细砂混凝土

1. 细砂混凝土 2007年5月

2. 我国混凝土中所用砂大都为中砂，然而随着建筑业的蓬勃发展，中砂越来越供不应求，对于这些不可再生的资源，我们在尽量合理开采利用的同时，不得不考虑寻找新的途径来我国混凝土中所用砂大都为中砂，然而随着建筑业的蓬勃发展，中砂越来越供不应求，对于这些不可再生的资源，我们在尽量合理开采利用的同时，不得不考虑寻找新的途径来 背 景

3. 解决逐渐匮乏的资源问题。同时，受地区混凝土所用原材料的影响，我们所面临的是采购到的河砂细度日趋下降，细砂的使用渐成必然。解决逐渐匮乏的资源问题。同时，受地区混凝土所用原材料的影响，我们所面临的是采购到的河砂细度日趋下降，细砂的使用渐成必然。 背 景

4. 众所周知，我国地域辽阔，各地区所产的砂子粒径不尽相同。长江、嘉陵江两水系均产特细砂，河南省地处黄河中下游，在郑州以东广大平原地区，由于黄河河床的泛滥、沉积，经过风力推移形成了大量沙丘，此砂的细度模数µf＝0.84～1.40，特点是含泥量较高。一般在5.0％以内，众所周知，我国地域辽阔，各地区所产的砂子粒径不尽相同。长江、嘉陵江两水系均产特细砂，河南省地处黄河中下游，在郑州以东广大平原地区，由于黄河河床的泛滥、沉积，经过风力推移形成了大量沙丘，此砂的细度模数µf＝0.84～1.40，特点是含泥量较高。一般在5.0％以内， 背 景

5. 最高达18％。珠江流域，如广东的小东江也产特细砂，广西柳江所产特细砂的细度模数为1.2。宁夏银川、内蒙古海拉尔、赤峰以及新疆莫素湾、田玉龙均有大量特细砂。如果能很好地利用这些资源，对于混凝土未来的发展将产生不可估量的影响。最高达18％。珠江流域，如广东的小东江也产特细砂，广西柳江所产特细砂的细度模数为1.2。宁夏银川、内蒙古海拉尔、赤峰以及新疆莫素湾、田玉龙均有大量特细砂。如果能很好地利用这些资源，对于混凝土未来的发展将产生不可估量的影响。 背 景

6. 以砂的颗粒粒径和细度模数，对砂分类：

7. 细砂混凝土的定义 砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，当细度模数为2.2～1.6时称为细砂。 细砂的特点是比表面积大，孔隙率大，含泥量较中砂高，用这种砂配制的混凝土称为细砂混凝土。

8. 在进行细砂混凝土配合比设计时，应注意以下几点:在进行细砂混凝土配合比设计时，应注意以下几点:

9. 1)与中粗砂相比尽量降低砂率, 并尽可能选准合理砂率： 混凝土是一种固液气三相复合材料, 从宏观上可以将其理解为砂浆填充石子空隙, 水泥浆包裹砂子并填充其空隙而形成的一种结构。对于同种石子其空隙率是一定的, 砂越细则堆积密度越小, 相应填充石子空隙所需砂的用量就越少, 过大的砂率不仅不能改善混凝土的和易性, 反而会导致用水量增大,水泥用量过大而产生前述的温度裂

10. 缝及收缩裂缝发生概率的变大, 也增加了不必要的工程费用。合理砂率是指在保证拌合物坍落度、粘聚性、保水性的前提下, 使混凝土用水量最小的砂率。根据本站试验室的拌制经验, 细砂混凝土的砂率较中砂混凝土砂率应小2～5个百分点。

11. 2)尽量少配制大流动度的混凝土： 细砂混凝土拌合物粘滞度大, 粘聚力强, 在相同砂量的前提下其拌合物要获得相同坍落度则所需水泥浆越多。因此用细砂配大流动度混凝土不可避免的要大幅增加水

12. 泥用量, 而过多的水泥对混凝土的危害是不言自明的。在现代工程中泵送大流动度混凝土的应用已十分广泛, 在这些工程中应尽量少用细砂混凝土, 特别是泵送大体积混凝土, 道路混凝土。

13. 3)选择级配良好的粗集料： 混凝土的强度及耐久性等问题很大程度上依赖其拌合物的工作性能, 如拌合物的工作性能不好, 则会造成混凝土成型后不均匀, 混凝土中孔隙较多, 在同等受力及环境条件下, 其破坏的概率就大一些。由于细砂本身就级配较差, 如果再不选用良好级配的粗集料, 则其空隙率大，进而填充其中的砂浆量增大，砂率增大或胶凝材料量增大，不利于细砂混凝土性能的发展。

