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      特細(xì)砂混凝土在大沙河綜合治理中應(yīng)用分析

      2020-06-23 03:32:02陳金武
      水利科技與經(jīng)濟(jì) 2020年6期
      關(guān)鍵詞:細(xì)砂砂率抗?jié)B

      陳金武

      (桐城市大沙河管理委員會辦公室,安徽 安慶 231400)

      1 概 述

      在護(hù)岸工程建設(shè)中,護(hù)岸塊體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分重要,而護(hù)岸材料的選擇也是工程能否成功的重要因素。一方面,護(hù)岸材料的供應(yīng)量是能否完成建設(shè)的基礎(chǔ);另一方面,材料的價(jià)格、成本是影響工程經(jīng)濟(jì)造價(jià)的主要因素。此外,材料成分的耐久性、環(huán)保性都是決定工程能否成功的要點(diǎn)[1-3]。

      一般而言,工程建設(shè)常以混凝土配合中細(xì)骨料(中砂或粗砂)進(jìn)行攪拌進(jìn)行工程建設(shè)[4-5]。但在我國部分地區(qū),由于缺乏中粗砂,運(yùn)輸距離過大導(dǎo)致成本較高,因此采用特細(xì)砂混凝土進(jìn)行建設(shè)。李紹鵬等[6]針對長沙市場砂石資源缺乏、價(jià)格上漲問題,提出采用特細(xì)砂作為拌和物細(xì)料具有成本低、材料足的特點(diǎn),并深入探討特細(xì)砂混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制要點(diǎn)。鄧橋[7]基于室內(nèi)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),論證在不損失強(qiáng)度條件下,超細(xì)砂代替中砂作為骨料的最大摻入量。劉登賢等[8]對特細(xì)砂混凝土制備工藝多方面進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)控制,并指出通過使用特細(xì)砂替代部分機(jī)制砂能夠有效提高混凝土的工程性能,滿足工程施工要求。

      上述研究均集中于特細(xì)砂混凝土在房屋工程中的應(yīng)用[9-10],本文通過對特細(xì)砂混凝土材料進(jìn)行坍落度、抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B等級試驗(yàn),研究特細(xì)砂混凝土在水利工程建設(shè)中各種指標(biāo)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,旨在進(jìn)一步將特細(xì)砂混凝土材料推廣到水利生態(tài)護(hù)岸工程應(yīng)用中,為我國部分地區(qū)水利工程建設(shè)提供良好的范例。

      2 工程概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      2.1 工程概況

      大沙河綜合治理(柏年河段)工程位于安徽省桐城市雙港鎮(zhèn)、新渡鎮(zhèn)境內(nèi),工程總長度為31.7 km。由于流域范圍內(nèi)存在較為嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象,導(dǎo)致嚴(yán)重的流域生態(tài)失衡問題,因此決定對流域內(nèi)部分水土流失問題嚴(yán)重段河岸進(jìn)行治理。擬對水土流失最嚴(yán)重的河道A段進(jìn)行河岸護(hù)坡工作,該河段沿河流方向左側(cè)為山坡,右側(cè)為農(nóng)田,總長度近3 km。由于山樹木砍伐及農(nóng)田墾荒情況嚴(yán)重,因此水土流失情況十分嚴(yán)峻。經(jīng)過設(shè)計(jì),決定采用混凝土進(jìn)行護(hù)岸工程建設(shè)。

      經(jīng)過對河道水資源的調(diào)查發(fā)現(xiàn),河道內(nèi)大面積覆蓋有超大體量的特細(xì)砂。為更好地利用當(dāng)?shù)刭Y源,且由于長距離運(yùn)輸中細(xì)砂成本較高,因此經(jīng)過對現(xiàn)有研究資料的查閱及工程實(shí)際情況的調(diào)查,決定采用特細(xì)砂作為混凝土攪拌混合物集料。 采用P·S32.5級混凝土,粗骨料采用粒徑為5~15 mm連續(xù)級配碎石,碎骨料采用河段特細(xì)砂,設(shè)計(jì)不同配合比下的特細(xì)砂混凝土,其密度分布范圍2.1~2.3 g/cm3。

      2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      由上述工程現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知,受地形條件限制,該區(qū)域缺乏中粗砂作為混凝土攪拌集料,而大面積存在特細(xì)砂材料,因此利用特細(xì)砂作為集料。利用區(qū)域河段所產(chǎn)特細(xì)砂,粗骨料用料采用區(qū)域所產(chǎn)碎石,根據(jù)相關(guān)制備規(guī)范,配置C30級特細(xì)砂混凝土。此外,為研究特細(xì)砂作為攪拌混凝土細(xì)集料的最佳配合比,室內(nèi)設(shè)計(jì)不同砂率(0.27,0.30,0.33)、不同水灰比(0.45,0.49,0.53)混凝土。經(jīng)過坍落度及相關(guān)試驗(yàn)后,將其制備成形狀為100 mm立方體的標(biāo)準(zhǔn)試件,詳細(xì)描述見表1。對各組試件進(jìn)行室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d,此后對試件進(jìn)行無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),確定不同砂率、不同水灰比條件下特細(xì)砂混凝土抗壓強(qiáng)度與抗變形能力。

