CSG贫胶渣砾料碾压混凝土材料试验研究

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摘要： csg（Cement Sand and Gravel）是一种新型建筑材料，即将水和少量的胶凝材料添加到当地现成的天然砂砾石料或其它开挖弃渣中，然后采用简单的拌和装置拌合。CSG与碾压混凝土、松散的砂砾石有着本质的不同，目前国内CSG的应用尚处于探索实践阶段，作为一种新工艺，对促进施工技术发展具有十分重要的意义。

Abstract： CSG （cement sand and gravel） is a kind of new building materials， it adds the water and a small amount of cementitious materials to the locally available natural gravel or other excavation spoil. And then， it mixes it by the simple mixing device. CSG has natural difference with the roller compacted concrete and sand gravel， the application of CSG in China is still in the exploration and practice stage. As a new technology， it is very important to study the construction technology of CSG to promote the construction development.

关键词： CSG；试验；碾压混凝土

Key words： CSG；test；roller compacted concrete

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）04-0114-03

1 研究背景

钱塘江中上游衢江（金华段）航运开发工程游埠枢纽工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等建筑物组成，电站装机4×4MW，多年平均发电量6475万kW・h。本工程临时围堰分为挡水围堰和过水围堰两部分，其中厂房上下游围堰以及泄洪闸上下游挡水围堰均为土石围堰。泄洪闸过水围堰考虑到充分利用附近丰富的砂砾石资源，加快工程施工进度，减少工程投资和围堰拆除难度，采用CSG贫胶渣砾料碾压混凝土结构。每年汛期利用CSG贫胶渣砾料碾压混凝土围堰过水，其余时段为非汛期，设计标准为非汛期5年一遇洪水，其洪峰流量为3800m3/s。

CSG（Cement Sand and Gravel）是一种新型建筑材料，即将水和少量的胶凝材料添加到当地现成的天然砂砾石料或其它开挖弃渣中，然后采用简单的拌和装置拌合。CSG贫胶渣砾料与碾压混凝土、松散的砂砾石有着本质的不同，目前国内CSG的应用尚处于探索实践阶段。

2 CSG材料研究

2.1 材料研究内容

材料试验具体内容有：CSG拌合物的VC值与用水量间的关系；CSG拌合物的容重与砂率间的关系；CSG抗压强度与砂率间的关系；CSG抗压强度与胶凝材料用量间的关系；CSG抗压强度与试件尺寸间的关系；CSG材料弹模、拉伸、抗剪断力学性能试验；CSG渗透性能试验；干缩、自生体变性能；CSG材料绝热温升试验。

2.2 原材料

①天然砂砾料。

采用河床天然砂砾混合料，现场剔除大于150mm砾石（萤石）。详见表1。

②胶凝材料。

水泥、粉煤灰为CSG材料主要胶凝材料，粉煤灰仍为其首选掺合料。

2.3 配合比

①设计参数。

围堰基本设计参数：容重>2200kg/m3；抗剪断系数C′、f′按实测；渗透系数按实测；胶凝材料用量初拟为60～80kg/m3；强度设计龄期按90天。

②初拟配合比。

衢江婺城段航运开发工程泄洪闸横向过水围堰胶凝材料总量初拟60kg/m3、70kg/m3、80kg/m3（粉煤灰掺量50%），选取砂率范围为21%～27%，此时砂砾混合料的振实密度较大。此次试验着重研究含砂率在20%～40%间波动时，抗压强度与砂率间关系，即选取了Sp=20%、Sp=31%（混合砂砾料）、Sp=40%三种跨度较大的砂率，详见表2。

2.4 CSG的各项性能检测结果

①拌合物性能。

根据CSG筑坝材料特点，拌合物室内拌和成型参考碾压混凝土相应工艺：强制搅拌、加压振动成型。采用单卧轴强制搅拌机，由人工先简单剔除>100mm粒径以上颗粒后，用搅拌机干拌20s、湿拌30s，出料后再与大颗粒混合人工翻拌，直至拌和物的颜色基本均匀，效果表3所示。

