(qiáng)，進(jìn)而使混凝土具有良好的抗?jié)B性能。

5 結(jié)論

綜上所述，特細(xì)砂混凝土對(duì)配合比具有較高的要求，一旦配合比不合理，將會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度造成影響，導(dǎo)致混凝土無(wú)法進(jìn)行使用。在水利工程施工前，需要對(duì)混凝土的性能進(jìn)行分析，使混凝土的強(qiáng)度能夠得到保障，防止混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷。同時(shí)，還需要具有較強(qiáng)的抗?jié)B性能，降低水域環(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕，保障混凝土符合水利工程施工的特點(diǎn)。