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阐述大沙河综合治理中特细砂混凝土的应用作用

2020-06-27 299 上传者：管理员

摘要：为探讨特细砂混凝土在生态护岸河道整治工程中的应用可行性，在室内展开不同水灰比、含砂率条件下特细砂混凝土坍落度、抗压强度及抗渗性试验。实验结果表明:①特细砂混凝土的坍落度、黏聚性及保水性随着水灰比及含砂率的增长，整体呈现出逐渐变差的趋势，但其坍落度均在10～20mm内，能够满足工程要求;②特细砂混凝土的单轴抗压强度随着含砂率的提高而上升，呈线性正相关关系;随着水灰比的提高而逐渐下降，呈线性负相关关系;③不同水灰比、含砂率特细砂混凝土的抗渗等级均为6级，最佳配合比为砂率0.33、水灰比0.45，能够满足护岸工程抗渗要求。

关键词：
新型材料
水工材料
河道整治
特细砂混凝土
生态护岸
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1、概述

在护岸工程建设中，护岸块体结构的设计十分重要，而护岸材料的选择也是工程能否成功的重要因素。一方面，护岸材料的供应量是能否完成建设的基础;另一方面，材料的价格、成本是影响工程经济造价的主要因素。此外，材料成分的耐久性、环保性都是决定工程能否成功的要点[1,2,3]。

一般而言，工程建设常以混凝土配合中细骨料(中砂或粗砂)进行搅拌进行工程建设[4,5]。但在我国部分地区，由于缺乏中粗砂，运输距离过大导致成本较高，因此采用特细砂混凝土进行建设。李绍鹏等[6]针对长沙市场砂石资源缺乏、价格上涨问题，提出采用特细砂作为拌和物细料具有成本低、材料足的特点，并深入探讨特细砂混凝土生产质量控制要点。邓桥[7]基于室内单轴抗压强度试验，论证在不损失强度条件下，超细砂代替中砂作为骨料的最大掺入量。刘登贤等[8]对特细砂混凝土制备工艺多方面进行关键点控制，并指出通过使用特细砂替代部分机制砂能够有效提高混凝土的工程性能，满足工程施工要求。

上述研究均集中于特细砂混凝土在房屋工程中的应用[9,10]，本文通过对特细砂混凝土材料进行坍落度、抗压强度及抗渗等级试验，研究特细砂混凝土在水利工程建设中各种指标能否达到设计要求，旨在进一步将特细砂混凝土材料推广到水利生态护岸工程应用中，为我国部分地区水利工程建设提供良好的范例。

2、工程概况与试验设计

2.1 工程概况

大沙河综合治理(柏年河段)工程位于安徽省桐城市双港镇、新渡镇境内，工程总长度为31.7km。由于流域范围内存在较为严重的水土流失现象，导致严重的流域生态失衡问题，因此决定对流域内部分水土流失问题严重段河岸进行治理。拟对水土流失最严重的河道A段进行河岸护坡工作，该河段沿河流方向左侧为山坡，右侧为农田，总长度近3km。由于山树木砍伐及农田垦荒情况严重，因此水土流失情况十分严峻。经过设计，决定采用混凝土进行护岸工程建设。

经过对河道水资源的调查发现，河道内大面积覆盖有超大体量的特细砂。为更好地利用当地资源，且由于长距离运输中细砂成本较高，因此经过对现有研究资料的查阅及工程实际情况的调查，决定采用特细砂作为混凝土搅拌混合物集料。采用P·S32.5级混凝土，粗骨料采用粒径为5～15mm连续级配碎石，碎骨料采用河段特细砂，设计不同配合比下的特细砂混凝土，其密度分布范围2.1～2.3g/cm3。

2.2 试验设计

由上述工程现场调查结果可知，受地形条件限制，该区域缺乏中粗砂作为混凝土搅拌集料，而大面积存在特细砂材料，因此利用特细砂作为集料。利用区域河段所产特细砂，粗骨料用料采用区域所产碎石，根据相关制备规范，配置C30级特细砂混凝土。此外，为研究特细砂作为搅拌混凝土细集料的最佳配合比，室内设计不同砂率(0.27,0.30,0.33)、不同水灰比(0.45,0.49,0.53)混凝土。经过坍落度及相关试验后，将其制备成形状为100mm立方体的标准试件，详细描述见表1。对各组试件进行室内养护28d，此后对试件进行无侧限单轴抗压强度试验，确定不同砂率、不同水灰比条件下特细砂混凝土抗压强度与抗变形能力。

