我國特細砂分布廣泛，長(cháng)江、黃河、珠江等流域的河沙以及西北和新疆等地的風(fēng)砂均為特細砂，而且產(chǎn)量較多，資源豐富，開(kāi)采運輸方便?？茖W(xué)合理地利用這些特細砂自然資源，從根本上降低工程造價(jià)、縮短施工工期，對保護環(huán)境、節約能源、加快工程建設速度具有顯著(zhù)的社會(huì )及經(jīng)濟效益。特細砂混凝土具有和易性好、粘聚性強、易振搗液化等優(yōu)點(diǎn)。從20世紀60年代開(kāi)始，特細砂混凝土在土木建筑工程中就廣泛應用。長(cháng)期以來(lái)，由于受常規設計方法的制約，配制的特細砂混凝土存在水泥用量大、水化熱高、收縮大、易開(kāi)裂的問(wèn)題，為水工混凝土所忌諱。為了設計出耐久、安全、生態(tài)、經(jīng)濟和工作性強的特細砂混凝土配合比，進(jìn)行了多種因素的對比試驗，對多種設計方案進(jìn)行了對比分析，研究了水膠比、砂率、粉煤灰摻量、外加劑品種等因素與混凝土強度的關(guān)系，從而確定了特細砂混凝土配合比的優(yōu)化設計。
特細砂混凝土配合比的優(yōu)化設計
1.最佳設計方案的選擇
逆填配比設計法?；炷僚浜媳鹊脑O計方法通常有普通混凝土配合比設計法，粉煤灰混凝土超量取代法，逆填配比設計法等幾種設計思想。通過(guò)對多種設計方案的對比分析，在強度基本相近的情況下，逆填配比設計法所配制出的混凝土比傳統的配比方法坍落度提高約20mm，且坍落度經(jīng)時(shí)損失較少，利于泵送施工及提高工程質(zhì)量。由于尋求混凝土固態(tài)材料在最佳級配時(shí)的最大混合單位重，逆填配設計法比普通混凝土配合比設計節約水泥36%，比粉煤灰混凝土超量取代法節約水泥25%，同時(shí)比超量取代法多用工業(yè)渣粉煤灰37%。因此逆填法配合比設計法具有十分顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，是特細砂配合比設計的最佳方案之一。
“三低一超”法。根據對特細砂混凝土有關(guān)性能的試驗研究后發(fā)現，認為采用“三低一超”法更能符合特細砂混凝土的特性，有利于解決特細砂對混凝土強度影響大，混凝土收縮量大和易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。所謂“三低一超”就是指低砂率、低坍落度、低水泥用量和粉煤灰的超量取代。
集料對混凝土的收縮有一定影響，對粗集料而言，主要是粗集料的粒徑和含泥量三個(gè)參數，粗集料用量越多，粒徑越大、含水量泥量越低，其對混凝土收縮的制約能力越強，所得混凝土的收縮越小。細集料細度模數越低、含泥量越大，達到一定工作性所需水泥用量和拌合水用量也越大，混凝土的收縮也越大。這是特細砂混凝土宜采用低砂率的重要原因之一。在實(shí)踐中，計算特細砂砂率時(shí)不考慮漿體的富余系數，相反采用比計算值小2%～3%砂率來(lái)配置，以粉煤灰來(lái)超量取代，這樣可以顯著(zhù)降低混凝土單位水量和改善低砂率特細砂混凝土和易性。這是區別于常規混凝土配合比的重要的一點(diǎn)。
低坍落度指的是特細砂水工大體積混凝土需采用低坍度施工，特細砂混凝土宜配制成低流動(dòng)性混凝土，一般不超過(guò)30mm，在施工中一般采用10～20mm坍落度。新編《水工混凝土規范》DL/T5144也規定大體積等混凝土宜采用10～30mm坍落度施工。這主要是從降低混凝土水化熱角度出發(fā)，也利于機械化作用。試驗發(fā)現，特細砂混凝土坍落度每提高20mm，約增加用水量10，增加膠材15～25，這對特細砂是十分不利的，因為同配比條件下，特細砂混凝土的收縮值較中粗砂混凝土同齡期的收縮值大，且對混凝土溫控不利。因此，特細砂混凝土需采用低坍落度施工減小水泥用量，這就使特細砂水混凝土采用低坍落度施工具有必要性。
另外值得注意是，特細砂混凝土的坍落度并不能很好反映其工作度，一般不超過(guò)30mm。當特細砂混凝土振搗時(shí)，其易液化有良好的流動(dòng)性，易振搗密實(shí)，這一特性使特細砂混凝土采用低坍落度施工成為可能。相反，若采用常規坍落度40～60mm施工，混凝土振搗后易在其表面出現一層30～40mm厚的砂漿，這對混凝土抗裂非常不利。把水膠比、灰膠比和強度分別看作三個(gè)坐標、y和z的三維系統，在三維系統中強度z表達為水灰比和灰膠比，的函數，它是一個(gè)曲面，同強度和水灰比二維直線(xiàn)關(guān)系一樣，利用三維曲面，來(lái)設計特細砂混凝土的配合。