14. 4)混凝土搅拌 细砂混凝土的搅拌时间要比中砂配制的混凝土要长些。从理论上说，混凝土是由砂石、水泥和水混合而成的一种人造石材，石子的空隙是由砂子填充的，砂子的空隙是由水泥来填充的，而水泥的空隙又是由水来填充的，在石子不变的情况下，砂子的细度模数越小，它的比表面积越大，孔隙也越大，填满孔隙 所用的水泥量也越大。要想更密实自然搅拌的时间也就越长。

15. 5)混凝土的养护 细砂混凝土要加强早期养护。有研究表明细砂混凝土早期强度增长快，特别是7d强度增长较快，7d 强度约为28d 强度的70%～80%，后期强度增长比较缓慢。为保证施工质量应覆盖保水性好的物品，并充分洒水，避免洒水不及时或混凝土失水导致强度增长减慢甚至停止，或表层水份损失过快与混凝土内部水分损失较慢，导致收缩不均而产生干缩裂缝，影响混凝土外观质量。

16. 工程实例：四川高凤山水电站工程 该工程混凝土均采用28天设计龄期，且采用的砂为细砂，砂密度为2.71g/cm3，平均细度模数为1.8，属细砂。若按常规方法选择配合比，势必存在水泥用量高、混凝土水化温升高、收缩大及容易产生裂缝等问题。为了既节约水泥，又确保混凝土施工质量，防止混凝土产生裂缝，配制性能优良的混凝土，混凝土配合比设计采用低砂率、低水泥用量、低坍落度，同时掺用粉煤灰和复合型外加剂的原则，进行了混凝土配合比设计。

17. C40混凝土配合比

18. 质量验收 高凤山水电站工程混凝土由于掺用粉煤灰和复合型外加剂MZS，使得水泥用量很低，混凝土硬化过程释放水化热大为减少，从而减少了混凝土产生温度裂缝的可能性。第一枯水期施工的10 万方混凝土，没有产生一条裂缝，各项试验结果均满足设计要求，并且外观质量好，总体质量达到了优良标准，受到业主、四川省建委及当地政府的好评。

19. 特细砂混凝土的定义 凡以水泥作胶凝材料，细度模数小于1.5，平均粒径在0.25mm以下的特细砂作细骨料，碎石或卵石作粗骨料和水配制而成的混凝土称为特细砂混凝土。

20. 特细砂具有比表面积大、空隙大、级配较差的缺点，对配制高性能混凝土非常不利。但将特细砂应用于高性能混凝土也具有良好的一面，从材料本身上来看，高流动性混凝土中微粉量高达450～650kg/cm 2，因此可以将特细砂中的微粉作为粉体的一部分，并且特细砂混凝土拌合物还具有粘聚性好、不易分离、泌水少、易密性好的优点。

21. 特细砂配制混凝土具有以下特点： 1)特细砂颗粒细，比表面积大，在拌制相同稠度的拌合料时，单位用水量比同等条件下的中、粗砂多，而水泥用量相同时，必须增大水灰比，导致强度降低；

22. 2)空隙率大，需要填充砂子空隙的胶凝材料量就多，故导致胶凝材料用量增大； 2)空隙率大，需要填充砂子空隙的胶凝材料量就多，故导致胶凝材料用量增大； 3)细颗粒多，拌合物粘滞性大，粘聚性较强，需增大水泥浆量以获得相同的流动性； 4)特细砂混凝土水泥用量大，导致收缩与徐变增大，引起预应力损失。

23. 针对特细砂存在的问题，我国学者曾提出低砂率、低流动性及控制水泥强度等级与混凝土比值三个方面配制特细砂混凝土的理论。针对特细砂存在的问题，我国学者曾提出低砂率、低流动性及控制水泥强度等级与混凝土比值三个方面配制特细砂混凝土的理论。

24. 1)低砂率：即比一般粗、中砂的砂率低。石子用量相对增加，加强骨架作用，提高混凝土强度；砂子越细，石子间的砂浆层厚可以减薄，因此，净浆量减少，用砂量也随之减少。 1)低砂率：即比一般粗、中砂的砂率低。石子用量相对增加，加强骨架作用，提高混凝土强度；砂子越细，石子间的砂浆层厚可以减薄，因此，净浆量减少，用砂量也随之减少。