表1 试验设计表

进一步对试件进行抗渗性试验，确定特细砂混凝土的抗渗能力等级，试件尺寸为100mm×100mm×400mm，上口径为175mm，下口径为185mm。利用混凝土抗渗仪，采用逐级加压法，初始水压设为0.1MPa，每6h加压0.1MPa，进行特细砂混凝土抗渗性测试，以进一步深入探讨其在水利工程生态护岸工程中的适用性。

3、试验结果分析

3.1 坍落度试验

不同水灰比、不同砂率特细砂混凝土坍落度及相关试验的试验结果见表2。由表2可知，随着含砂率与水灰比的增大，材料的坍落度整体呈现出逐渐增大趋势，在10～20mm之间，但均能达到混凝土拌和物坍落度要求;随着水灰比的增大，材料的保水性与黏聚性逐渐丧失;随着含砂率的逐渐增加，材料的黏聚性逐渐降低，而特细砂混凝土材料的保水性与材料含砂率关系不明确。此外，材料成型效果均在良好以上，这也表明特细砂混凝土材料制备质量较高，且特细砂混凝土制备材料具备投入水利工程建设中的潜力。

表2 坍落度及相关试验结果

3.2 无侧限单轴抗压强度

3.2.1 砂率影响

图1为特细砂混凝土无侧限抗压强度随材料含砂率变化趋势。由图1可知，不同水灰比条件下，随着含砂率的上升，特细砂混凝土单轴抗压强度均有一定程度的提高。水灰比为0.45、含砂率为0.27条件下，混泥土材料的单轴抗压强度为33.11MPa;当含砂量提高到0.30,0.33后，混泥土材料的单轴抗压强度分别达到36.52和39.13MPa，相对提升幅度达到10.30%和18.18%。由此可见，混凝土材料中细纱骨料的存在大幅度提高了材料的承载能力。而随着水灰比的提升，含砂率对强度的提升效果逐渐被弱化，拟合线斜率逐渐降低，水灰比为0.49时，当含砂量提高到0.30,0.33后，混泥土材料的单轴抗压强度分别相对提升幅度达到8.13%和12.50%;水灰比为0.53时，当含砂量提高到0.30和0.33后，混泥土材料的单轴抗压强度分别相对提升幅度达到2.72%和6.65%。

对不同水灰比条件下无侧限单轴抗压强度-含砂率实验结果进行拟合发现，二者之间呈线性正相关关系，线性相关系数R2=0.9846,0.9418,0.9782，均在0.90以上，线性拟合效果良好。

图1 特细砂混凝土无侧限抗压强度与含砂率关系

3.2.2 水灰比影响

水灰比对特细砂混凝土单轴抗压强度的影响见图2。由图2可知，随着水灰比的增加，特细砂混凝土材料的承载能力逐渐弱化，单轴抗压强度逐渐降低，二者之间呈线性递减关系，线性拟合系数均高于0.95。随着含砂率的增高，水灰比对强度的弱化现象被逐渐放大，曲线斜率逐渐增大，材料强度降低幅度增大。综上所述，水灰比的增大会导致特细砂混凝土材料强度逐渐降低，对材料的承载能力具有劣化效应。

图2 特细砂混凝土无侧限抗压强度与水灰比关系

3.3 抗渗性试验

由于河道水流水位长期处于波动状态，因此水利工程护岸工程的抗渗性对于护岸长期安全性能具有重要的意义。选择上述不同水灰比、不同含砂率混凝土制备的标准试件进行抗渗性试验，抗渗等级计算方法如下:公式（1），其中W为混凝土抗渗等级;k为最大水压力，MPa。由表3所得试验结果可知，各不同水灰比、含砂率特细砂混凝土材料的抗渗等级随含砂率升高而降低，随水灰比升高而升高，且各配合比下的特细砂混凝土抗渗等级均高于W6级，根据地区工程设计规范要求，能够满足河道护岸混凝土抗渗要求。

表3 不同水灰比、含砂率下混凝土渗水最大压力

4、结论

本文以大沙河综合治理生态护岸工程为例，通过室内坍落度、无侧限抗压强度及抗渗试验对特细砂混凝土材料在水利工程生态护岸工程建设中的应用展开深入研究，得出以下结论:

1)特细砂混凝土的单轴抗压强度随着含砂率的提高而上升，呈线性正相关关系;随着水灰比的提高而逐渐下降，呈线性负相关关系。2)不同水灰比、含砂率的特细砂混凝土的坍落度均在10～20mm之间，抗渗等级均为6级。3)综合考虑特细砂混凝土的坍落度、抗压强度及抗渗性的工程要求得出，在砂率为0.33、水灰比为0.45条件下为最佳配合比方案，能够满足该地区水利生态护岸工程建设要求，具有一定的实践推广意义。

参考文献：

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