為滿足生產需要，加快生產速度，節約成本和資源，水泥管在生產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生產鋼筋混凝土排水管，與普通混凝土相比，應具有更好的工作性，更高的早期強度和耐久性，因此，其配合比設計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、密實性好、質量穩定的性能特點，以滿足水泥管生產速度快、質量好、強度高等要求。但關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對其性能的影響規律目前尚無系統研究，未能建立指導性的配合比設計參考。因此，本文針對水灰比、摻合料、砂率對干硬性混凝土強度的影響規律展開試驗研究，以期為礦物摻合料在干硬性混凝土中的應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方案

1.1 原材料

水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，物理力學性能 見表1。

砂：渭河產細度模數為2.75的中砂，物理性能見表2。

石子：涇陽產粒徑為5～25mm的碎石，物理性能見表3。

摻合料：蒲城電廠產II級粉煤灰，韓城龍鋼產S95級礦粉，檢測結果見表4。

水：自來水。

1.2 試驗方法

1.2.1 配合比

分別選用0.30、0.35、0.38、0.42這4個水灰比和30%、35%、40%、45%這4個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行水灰比對干硬性混凝土強度影響規律分析；采用B-1、B-2、B-3配合比制備的試件進行粉煤灰摻量對干硬性混凝土強度影響規律分析；采用B-1和B-4配合比制備的試件進行摻合料種類對干硬性混凝土強度影響規律分析；采用B-1、B-5、B-6、B-7配合比制備的試件進行砂率對干硬性混凝土強度影響規律分析。

比表面積	燒失量	標準稠度用	凝結時間/min		抗折強度/MPa		抗壓強度/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/%	黏土淤泥細屑含量/%	有機質含量 （比色法）
1413	2597	2576	43.1	0.84	淺于標準色

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/%	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	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 試件成型與養護

為研究干硬性混凝土的力學性能，參照文獻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，其側壁能夠承受較大壓力。利用該種試模在混凝土成型機上壓制和脫模。

按以下步驟進行干硬性混凝土試件的制備與養護：①將原材料以碎石→水泥→砂子的順序投入混凝土攪拌機中， 攪拌60s；②加入計量好的自來水，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→壓制的方法成型；④成型后拆模，將試件放置于標準養護室[溫度(20±2)°C、相對濕度大于95%]進行養護；⑤標準養護至指定齡期（3d、7d、14d、28d），取出試件，測試其抗壓強度。

2. 試驗結果與分析

2.1 水灰比對干硬性混凝土強度的影響

不同水灰比的干硬性混凝土試件標準養護至3d、7d、14d、28d時進行抗壓強度測試，試驗結果如圖1所示。從圖1可以看出，同一齡期時，干硬性混凝土的抗壓強度隨水灰比增大而逐漸降低，符合混凝土強度的一般變化規律。這是因為水灰比較大時，混凝土新拌狀態下的水泥漿濃度低，黏結力下降，至混凝土硬化時易產生細小裂紋；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面積減小，造成黏結力減小；同時，當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。

試驗配合比均能滿足C30混凝土28d抗壓強度，但綜合考慮，水灰比不宜大于0.40。

2.2 摻合料對干硬性混凝土強度的影響

2.2.1 粉煤灰摻量對干硬性混凝土強度的影響

干硬性混凝土3d、7d、14d、28d抗壓強度與粉煤灰摻量的關系如圖2所示。從圖2可以看出，摻粉煤灰混凝土的早齡期強度較低、后齡期強度增長較大。同一水灰比下，混凝土早期（3d、7d、14d）抗壓強度隨著粉煤灰摻量增加而降低；28d抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加先增大后降低，粉煤灰摻量為20%時的28d抗壓強度最大。粉煤灰摻量在10%～20%之間對混凝土的抗壓強度影響不是很大，而且由于粉煤灰的二次水化作用，可以預測其后期強度不會低于甚至會高于不摻粉煤灰的混凝土，同時可以節約水泥，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的需要。

2.2.2 摻合料種類對干硬性混凝土強度的影響

分別摻加10%粉煤灰或10%礦粉的干硬性混凝土（B-1和B-4)標準養護至3d、7d、14d、28d進行抗壓強度測試，試驗結果如圖3所示。由圖3可知，摻加粉煤灰或礦粉的干硬性混凝土，早期強度增長速度較慢，但中后期強度相對較好。同等摻量下，摻粉煤灰干硬性混凝土的早期強度增長相對較慢，礦粉對干硬性混凝土強度的增長作用快于粉煤灰。可見，從干硬性混凝土抗壓強度方面考慮，礦粉的提高作用優于粉煤灰。

2.3 砂率對干硬性混凝土強度的影響

不同砂率的干硬性混凝土標準養護至3d、7d、14d、28d進行抗壓強度測試，試驗結果如圖4所示。由圖4可知，干硬性混凝土的抗壓強度隨砂率增加先增大后減小，砂率為35%時，抗壓強度達到最大值，隨后隨著砂率增大抗壓強度逐漸減少。齡期為28d時，砂率為35%的干硬性混凝土抗壓強度為66.88MPa，較砂率為30%、40%、45%試件的抗壓強度分別提高了40%、16.68%、43.55%。這是因為砂率較低時，水泥砂漿不能完全填充粗骨料間的空隙，拌合物缺漿，混凝土流動性下降，試件成型后內部空隙較多，不密實，故試件強度較低；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，流動性增大，試件成型后空隙率減少，內部更加 密實，因而干硬性混凝土強度提高。

砂率由35%增大到40%、45%時，混凝土28d抗壓強度分別下降14.29%和30.34%。砂率增大使混凝土強度下降的主要原因為：砂子的比表面積比粗骨料大，砂率過大時，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，黏結力降低，潤滑作用下降，流動性降低，不易形成理想的骨料嵌鎖型結構，使硬化后的混凝土密實性降低，同時過高的砂率也破壞了粗骨料之間的機械咬合力。

綜上所述，干硬性混凝土抗壓強度對砂率變化較為敏感，當砂率35%時，干硬性混凝土的抗壓強度最高。

3. 結語

從抗壓強度方面考慮，進行干硬性混凝土配合比設計時應使相關參數滿足下列要求：①水灰比不宜大于0.4；②盡量采用礦粉作為摻合料，當采用粉煤灰時，其摻量宜在10%～20%之間；③最優砂率為32%～37%。此外，還應充分攪拌原材料，控制單位體積水用量。