25. 2)低流动性：特细砂的比表面积大，拌合用水有相当多的部分被砂的表面所吸附，显得水泥浆干稠；但通过振动，能释放自由水，改善混凝土和易性，满足施工要求。若配制塑性混凝土，必须增大用水量和增加水泥用量，降低混凝土的性能，因此提出低流动性理论。 2)低流动性：特细砂的比表面积大，拌合用水有相当多的部分被砂的表面所吸附，显得水泥浆干稠；但通过振动，能释放自由水，改善混凝土和易性，满足施工要求。若配制塑性混凝土，必须增大用水量和增加水泥用量，降低混凝土的性能，因此提出低流动性理论。

26. 3)控制水泥强度等级与混凝土强度等级的比值：规定水泥强度等级宜比混凝土强度等级高C10且不低于30MPa ，以减少水泥用量，起到提高和保证混凝土质量的效果。

27. 随着高性能混凝土的成功而广泛的应用，我们还可以从以下几方面对其进行改进。随着高性能混凝土的成功而广泛的应用，我们还可以从以下几方面对其进行改进。

28. 1)掺加石屑或中砂，改善特细砂的颗粒级配，降低空隙率和比表面积。 1)掺加石屑或中砂，改善特细砂的颗粒级配，降低空隙率和比表面积。 2)采用高效减水剂或复合减水剂，大幅度减少混凝土用水量。

29. 3)掺入混合材，如火山灰、大掺量粉煤灰，以节约水泥、改善混凝土性能、提高混凝土强度。 3)掺入混合材，如火山灰、大掺量粉煤灰，以节约水泥、改善混凝土性能、提高混凝土强度。 4)采用低热微膨胀水泥或加入膨胀剂以补偿特细砂混凝土的收缩。

30. 尾矿砂混凝土 利用尾矿砂的可行性：我国尾矿存放数量惊人，据不完全统计我国目前积存的尾矿已达50多亿吨，而且每年还以3亿多吨的数量增长。这不仅占用3亿多亩土地，严重污染土地和空气质量；同时尾矿坝存在安全隐患，对坝体下游的人民生命财产构成潜在威胁；且维护、管理、运行费用大，我国每年花费10～15亿元堆放尾矿。充分利用尾矿资源，不仅解决生态环境压力，也符合发展绿色混凝土的可持续发展要求。

31. 技术路线 采用台湾黄兆龙教授提出的高密实混凝土技术路线。通过骨料、粉体掺合料的紧密堆积，空隙率越小，接触点越多，密实度越大，理论上应能获得更好的混凝土。另外，以相同的水胶比而言，骨料在最佳堆积下，总浆体用量减少，相对的拌合水用量也会减少，因而可减少混凝土中弱界面的形成几率及浆体本身产生收缩裂缝的可能，水化产物不再大量填充孔隙，而是主要粘结界面，混凝土自身免疫性提高，耐久性便得到有效改善。依据密实堆积原理，不仅能够大幅度降低胶凝材料和水用量，而且大量利用废弃废矿。既节约了胶凝材料、降低了能耗，又减少了尾矿堆积造成的环境污染，还提高混凝土耐久性。此项成果在台湾已经得到大量应用，效果显著。

32. 实例一 技术路线：利用高密实堆积原理，配合使用高效减水剂及粉煤灰掺合料。 原材料： 42.5普通硅酸盐水泥； Ⅱ级粉煤灰； 聚羧酸高效减水剂，减水率28％； 尾矿砂，细度模数1.3； 天然砂，细度模数3.2； 碎石，5～20mm，试验中考虑高密实堆积原 理， 采用(5 ～9mm)：(9 ～16mm)：( 16～20mm)=1：1：1搭配使用。

37. 实例二 邯郸市中心医院病房楼地上21 层, 地下两层, 建筑面积近4. 3 万平方米, 框架结构, 采用泵送混凝土,11 层以下为C60 高强混凝土。由于邯郸地区砂资源主要为细度模数1.7 ～2. 1 的细砂, 中、粗砂极少, 考虑到成本及工期, 决定在工程中使用细砂。为了提高混凝土的综合性能, 还需掺加粉煤灰。重点研究减水剂种类、粉煤灰掺量等对细砂高强泵送混凝土性能的影响, 为其应用提供可靠的试验依据。

