机制砂在高性能混凝土中的应用

机制砂在高性能混凝土中的应用

刘恩忠

中交一公局六公司

摘要：高性能混凝土对原材料要求非常严格，在优质河砂资源有限的条件下，采用机制砂配置高性能混凝土是现阶段的一个研究方向。本文介绍了机制砂在思遵高速公路高性能混凝土施工中的使用及质量控制情况。

关键词：机制砂高性能混凝土施工控制点

1、前言

混凝土是现代主要建筑材料之一，也是世界上生产量最大的人造材料。随着混凝土技术的迅速发展和社会的需要，现代混凝土对砂的技术要求越来越高。特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求非常严格，但天然砂作为一种地方资源短时间内不可能再生和长距离运输，随着基本建设的日益发展，在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况。另外天然砂大多是集体、个体开采或经营，而且很多天然砂根本不是生产厂家提供，而是由个体分散挖掘，经营者收购售出，生产中基本无质量控制手段，因此砂质量的控制全靠使用单位进场后的试验，工程用砂的质量责任几乎全转移到使用者身上。生产和经营者根本不承担责任，或难以让他们承担责任，这是非常不合理的。而且，这种控制实际上非常被动和无奈，代表性也很差，由此导致了一些工程事故的发生。在经济利益的驱使下，于是在很多地区都出现了乱采乱挖天然砂的情况，毁田挖砂、砂的质量也越来越差，颗粒级配不合理、含泥量严重超标，并由此引发了不少工程事故，影响了工程建设的进展，机制砂的生产和使用是工程用砂的一个发展方向。

2、工程概况

思遵高速公路是国家高速公路网中杭州至瑞丽高速公路在贵州境内的控制性段落，也是贵州省东西向运输的重要通道。本合同段重点工程为现浇连续刚构天池特大桥1座、大桥6座，混凝土工程量大是我合同段的一大特点，为了加强混凝土的质量控制，保障混凝土的耐久性要求，在新技术、新材料、新设备、新工艺的采用方面做了很多探索和创新工作，采用机制砂进行高性能混凝土施工就是重点的一个项目。

3、高性能混凝土的配制原则

①配制高性能混凝土重点是降低水胶比，在保证混凝土强度的情况下减少水泥用量，为此采用掺加聚羧酸高效减水剂来达到理想的配制效果。

②控制材料中的有害物质，选用优质的机制砂和碎石进行试配。机制砂质量的重点就是控制石粉含量，石粉中大部分为加工中的含土粉尘，而不是需要的磨细矿粉，所以石粉含量需要高度重视。

③掺加粉煤灰替代部分水泥，可以明显改善机制砂混凝土的可泵性。保证高墩施工的泵送连续性，避免堵管造成混凝土的质量缺陷。

④加强控制水泥的碱含量、C3A含量、细度等指标，降低水泥的水化热早期生成，提高混凝土的耐久性。

⑤限制胶凝材料总量，禁止胶凝材料总量超过500Kg/m3，如条件允许可采用42.5R或52.5普通硅酸盐水泥进行C50以上混凝土的试配工作。

4、机制砂与天然砂在高速公路上的使用对比分析

（一）机制砂和天然砂的区别

机制砂与天然砂最大的差异主要为：天然砂具

有较浑圆的颗粒和光滑的表面，有利于混凝土的工

作性，尤其是在混凝土灌注桩施工中天然砂的优势

非常明显。机制砂则具有尖锐的颗粒和较多的棱角，

粗糙的表面，对混凝土的工作性存在一定影响，如

进行灌注桩的施工时需控制石粉含量为上限值，增

加混凝土的和易性，利于灌注；反之配制高标号混

凝土时控制石粉含量为下限，降低混凝土的干缩裂

缝，保障混凝土的耐久性和强度。

（二）机制砂应用在高速公路工程中必须重视的关键技术问题

（1）对于高速公路的施工特性，规模为中小的砂厂就能满足施工需要，控制机制砂质量等参数指标，达到有效管理机制砂的生产及质量控制。机制砂的母材强度必须≥75Mpa，且应使用反击破粗碎的碎石进行机制砂加工生产。

