无砂混凝土的配合比设计及质量控制

无砂混凝土的配合比设计及质量控制
乐震
（中交隧道局三公司，南京 211102）
摘要：本文采用正交试验法对无砂混凝土进行抗压强度，抗渗试验的研究，从而根据石武客专中交隧道局二工区的现场实际施工需要选定配合比，并通过试验和施工总结出一些质量控制的宝贵经验。

关键词：无砂混凝土配合比强度渗透质量控制
1前言
无砂混凝土是由粗骨料，水泥和水拌合而成的一种多孔的混凝土，由水泥浆包裹粗集料相互连接形成的一种空穴均匀的蜂窝状结构，具有一定的强度和透水性。

在施工中，多用于大坝、挡墙、桥涵台等一些排水或反渗的结构，以代替施工复杂反滤层和渗水结构，并可承受一定负荷，具有透水性和过滤性好，施工简便，省料等优点。

本标段有多个桥涵，需设计合适的无砂混凝土施工无砂混凝土砌块，从而来满足桥涵的排水和反渗要求，设计的无砂混凝土同时也需要满足一定的强度，来承受外界的负荷。

2配合比设计
配合比设计需要从强度等级和抗渗两方面考虑。

强度等级主要是由于水灰比来决定，而抗渗主要决定于孔隙率和有效孔隙率。

一般从骨灰比方面控制，随着孔隙率的增大，强度会逐渐减小，由于孔隙率的存在，无砂混凝土的强度会比一般混凝土要小得多。

我们先用三种不同粒径的碎石分别采用不同的水灰比和骨灰比通过正交试验，来适配，从而从试件检测效果来选定合适的配合比。

2.1原材料
水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥；粗骨料采用10-20mm，5-10mm，
2.5-2mm 3种粒径的碎石。

2.2配合比设计过程
影响无砂混凝土的因素主要是W/C（水灰比），C/S（灰骨比）及粗集料的粒径大小。

首先用正交试验法分别对上述三种粒径的粗集料无砂混凝土进行试验。

以往试验表明，骨料粒径越大，总的比表面积就越小，需要包裹的水泥用量就越少，即需要的灰骨比越小。

通常水泥用量越多，水化产物也会相应的增多，从而提高了胶结料的数量和胶结强度，对于无砂混凝土来说，不同于一般混凝土的地方在于它的空隙率较大，要满足一定的强度和刚度，则必须保证较高剂量的水泥，同时也要考虑到过高的水泥用量会带来较大的干缩和温缩，对于水泥用量的确定必须通过技术和经济两方面考虑，故设计如下方案进行试验。

表1 无砂混凝土配合比试验水平因数表
水平
因素
W/C C/S 水泥等级骨料粒径（mm）
1 0.35 1:4 42.5 2.5-5
2 0.40 1:5 42.5 2.5-5
3 0.42 1:6 42.5 2.5-5
4 0.4
5 42.5 2.5-5
5 0.50 42.5 2.5-5
1 0.35 1:5 42.5 5-10
2 0.40 1:6 42.5 5-10
3 0.42 1:7 42.5 5-10
4 0.4
5 42.5 5-10
5 0.50 42.5 5-10
1 0.35 1:6 42.5 10-20
2 0.40 1:7 42.5 10-20
3 0.42 1:8 42.5 10-20
4 0.4
5 42.5 10-20
5 0.50 42.5 10-20 分别由上表提供的各组数据进行试配，分别做出相应的试件进行，强度试验和
渗透试验，强度试验在材料试验机上进行，渗透试验装置采用自行加工的渗透设
备进行（如图1所示）
试验结果如下：
表2试验结果汇总表
实验项目
粒径（mm）
W/C 2.5-5.0 5.0-10 10-20
C/S 1/4 1/5 1/6 1/5 1/6 1/7 1/6 1/7 1/8
28d抗压强度R （MPa）8.2 5.0 4.9 7.4 6.1 3.5 6.2 5.4 4.1 0.35
9.6 6.5 6.4 8.3 6.7 6.3 8.9 8.5 5.6 0.40 13.2 7.6 4.2 12.6 10.1 9.6 8.0 7.4 5.0 0.42 15.3 8.8 5.5 10.5 8.3 8.0 7.1 5.5 4.5 0.45 10.8 6.0 5.2 8.9 6.5 5.0 6.6 5.5 4.2 0.50
渗透系数K1（cm/s）0.35 0.42 0.53 1.30 1.66 1.84 2.43 2.59 3.23 0.35 0.30 0.38 0.45 0.91 1.23 1.51 2.20 2.52 2.82 0.40 0.25 0.32 0.36 0.65 0.89 1.25 2.11 2.22 2.68 0.42 0.17 0.21 0.23 0.52 0.63 0.86 2.01 2.12 2.42 0.45 0.10 0.13 0.17 0.36 0.41 0.77 1.87 2.05 2.11 0.50
孔隙率% 11.90 13.20 15.10 19.12 20.47 23.83 27.15 29.83 31.51 0.35 10.36 12.21 13.11 16.94 18.95 20.21 25.86 28.35 30.13 0.40 8.22 10.14 11.25 14.75 16.52 18.75 23.63 26.21 28.96 0.42 7.16 8.42 9.36 12.59 14.49 16.21 21.36 24.35 26.10 0.45 5.21 6.97 8.03 10.13 13.32 14.68 19.15 22.71 21.72 0.50
有效孔隙率% 9.38 11.06 12.26 17.01 18.22 21.21 25.76 27.11 28.05 0.35 7.65 9.36 10.21 12.54 15.68 17.34 22.71 25.31 27.24 0.40 5.88 6.46 7.19 10.83 12.25 14.42 21.34 24.10 20.73 0.42 4.31 5.01 5.96 8.12 10.76 12.56 19.31 22.42 24.35 0.45 3.02 4.04 5.13 7.56 9.42 11.36 17.12 20.52 22.12 0.50
依据表2中的28天强度数据得到：
2.5-5mm碎石对应的最高强度为15.3MPa，W/C=0.45为最佳水灰比，最佳
C/S=1/4，对应的渗透系数为0.17cm/s，孔隙率为7.16%，有效孔隙率为4.31%。