38. 配合比设计要求： 水灰比控制在0. 30～0. 35 之间; 坍落度为170mm～210mm; 砂率取30 %～35 %。

39. 主要原材料 水泥　实验用水泥采用邯郸水泥厂生产的太行山牌42. 5 级普通硅酸盐水泥。 粉煤灰　实验用粉煤灰采用邯郸电厂的干排灰,其主要指标为: 细度11. 8 % ,烧失量2. 12 % , 需水量比94. 5 % , 满足一级灰要求。 外加剂　配制混凝土选用的外加剂为石家庄新星厂生产的HF23 泵送剂, 邯郸华冶二建厂生产的YJ23高效泵送剂与江西赣中防水材料厂生产的JC2968 型具有防水和泵送功能的外加剂。HF23 和YJ23 为固体粉剂, JC2968 为液体外加剂。 砂　采用沙河细砂, 细度模数1. 7～2. 0 , 密度2. 61g/ cm3 , 体积密度1. 48g/ cm3 , 含泥量2. 0 % , 泥块含量0. 5 %。 碎石　武安碎石: 粒径5mm～25mm , 密度2. 74g/cm3 , 体积密度1. 49g/ cm3 , 抗压强度87MPa 。

40. 施工注意事项： 受材料限制, 施工中须注意这样几点: (1) 控制好砂、石含泥量和泥块含量要, 必要时应进行冲洗以保证砂、石质量。(2) 细砂细度模数对混凝土强度有较大影响, 应经常检查其质量, 保证细砂细度模数不小于2. 0。(3) 混凝土养护要及时并应保证天数。

41. 工程效果 从外加剂技术指标和成本考虑, 施工单位采用YJ23 高效泵送剂。混凝土按水泥∶粉煤灰∶泵送剂∶砂∶碎石∶水= 485∶80∶14.6∶576∶1170∶ 180 配合比配制后应用在工程中效果良好。C60 混凝土标养试块28天强度平均值达到65. 3MPa , 最高达到79. 3MPa 。

42. 使用细砂、优质粉煤灰和外加剂, 可配制C60 高强泵送混凝土, 甚至更高强度等级的混凝土。在混凝土中掺入粉煤灰, 不但能改善混凝土的和易性、降低水化热、提高混凝土的综合性能、有利于提高工程质量, 而且能降低生产成本、改善环境, 具有良好的经济效益与社会效益。

43. 实例三 原材料： 特细砂, 细度模数1.16, 表观密度2.60g/cm3, 堆积密度1480~1550kg/m3, 含泥量1.3%~3.1%; 水泥, 陕西耀县水泥厂生产的秦岭牌42.5 普通硅酸盐水泥; 高效减水剂, 黄石外加剂厂生产的FDN; 石子, 碎石5~25mm; 宝鸡电厂粉煤灰。

46. 由表3 试验结果看出: 对特细砂高强混凝土而言, 在采用小砂率的情况下, 水泥用量并不比采用中粗砂时高强混凝土的用量多。水胶比对特细砂高强混凝土的影响规律同普通混凝土, 水胶比越小,强度越高, 因此可加入高效减水剂以降低水胶比。以石灰岩作粗骨料的混凝土强度略高于花岗岩作粗骨料的混凝土强度。表3 还可说明: 与相同等级未掺者相比, 在特细砂高强混凝土中, 掺入粉煤灰和硅灰可以提高混凝土的抗拉强。粉煤灰掺入混凝土中, 可以发挥火山灰效应、颗粒形态效应、微集料效应, 改善混凝土拌合物的和易性, 改善混凝土的孔结构, 提高密实度; 而硅灰的掺入, 可以改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性, 提高混凝土强度,改善孔结构, 提高耐久性。试验观察, 混凝土拌和物的和易性是良好的。

47. 按照传统观点, 由于特细砂的细度模数低, 其表面积明显增大, 所以必定要多用水泥, 在高强混凝土中更甚。特细砂的表面积固然高于中粗砂, 包裹其表面所需水泥量肯定会增加, 但这仅仅是问题的一个方面。另一方面, 由于采用了小砂率, 和使用较高砂率的中粗砂混凝土相比, 又有减少骨料比表面积的作用。若同时掺用粉煤灰等矿物掺合料, 在较低水泥用量的条件下, 仍可配制出和易性合格的高强混凝土。从强度方面考虑, 在一般高强混凝土中, 由于高水泥用量、低水灰比, 实际上部分水泥不可能水化。所以, 在特细砂混凝土中, 小砂率的条件下, 用部分矿物掺合料取代部分水泥, 仍可以配制出C50~C60 级的高强混凝土。试验结果如表4 所示。