為滿足生產(chǎn)需要，加快生產(chǎn)速度，節(jié)約成本和資源，水泥管在生產(chǎn)過程中廣泛采用干硬性混凝土。干硬性混凝土適用于水泥制管機(jī)生產(chǎn)鋼筋混凝土排水管，與普通混凝土相比，應(yīng)具有更好的工作性，更高的早期強(qiáng)度和耐久性，因此，其配合比設(shè)計(jì)及施工工藝均不同于普通混凝土。有研究表明，干硬性混凝土應(yīng)采用比普通混凝土更小的水灰比，砂率控制在28%～37%，才能使其具有快硬早強(qiáng)、密實(shí)性好、質(zhì)量穩(wěn)定的性能特點(diǎn)，以滿足水泥管生產(chǎn)速度快、質(zhì)量好、強(qiáng)度高等要求。但關(guān)于添加礦物摻合料的干硬性混凝土的水灰比、砂率及摻合料選擇等參數(shù)對(duì)其性能的影響規(guī)律目前尚無系統(tǒng)研究，未能建立指導(dǎo)性的配合比設(shè)計(jì)參考。因此，本文針對(duì)水灰比、摻合料、砂率對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律展開試驗(yàn)研究，以期為礦物摻合料在干硬性混凝土中的應(yīng)用及其水灰比和砂率的確定提供一定參考。

1. 干硬性混凝土配合比試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，物理力學(xué)性能 見表1。

砂：渭河產(chǎn)細(xì)度模數(shù)為2.75的中砂，物理性能見表2。

石子：涇陽產(chǎn)粒徑為5～25mm的碎石，物理性能見表3。

摻合料：蒲城電廠產(chǎn)II級(jí)粉煤灰，韓城龍鋼產(chǎn)S95級(jí)礦粉，檢測結(jié)果見表4。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 配合比

分別選用0.30、0.35、0.38、0.42這4個(gè)水灰比和30%、35%、40%、45%這4個(gè)砂率制備干硬性混凝土試件；礦物摻合料選用粉煤灰和礦粉兩種，其中粉煤灰摻量為10%、20%、30%，礦粉摻量為10%。具體配合比如表5所示。

采用A、B-1、C、D配合比制備的試件進(jìn)行水灰比對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律分析；采用B-1、B-2、B-3配合比制備的試件進(jìn)行粉煤灰摻量對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律分析；采用B-1和B-4配合比制備的試件進(jìn)行摻合料種類對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律分析；采用B-1、B-5、B-6、B-7配合比制備的試件進(jìn)行砂率對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律分析。

比表面積	燒失量	標(biāo)準(zhǔn)稠度用	凝結(jié)時(shí)間/min		抗折強(qiáng)度/MPa		抗壓強(qiáng)度/MPa
/(m2/kg)	/%	水量/%	初凝	終凝	3d	28d	3d	28d
339.21	2.33	28.40	100	160	4.6	8.0	22.5	47.2

松散堆積密度/(kg/m3)	干表觀密度/(kg/m3)	飽和面干表觀密度/(kg/m3)	空隙率/%	黏土淤泥細(xì)屑含量/%	有機(jī)質(zhì)含量 （比色法）
1413	2597	2576	43.1	0.84	淺于標(biāo)準(zhǔn)色

松散堆積密度	干表觀密度	飽和面干表觀密度	含泥量	針片狀含量	空隙率	奪碎值	超徑	遜徑
/(kg/m3)	/(kg/m3)	/(kg/m3)	/%	/%	/%	/%	/%	/%
1495	2680	2660	0.2	3.2	38	9.7	0	0.8

品種	比表面積/(m2/kg)	密度/(kg/m3)	活性指數(shù)/%	含水率/%	燒失量/%	SO3/%	MgO/%
粉煤灰	270	3.09	76.4	0.85	1.98	1.41	8.41
礦粉	443	2.90	98.0	0.50	1.26	0.81	1.04

編號(hào)	水灰比 W/C	水	礦粉	水泥	粉煤灰	砂率/%	砂	碎石
A	0.30	111.0	0	333	37	35	658	1222
B-1	0.35	129.5	0	333	37	35	678	1259
B-2	0.35	129.5	0	296	74	35	678	1259
B-3	0.35	129.5	0	262	108	35	678	1259
B-4	0.35	129.5	37	333	0	35	678	1259
B-5	0.35	129.5	0	333	37	30	581	1356
B-6	0.35	129.5	0	333	37	40	775	1162
B-7	0.35	129.5	0	333	37	45	872	1065
C	0.38	140.6	0	333	37	35	687	1277
D	0.42	139.9	0	333	37	35	698	1296

1.2.2 試件成型與養(yǎng)護(hù)

為研究干硬性混凝土的力學(xué)性能，參照文獻(xiàn)中干硬性混凝土試件的制備方法制作150mm×150mm×150mm的立方體試模，上下底模使用兩塊壓板，其側(cè)壁能夠承受較大壓力。利用該種試模在混凝土成型機(jī)上壓制和脫模。

