王振平

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114000)

近些年來，砂巖材料在許多水利工程建設(shè)過程中得到應(yīng)用，其材料強(qiáng)度和類砂巖較為相似，但成本要明顯低于砂巖[1]。砂巖材料主要由石灰、骨料以及水泥三個要素組合，其配比方法對其強(qiáng)度影響較大。當(dāng)前，許多學(xué)者通過試驗方法對其配比方案進(jìn)行探討，取得一定研究成果[2-6]，但這些成果大都未能進(jìn)行不同配比方案下的強(qiáng)度試驗，且未能對其影響主要因子進(jìn)行探討。多個研究成果表明[7-10]，當(dāng)配比方案達(dá)到最優(yōu)，其強(qiáng)度可達(dá)到最大。為此，文章通過試驗方法，對不同水工砂巖材料的配比方案下的強(qiáng)度進(jìn)行試驗探討，并對其強(qiáng)度影響主因進(jìn)行分析。研究成果對于砂巖材料的優(yōu)化使用具有重要參考。

1 試驗材料及試驗方案

石灰、骨料以及水泥是水工砂巖材料的重要成分，在具體使用時還需要增加外用添加劑增強(qiáng)其材料的強(qiáng)度，采用1.45mm的篩子對砂巖骨料進(jìn)行篩選，強(qiáng)膠效果采用水泥進(jìn)行加固。采樣細(xì)度為30um范圍內(nèi)的鐵粉作為外用添加劑提高砂巖材料的導(dǎo)熱能力。不同砂巖材料配比參數(shù)，見表1，并采用正交相對方式設(shè)計兩種砂巖材料的配比方案，不同砂巖正交相對配比方案，見表2；試驗方案設(shè)計配比，見表3。

表1 不同砂巖配比參數(shù)

續(xù)表1 不同砂巖配比參數(shù)

表2 不同砂巖正交相對配比方案

表3 試驗方案設(shè)計配比

2 試驗結(jié)果

2.1 不同配比方案強(qiáng)度試驗結(jié)果

對不同砂巖材料配比方案下的進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)以及單軸抗壓強(qiáng)度的試驗分析，不同砂巖材料配比方案下的強(qiáng)度試驗指標(biāo)結(jié)果，見表4。

對不同砂巖的特征指標(biāo)進(jìn)行10組相似試驗方法分析，從試驗分析結(jié)果可看出，不同試驗配比方案下粗粒石英砂巖飽和密度均低于中粒紅砂巖。兩種類型砂巖材聲波波速變幅相對較低。兩種類型砂巖在不同配比方案下的導(dǎo)熱系數(shù)變化受外界影響程度較低，且其單軸抗壓強(qiáng)度均>15MPa，單軸抗壓強(qiáng)度相對較高。

表4 不同砂巖材料配比方案下的強(qiáng)度試驗指標(biāo)結(jié)果

2.2 砂巖材料最優(yōu)配比方案分析

結(jié)合不同配比方案下兩種砂巖類型材料的強(qiáng)度特征指標(biāo)試驗結(jié)果，將各試驗指標(biāo)作為因變量，自變量為不同配比，建立各類型砂巖材料配比與強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)方程，方程如下所示，并對不同配比方案進(jìn)行綜合對比，確定兩種砂巖類型材料的最優(yōu)配比方案。各類型砂巖材料的最優(yōu)配比結(jié)果，見表5；原料砂巖與類砂巖材料強(qiáng)度特征指標(biāo)對比試驗結(jié)果，見表6。

粗粒石英相關(guān)方程：

(1)

中粒紅相關(guān)方程為：

(2)

表5 各類型砂巖材料的最優(yōu)配比結(jié)果

表6 原料砂巖與類砂巖材料強(qiáng)度特征指標(biāo)對比試驗結(jié)果

結(jié)合各類型砂巖材料配比和強(qiáng)度特征指標(biāo)的相關(guān)方程，對不同配比下的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析，確定各類型砂巖材料的最優(yōu)配比。粗粒石英砂巖最優(yōu)配比方案為水泥與骨料比為0.53、水灰比為0.47，外加劑鐵粉的滲入質(zhì)量比為6.9%，中粒紅砂巖材料其最優(yōu)配比方案為水泥與骨料比為0.49、水灰比為0.53，外加劑鐵粉的滲入質(zhì)量比為7.5%。在同一配比方案下，各類型砂巖材料與原料砂巖的強(qiáng)度指標(biāo)較為接近，單軸抗壓強(qiáng)度可>25MPa，滿足水工材料的強(qiáng)度要求。

3 結(jié) 論

1)不同配比方案下粗粒石英砂巖飽和密度均低于中粒紅砂巖，材聲波波速變幅相對較低。兩種類型砂巖在不同配比方案下的導(dǎo)熱系數(shù)變化受外界影響程度較低，且其單軸抗壓強(qiáng)度均>15MPa，單軸抗壓強(qiáng)度相對較高。

2)在同一配比方案下，各類型砂巖材料與原料砂巖的強(qiáng)度指標(biāo)較為接近，單軸抗壓強(qiáng)度可>25MPa，滿足水工材料的強(qiáng)度要求。