但是,即使建工行业发布了人工砂的应用技术规范,习惯了应用天然砂的建工领域( 特别是预拌混凝土生产企业)仍然有人对使用机制砂拌制的混凝土忧心忡忡,或是仅接受由鹅卵石破碎的机制砂或与天然砂混用的混合砂( 这种砂的外观与天然砂很接近,易推广) ,导致机制砂应用步履蹒跚。
从表 6、7 和前述看出,建工混凝土用砂的石粉含量只有最高掺量限制,没有最低掺量限制; 水工混凝土用砂的石粉含量有最低、最高掺量限制,且允许的最高掺量比建工行业高得多( 水工碾压混凝土中砂的石粉( d≤0.16 mm颗粒) 含量控制值更是高达 12%~22%[7]) .从这一点讲,水电水利行业很多年前就认识并利用石粉的填充、密实作用和对混凝土拌合物和易性的改善作用。另外,建工混凝土在砂石料中允许存在少量泥块,而水工混凝土不允许存在泥块; 水工混凝土用砂子的细度模数、含水率控制比建工严格; 对于同强度等级混凝土而言,建工混凝土用石料的针片状允许含量、含泥量比水工混凝土放得宽,且建工混凝土用石料没有超逊径和吸水率规定,而水工混凝土有严格限制。至于对云母、硫化物及硫酸盐等有害物质含量的限制,则两行业的要求相同。
特别指出的是,为减少骨料颗粒之间的空隙体积、降低胶凝材料用量和提高混凝土的密实度,水电水利行业将粗骨料破碎成小石( 粒径 5~ 20 mm) 、中石( 粒径20~40 mm) 、大石 ( 粒径 40 ~ 800 mm ) 、特大石 ( 粒径 80 ~120 mm或 150 mm ) 四种粒级,且主张选用最大粒径较大的粗骨料[8],而建工混凝土所用的粗骨料没有这样的生产和使用要求。
总体而言,水工混凝土对砂石料的品质要求比建工混凝土高,其目的是尽量降低砂石料的空隙率、提高混凝土的密实度和努力减少胶凝材料的用量。
1.4 砂石料的基准含水状态。
水工混凝土进行配合比设计和试验时,对用水量及其波动的控制非常严格,其中要求砂石料以饱和面干状态来计算用量。然而,建工混凝土进行配合比设计和试验时,砂石料是以干燥状态为基准。饱和面干状态的砂子及石子,既不向混凝土拌合物中吸取水分,也不向混凝土拌合物中带入水分,这有利于控制混凝土搅拌时的单位用水量波动,从而减少混凝土的坍落度、强度、抗渗等技术指标的波动,提高混凝土质量的控制水平。
1.5 混凝土强度等级的设计龄期。
水工混凝土因大量使用掺合料,早期强度低。尤其是掺入粉煤灰、磷渣粉的混凝土,虽早期低,但后期强度提高。所以,长期以来,水工混凝土强度等级的设计龄期为90 d.一般而言,粉煤灰混凝土 90 d 龄期的抗压强度比28 d提高 35%~ 60%左右。因此,若混凝土的强度等级以90 d为设计龄期,则达到相同强度,可降低水泥用量约20%.实践表明,以 90 d 作为设计龄期,不仅充分利用了混凝土的后期强度增长值,降低了水泥用量,节约了成本,促进了掺合料在水工混凝土的应用,而且明显改善了混凝土的性能,尤其是耐久性。
然而,多年来,除个别工程外,建工混凝土强度等级的设计龄期一直为 28 d.在大力推行低碳、绿色发展的今天和未来,在掺合料必将越来越多地应用于建工混凝土的大趋势下,建议建工混凝土( 尤其是使用粉煤灰、磷渣粉的混凝土) 的强度等级使用 60 d( 甚至 90 d) 作为设计龄期。
1.6 混凝土配合比的设计原则。
为保障水工建筑物的长期安全运行,水工混凝土配合比设计时,坚持强度与耐久性并重的原则。即不仅要满足抗压强度要求,还要满足极限拉伸值、抗压弹性模量、徐变等力学指标和绝热温升值、导温、导热、比热、线膨胀系数等热学指标,以及要满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷、抗碳化等耐久性指标[8,9].在水工混凝土配合比设计的初选水胶比阶段,即要求初选的水胶比,不仅要满足设计对混凝土强度的要求,还应不超过现行规范 DLT 5144 规定的水胶比最大允许值( 见表 8) 和满足设计规定的抗渗、抗冻等级等要求[8].
由表 8 可见,在相同服役环境中,水工混凝土的水胶比最大允许值比 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》规定的设计使用年限为 50 年的建工混凝土结构的最大水胶比要求严。
水工混凝土的强度与耐久性并重的配合比设计原则,为水工建筑物的长期安全运行提供了重要的技术保障。该原则与 2014 年 8 月由住房与城乡建设部、工业与信息化部联合颁布的《关于推广应用高性能混凝土的若干意见( 建标[2014]117 号) 》规定的高性能混凝土的结构设计理念不谋而合。或者说,水工混凝土为建工混凝土( 特别是高性能混凝土) 实践“强度与耐久性并重”的设计理念积累了宝贵经验。
2 结论。
( 1) 建工混凝土宜加大粉煤灰、硅灰、矿渣、石灰石粉等掺合料的应用力度,这不仅可以降低胶凝材料用量、减少水泥用量和改善混凝土的性能,还可加大固体废弃物的综合利用量,促进资源节约和节能减排。
( 2) 建工混凝土应积极使用机制砂,甚至可大胆探索人工级配粗骨料的应用,这不仅可缓解天然砂石料资源日益枯竭、混凝土需求量越来越大的矛盾,还可降低胶凝材料用量和改善混凝土的性能。
( 3) 在设计建工混凝土的配合比时,建议逐步使用以饱和面干状态作为砂石骨料的基准含水状态,以进一步提高混凝土质量的控制水平。
( 4) 基于使用掺合料( 特别是粉煤灰、磷渣粉) 的建工混凝土,建议其强度等级的设计龄期从目前的28 d 延迟至60 d,甚至 90 d.
( 5) 水工混凝土的强度与耐久性并重的配合比设计原则与工程应用实例,对建工混凝土( 特别是高性能混凝土)贯彻落实该原则具有较高的借鉴价值。
参考文献:
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