②抗压强度。

针对衢江婺城段航运开发工程泄洪闸横向过水围堰初拟CSG配比，采用40cm×40cm×40cm与15cm×15cm×15cm两种试件尺寸进行了7天、14天以及28天抗压强度试验。试验结果列于表4。

③抗剪断。

室内抗剪断试验成型时剔除40 mm以上的大骨料，剪断试件尺寸为15cm×15cm×15cm。抗剪断试验在中型剪力仪上进行，试验结果见表5。

④弹性模量和极限拉伸。

室内筛除40mm粒径以上颗粒，成型了Ф150mm×300mm弹模试件和100mm×100mm×515mm轴心抗拉强度试件。弹性模量和极限拉伸试验结果见表6。

⑤渗透性能。

砂砾料最大压实容重与渗透系数见表7。当胶凝材料用量为水泥35kg/m3、粉煤灰35kg/m3时相应的CSG混凝土的渗透系数试验结果见表8。

⑥变形性能。

室内剔除40mm以上砾石颗粒，成型了100mm×100mm×515mm的干缩试件，其试验结果见表9及图1。剔除60mm以上砾石颗粒，成型了Ф200mm×500mm的自生体积变形试件，试验结果详见表10及图2。

⑦热学性能。

室内研究了CSG胶凝砂砾石的绝热温升情况。试验结果见表11及图3。天然砂砾料CSG混凝土的胶凝材料用量仅为60kg/m3，其绝热温升值较低，一般在5℃左右。

3 研究结论

①CSG材料是具有一定强度的干硬凝聚体，其容重在2363 kg/m3～2403 kg/m3范围内。当混合砂砾石含砂量在20%～40%范围时，其中砂浆为连续相，粗骨料为分散相。

②同一龄期下，CSG强度是胶凝材料用量、砂砾石级配、用水量关系的函数。CSG材料强度不仅仅取决于水灰比，还与CSG材料中的可碾性指标即浆砂比关系密切。选取合适砂率有利于强度以及渗透性、耐久性等性能。

③CSG强度随龄期增长而增加。

④180d龄期时，CSG混凝土弹性模量达到10000MPa以上，CSG材料单轴抗压应力～应变关系表明，CSG材料和普通混凝土一样是弹塑性材料。当最大压缩荷载没有超过CSG材料的线性极限强度时，CSG材料呈现出弹性状态。

⑤CSG材料浆体很少，抗拉强度低，变形小。极拉强度随砂率增加而明显减少，极限拉伸值相对来说变化不甚明显。

⑥抗剪断凝聚力C′随龄期增加而增加，90d龄期时C′为0.55MPa，180d龄期时为0.89MPa。摩擦系数f′值基本在1.1左右。

⑦渗透系数试验结果表明CSG混凝土的渗透系数在10-5～10-6数量级间。

⑧CSG混凝土胶凝材料用量较少，其干缩及自生体积变形较小，60d龄期时干缩率为-1.8～-2.8×10-4，360d龄期时自生体变为为20～30微应变，绝热温升值在5℃左右。

4 CSG材料的应用情况

钱塘江中上游衢江（金华段）航运开发工程游埠枢纽工程一期过水围堰采用CSG贫胶渣砾料碾压混凝土，围堰总长283m，具备挡水和过水功能。施工自2014年11月5日开始，至2014年11月23日完成，共计浇筑CSG贫胶渣砾料碾压混凝土5700m3。2015年梅汛期最大洪峰流量4500m3/s，最高洪水水位34.7m，CSG贫胶渣砾料碾压混凝土围堰堰顶过水最高1.9m，过水历时4天，围堰主体安然无恙。因此，CSG贫胶渣砾料碾压混凝土过水围堰在钱塘江中上游衢江（金华段）航运开发工程游埠枢纽工程中的实践应用是成功的，具有一定的推广应用价值。

参考文献：

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