特細砂混凝土要求低水灰比、高流動(dòng)度，勢必增加混凝土的總細粉用量和砂率，而混凝土總細粉用量和砂率的增加會(huì )導致混凝土收縮增加。采用低砂率、低坍落度拌制特細砂混凝土時(shí)，應考慮合適的水泥用量，一方面把混凝土水化減縮減到最小，一方面也是考慮混凝土消化熱問(wèn)題。要降低水泥用量、減小水化熱的主要方法有：采用復合型緩凝高效減水劑以降低混凝土單位用水量和降低水化熱峰值;采用高摻粉煤灰等摻合料。
當采用低砂率、低水泥用量時(shí)，混凝土和易性會(huì )受到影響，為了改善混凝土和易性可用粉煤灰超量取代法。所謂“超量取代法”，是指粉煤灰總摻入量中，一部分取代等體積的水泥，超量部分粉煤灰取代等體積的砂。在相同水膠比下，粉煤灰的摻量不超過(guò)20%時(shí)，對混凝土性能影響不大，只是混凝土的溫升稍有降低;只有摻量超過(guò)25%時(shí)，粉煤灰對混凝土的性能才會(huì )有明顯的改善。超量系數的選用有兩個(gè)條件：采取超摻系數法后，膠材中粉煤灰的含量不宜超過(guò)50%;使混凝土達到優(yōu)良和易性。
通過(guò)對填法配合比設計法和“三低一超”法的闡述，可看出填法配合比設計法具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，而“三低一超”法更能符合特細砂混凝土的特性，二者有機結合、綜合運用就是特細砂混凝土配合比的最佳設計方案。
2.最佳砂率的選擇
根據DB51/5002對特細砂混凝土的應用技術(shù)規程，特細砂混凝土砂率是影響混凝土性能的最主要因素。最佳砂率的選擇正確與否，將對混凝土的強度、用水量、流動(dòng)性、和易性、粘聚性和保水性產(chǎn)生較大影響。
特細砂混凝土的強度對砂率的敏感度比普通混凝土大，所以在特細砂混凝土配合比設計中，應特別注重最佳砂率的選擇。達到最佳流動(dòng)性的最佳砂率，在水泥用量和用水量一定的條件下，隨著(zhù)砂率的增加，坍落度減少但混凝土拌和物的粘度系數有一個(gè)極值，它對應的砂率是混凝土拌合物具有最小粘度系數的最佳砂率。所以實(shí)際最佳砂率應同時(shí)考慮密實(shí)度和流動(dòng)陛兩個(gè)因素。
3.最佳水灰比的選擇
對混凝土抗裂強度的影響。水灰比對混凝土拌合物塑性收縮裂縫面積的影響存在一最不利值，該值約為0.5，低于0.5時(shí)，塑性收縮裂縫面積隨水灰比的提高而增大，大于0.5后，塑性收縮裂縫面積隨水灰比的提高而減小。單位體積水泥漿量對混凝土塑性收縮裂縫面積的影響規律與水灰比的影響類(lèi)似，與最大塑性收縮裂縫面積對應的水泥漿量在0.33～0.43m3/m3混凝土之間。水灰比在0.350.65范圍內，混凝土拌合物水份蒸發(fā)速率隨水灰比的提高而增大，兩者之間有良好線(xiàn)性相關(guān)性。
水灰比的選取及選擇?；炷僚浜媳扔嬎愫蟊仨氁谠囼炇疫M(jìn)行試配與調整，以求得最佳的施工配合比。首先應進(jìn)行試拌，以檢查拌合物的性能，通過(guò)調整得到工作性滿(mǎn)足要求的配合比作為基準配合比進(jìn)行強度試驗?；炷嚺鋾r(shí)可采用下述方法進(jìn)行強度試驗與校核。
28d齡期標準法采用三個(gè)不同的配合比，其中一個(gè)為基準配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比較基準配合比分別增加和減少0.05，用標準養護28d齡期的強度與灰水比的關(guān)系作圖或計算，求出試配強度所對應的灰水比，定出所需的配合比。
用標準法求得的配合比能保證配制強度，滿(mǎn)足工作性的要求，并能在滿(mǎn)足強度的前提下，使水泥用量最少。
結 論
本文通過(guò)對特細砂混凝土配合比“最佳設計方案、最佳砂率、最佳水灰比選擇的闡述，從而提出特細砂混凝土配合比優(yōu)化設計方案。特細砂混凝土配合比設計宜采用“三低一超”法聯(lián)合使用，這樣能明顯改善混凝土的物理力學(xué)性能、變形性能和經(jīng)濟。特細砂砂率對混凝土強度影響的靈敏度比中粗砂混凝土要大，達到最佳流動(dòng)性的最佳砂率，在水泥用量和用水量一定的條件下，隨著(zhù)砂率的增加，坍落度減少但混凝土拌和物的粘度系數有一個(gè)極值，它對應的砂率是混凝土拌合物具有最小粘度系數的最佳砂率。最佳配比的確定，采用三個(gè)不同的配合比，其中一個(gè)為基準配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比較基準配合比分別增加和減少0.05，用標準養護28d齡期的強度與灰水比的關(guān)系作圖或計算，求出試配強度所對應的灰水比，定出所需的配合比。(黃守兵)