5-10mm碎石对应的最高强度为12.6MPa，W/C=0.42为最佳水灰比，最佳C/S=1/5，对应的渗透系数为0.52cm/s，孔隙率为14.76%，有效孔隙率为10.89%。

10-20mm碎石对应的最高强度为8.9MPa，W/C=0.40为最佳水灰比，最佳C/S=1/6，对应的渗透系数为2.01cm/s，孔隙率为25.86%，有效孔隙率为22.71%。

由于设计的混凝土既要满足强度的要求，又要满足实际工程的透水性要求，根据实际桥涵施工的实际需要，我们选择采用10-20mm的碎石。

试验得，混凝土的容重为1810kg/m3
水泥用量C=1810*C/(C+S+W)=1810/(1+S/C+W/C)=1810/(1+6+0.4)=245kg
碎石用量
S=6*C=6*245=1470kg
水用量
W=0.4*C=245*0.4=98kg
故设计的配合比为：
表3无砂混凝土配合比
原材料水泥碎石水
规格型号P.O42.5 10-20mm 饮用水理论配比 1 6 0.4
单方用量245 1470 98
3质量控制应该注意的事项
由试验结果表明，控制好无砂混凝土的质量主要是控制好无砂混凝土的强度和透水性，则需要分四过程控制。

㈠.原材料控制
必须保证原材料（包括水泥、碎石、搅拌用水）检测合格后方可使用。

⑵搅拌控制
采用强制式搅拌机，由于水泥浆的稠度较大，且数量较少，为了保证水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，搅拌时间适当延长。

投料顺序：水泥+ 水，搅拌均匀后加入10mm～20mm 碎石再继续搅拌均匀。

⑶浇筑控制
无砂混凝土是干硬性的混凝土，在浇筑前，用水湿润路面，防止混凝土水分流失加速水泥凝结。

由于无砂混凝土中水泥量有限，只能包裹骨料颗粒，因此，在浇筑时不得采用强烈振捣或夯实，否则将会使水泥浆沉积，破坏混凝土结构均匀性，并在底部形成不透水层。

浇筑后用轻型压路机压实压平拌合物。

⑷养护控制
无砂透水混凝土由于存在大量孔隙，易失水，干燥很快，所以早期养护非常重要。

浇筑后用塑料簿膜覆盖表面，并开始洒水养护。

4结束语
无砂混凝土是一种不含细骨料，由粗骨料表面包覆水泥浆形成的一种蜂窝麻面状结构的混凝土。

无砂混凝土既能满足反滤渗水的需要，又具有一定的强度。

无砂混凝土的配合比设计说到底就是强度和孔隙率的矛盾的统一，既要满足强度要求又要满足工程透水性要求，也要满足经济性要求，故做如表三所示配比。

在实际生产中要严格控制，从原材料到搅拌，到施工，再到养护，需要现场人员的严格管理，和相互之间的密切配合。

参考文献：
1李学军，王明祥。

无砂多孔混凝土试验研究。

西北水资源与水工程，1997.8（4）：28-31 2张洪清，郭秀兰，陈淑香。

大空隙无砂混凝土试验研究。

华北水利水电学院报，1994 （2）：84-89
3中华人民共和国行业标准。

DL/T5150-2001水工混凝土试验规程。

北京：中国电力出
版社，2001.3-4。