按以下步驟進(jìn)行干硬性混凝土試件的制備與養(yǎng)護(hù)：①將原材料以碎石→水泥→砂子的順序投入混凝土攪拌機(jī)中， 攪拌60s；②加入計(jì)量好的自來水，攪拌180s；③將攪拌好的混凝土裝入專用模具中，按照壓制→振動(dòng)→壓制的方法成型；④成型后拆模，將試件放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室[溫度(20±2)°C、相對(duì)濕度大于95%]進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；⑤標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至指定齡期（3d、7d、14d、28d），取出試件，測試其抗壓強(qiáng)度。

2. 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水灰比對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響

不同水灰比的干硬性混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3d、7d、14d、28d時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，同一齡期時(shí)，干硬性混凝土的抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而逐漸降低，符合混凝土強(qiáng)度的一般變化規(guī)律。這是因?yàn)樗�灰比較大時(shí)，混凝土新拌狀態(tài)下的水泥漿濃度低，黏結(jié)力下降，至混凝土硬化時(shí)易產(chǎn)生細(xì)小裂紋；其次，多余的游離水往往先附著在骨料的下部分，使得膠體與骨料黏結(jié)面積減小，造成黏結(jié)力減小；同時(shí)，當(dāng)剩余的游離水逐漸排出后形成孔隙，混凝土硬化后孔隙率大，密度小。

試驗(yàn)配合比均能滿足C30混凝土28d抗壓強(qiáng)度，但綜合考慮，水灰比不宜大于0.40。

2.2 摻合料對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響

2.2.1 粉煤灰摻量對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響

干硬性混凝土3d、7d、14d、28d抗壓強(qiáng)度與粉煤灰摻量的關(guān)系如圖2所示。從圖2可以看出，摻粉煤灰混凝土的早齡期強(qiáng)度較低、后齡期強(qiáng)度增長較大。同一水灰比下，混凝土早期（3d、7d、14d）抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量增加而降低；28d抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加先增大后降低，粉煤灰摻量為20%時(shí)的28d抗壓強(qiáng)度最大。粉煤灰摻量在10%～20%之間對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不是很大，而且由于粉煤灰的二次水化作用，可以預(yù)測其后期強(qiáng)度不會(huì)低于甚至?xí)�高于不摻粉煤灰的混凝土，同時(shí)可以節(jié)約水泥，明顯改善混凝土的和易性，故完全 可以滿足干硬性混凝土生產(chǎn)的需要。

2.2.2 摻合料種類對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響

分別摻加10%粉煤灰或10%礦粉的干硬性混凝土（B-1和B-4)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3d、7d、14d、28d進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，摻加粉煤灰或礦粉的干硬性混凝土，早期強(qiáng)度增長速度較慢，但中后期強(qiáng)度相對(duì)較好。同等摻量下，摻粉煤灰干硬性混凝土的早期強(qiáng)度增長相對(duì)較慢，礦粉對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的增長作用快于粉煤灰�？梢�，從干硬性混凝土抗壓強(qiáng)度方面考慮，礦粉的提高作用優(yōu)于粉煤灰。

2.3 砂率對(duì)干硬性混凝土強(qiáng)度的影響

不同砂率的干硬性混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3d、7d、14d、28d進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，干硬性混凝土的抗壓強(qiáng)度隨砂率增加先增大后減小，砂率為35%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，隨后隨著砂率增大抗壓強(qiáng)度逐漸減少。齡期為28d時(shí)，砂率為35%的干硬性混凝土抗壓強(qiáng)度為66.88MPa，較砂率為30%、40%、45%試件的抗壓強(qiáng)度分別提高了40%、16.68%、43.55%。這是因?yàn)樯奥瘦^低時(shí)，水泥砂漿不能完全填充粗骨料間的空隙，拌合物缺漿，混凝土流動(dòng)性下降，試件成型后內(nèi)部空隙較多，不密實(shí)，故試件強(qiáng)度較低；隨著砂率提高，水泥砂漿增多，粗骨料表面能夠被漿體充分包裹，流動(dòng)性增大，試件成型后空隙率減少，內(nèi)部更加 密實(shí)，因而干硬性混凝土強(qiáng)度提高。

砂率由35%增大到40%、45%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度分別下降14.29%和30.34%。砂率增大使混凝土強(qiáng)度下降的主要原因?yàn)椋荷白拥谋缺砻娣e比粗骨料大，砂率過大時(shí)，隨著砂率增加，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，黏結(jié)力降低，潤滑作用下降，流動(dòng)性降低，不易形成理想的骨料嵌鎖型結(jié)構(gòu)，使硬化后的混凝土密實(shí)性降低，同時(shí)過高的砂率也破壞了粗骨料之間的機(jī)械咬合力。

綜上所述，干硬性混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)砂率變化較為敏感，當(dāng)砂率35%時(shí)，干硬性混凝土的抗壓強(qiáng)度最高。

3. 結(jié)語

從抗壓強(qiáng)度方面考慮，進(jìn)行干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使相關(guān)參數(shù)滿足下列要求：①水灰比不宜大于0.4；②盡量采用礦粉作為摻合料，當(dāng)采用粉煤灰時(shí)，其摻量宜在10%～20%之間；③最優(yōu)砂率為32%～37%。此外，還應(yīng)充分?jǐn)嚢柙�材料，控制單位體積水用量。