1、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，
2、 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
3、；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
4、 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 因素 水平 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 0.45 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 0.45 42.5 5-10 5 0.50 42.5 5-10 1 0.35 1:6 42.5
5、 10-20 2 0.40 1:7 42.5 10-20 3 0.42 1:8 42.5 10-20 4 0.45 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 粒径（mm）实验 项目 2.5-5.0 5.0-10 10-20 W/C C/S 1/4 1/5 1/6 1/5 1/6 1/7 1/6 1/7 1/8 8.2 5.0 4.9 7.4 6.1 3.5 6.2 5.4
6、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 28d 抗压 强度 R（MPa ） 10.8 6.0 5.2 8.9 6.5 5.0 6.6 5.5 4.2 0.50 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 0.2
7、5 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 渗透系 数 K1（cm/ s） 0.10 0.13 0.17 0.36 0.41 0.77 1.87 2.05 2.11 0.50 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
8、.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 孔隙率% 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
9、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
10、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
11、)=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。 .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。 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
12、，搅拌时间适当延长。投料顺序：水泥+ 水，搅拌 均匀后加入 10mm20mm 碎石再继续搅拌均匀。 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。 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
13、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