      表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

      進(jìn)一步對試件進(jìn)行抗?jié)B性試驗(yàn),確定特細(xì)砂混凝土的抗?jié)B能力等級,試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm,上口徑為175 mm,下口徑為185 mm。利用混凝土抗?jié)B儀,采用逐級加壓法,初始水壓設(shè)為0.1 MPa,每6 h加壓0.1 MPa,進(jìn)行特細(xì)砂混凝土抗?jié)B性測試,以進(jìn)一步深入探討其在水利工程生態(tài)護(hù)岸工程中的適用性。

      3 試驗(yàn)結(jié)果分析

      3.1 坍落度試驗(yàn)

      不同水灰比、不同砂率特細(xì)砂混凝土坍落度及相關(guān)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知,隨著含砂率與水灰比的增大,材料的坍落度整體呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢,在10~20 mm之間,但均能達(dá)到混凝土拌和物坍落度要求;隨著水灰比的增大,材料的保水性與黏聚性逐漸喪失;隨著含砂率的逐漸增加,材料的黏聚性逐漸降低,而特細(xì)砂混凝土材料的保水性與材料含砂率關(guān)系不明確。此外,材料成型效果均在良好以上,這也表明特細(xì)砂混凝土材料制備質(zhì)量較高,且特細(xì)砂混凝土制備材料具備投入水利工程建設(shè)中的潛力。

      表2 坍落度及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果

      3.2 無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度

      3.2.1 砂率影響

      圖1為特細(xì)砂混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨材料含砂率變化趨勢。由圖1可知,不同水灰比條件下,隨著含砂率的上升,特細(xì)砂混凝土單軸抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高。水灰比為0.45、含砂率為0.27條件下,混泥土材料的單軸抗壓強(qiáng)度為33.11 MPa;當(dāng)含砂量提高到0.30,0.33后,混泥土材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到36.52和39.13 MPa,相對提升幅度達(dá)到10.30%和18.18%。由此可見,混凝土材料中細(xì)紗骨料的存在大幅度提高了材料的承載能力。而隨著水灰比的提升,含砂率對強(qiáng)度的提升效果逐漸被弱化,擬合線斜率逐漸降低,水灰比為0.49時(shí),當(dāng)含砂量提高到0.30,0.33后,混泥土材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別相對提升幅度達(dá)到8.13%和12.50%;水灰比為0.53時(shí),當(dāng)含砂量提高到0.30和0.33后,混泥土材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別相對提升幅度達(dá)到2.72%和6.65%。

      對不同水灰比條件下無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度-含砂率實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn),二者之間呈線性正相關(guān)關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.984 6,0.941 8,0.978 2,均在0.90以上,線性擬合效果良好。

      圖1 特細(xì)砂混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與含砂率關(guān)系

      3.2.2 水灰比影響

      水灰比對特細(xì)砂混凝土單軸抗壓強(qiáng)度的影響見圖2。由圖2可知,隨著水灰比的增加,特細(xì)砂混凝土材料的承載能力逐漸弱化,單軸抗壓強(qiáng)度逐漸降低,二者之間呈線性遞減關(guān)系,線性擬合系數(shù)均高于0.95。隨著含砂率的增高,水灰比對強(qiáng)度的弱化現(xiàn)象被逐漸放大,曲線斜率逐漸增大,材料強(qiáng)度降低幅度增大。綜上所述,水灰比的增大會導(dǎo)致特細(xì)砂混凝土材料強(qiáng)度逐漸降低,對材料的承載能力具有劣化效應(yīng)。

      圖2 特細(xì)砂混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水灰比關(guān)系

      3.3 抗?jié)B性試驗(yàn)

      由于河道水流水位長期處于波動(dòng)狀態(tài),因此水利工程護(hù)岸工程的抗?jié)B性對于護(hù)岸長期安全性能具有重要的意義。選擇上述不同水灰比、不同含砂率混凝土制備的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行抗?jié)B性試驗(yàn),抗?jié)B等級計(jì)算方法如下:

      W=10k-1

      (1)

      式中:W為混凝土抗?jié)B等級;k為最大水壓力,MPa。

      由表3所得試驗(yàn)結(jié)果可知,各不同水灰比、含砂率特細(xì)砂混凝土材料的抗?jié)B等級隨含砂率升高而降低,隨水灰比升高而升高,且各配合比下的特細(xì)砂混凝土抗?jié)B等級均高于W6級,根據(jù)地區(qū)工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求,能夠滿足河道護(hù)岸混凝土抗?jié)B要求。

      表3 不同水灰比、含砂率下混凝土滲水最大壓力

      4 結(jié) 論

      本文以大沙河綜合治理生態(tài)護(hù)岸工程為例,通過室內(nèi)坍落度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B試驗(yàn)對特細(xì)砂混凝土材料在水利工程生態(tài)護(hù)岸工程建設(shè)中的應(yīng)用展開深入研究,得出以下結(jié)論:

      1) 特細(xì)砂混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度隨著含砂率的提高而上升,呈線性正相關(guān)關(guān)系;隨著水灰比的提高而逐漸下降,呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。

      2) 不同水灰比、含砂率的特細(xì)砂混凝土的坍落度均在10~20 mm之間,抗?jié)B等級均為6級。

      3) 綜合考慮特細(xì)砂混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性的工程要求得出,在砂率為0.33、水灰比為0.45條件下為最佳配合比方案,能夠滿足該地區(qū)水利生態(tài)護(hù)岸工程建設(shè)要求,具有一定的實(shí)踐推廣意義。

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