（2）高性能混凝土用机制砂级配

注：除4.75 mm和0.60 mm筛孔外，其余各筛孔累计筛余允许超出分界线，但其总量不得大于5%。

（3）亚甲蓝（MBV）试验为确定细集料中是否存在膨胀性粘土矿物，评定集料的洁净程度。通过严格的规定，限制机制砂中石粉含量的指标。建立相关的质量检测标准，树立对石粉含量在机制砂混凝土中的作用与机理的科学认识。机制砂经亚甲蓝法试验MBV值判定后，其石粉含量应符合表1和表2的规定。

①当MBV＜1.4时，石粉含量应符合表1要求：

表1 石粉含量限值（%）

注：C50-C55机制砂混凝土的胶凝材料总量不超过470Kg/m3时，可放宽至10.0%。

②当MBV≥1.4时，石粉含量应符合表2要求：

表2石粉含量限值（%）

（4）天然砂和机制砂混凝土配合比的指标对比

以C25混凝土、C30混凝土和C50混凝土为例，天然砂和机制砂的水泥混凝土配合比比较见表3、表4。

表3 使用天然砂的混凝土混合比

注：1、C25、C30混凝土用碎石16-31.5mm：10-20mm：5-10mm=20%：50%：30%

2、C50混凝土用碎石10-20mm：5-10mm=70%：30%

注：1、C25、C30混凝土用碎石16-31.5mm：10-20mm：5-10mm=20%：50%：30%

2、C50混凝土用碎石10-20mm：5-10mm=70%：30%

从表3和表4所反映的情况可以看出，使用天然砂和机制砂在制作混凝土所有相关指标所达到的结果基本一致。机制砂混凝土配合比存在水泥用量低，强度高等特点。

从上表可以看出粉煤灰泵送混凝土容重低于普通泵送混凝土，水泥和水的用量也相应的降低。粉煤灰的掺加改善了机制砂混凝土的和易性，有利于高墩的泵送施工，同时还节约了生产成本。

5、机制砂混凝土在施工中的应用

（1）机制砂高性能混凝土拌合

①必须采用双卧轴强制式搅拌机，搅拌时间控制在60-90S。

②机制砂、碎石应搭建遮雨大棚，避免因雨水等原因导致原材料内外的含水量差异。

③外加剂宜采用液体外加剂，根据实际情况适当延长搅拌时间。

④拌制第一盘混凝土时，可增加水泥和机制砂用量10%，并保持水灰比不变，以便使搅拌机挂浆。

⑤冬季施工时，应保证混凝土拌合物入模温度不低于5℃。夏季施工时应保证混凝土入模温度不高于30℃。

（2）机制砂高性能混凝土的运输

①机制砂高性能混凝土出机至浇筑入模之间的间隔时间不宜大于75min。

②采用混凝土运输罐车运输混凝土，当罐车到达浇筑现场时，应使搅拌罐车高速旋转20-30S，再将

混凝土拌合物卸出。如混凝土拌合物因稠度原因出罐困难，可适当加入减水剂，并使搅拌罐车高速旋转90S后，将混凝土拌合物卸出。

③在混凝土拌合物浇筑和运输过程中，严禁向混凝土拌合物中加水。

（3）机制砂高性能混凝土的浇筑

①应针对工程特点、施工环境条件与施工条件事先设计浇筑方案，包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度等。

②混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行，混凝土的一次浇筑厚度不宜大于30cm。

③上下层同一位置浇筑的间隔时间不宜超过120min，不得出现冷缝和随意留置施工缝。

④预应力混凝土预制梁应一次浇筑成型，每片梁的浇筑时间不宜超过6h。

⑤以振动棒振捣为主，附着式振动器合理的配合使用。

⑥应按事先规定的工艺路线和方式将入模的混凝土捣实，每点的振捣时间不宜超过30S，以表面呈平坦泛浆为准。机制砂混凝土比河砂混凝土易于流化离析，尤其应该避免过振。

（4）机制砂高性能混凝土的养护

①混凝土带模养护期间，可采用包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿养护。

②拆模后，应对混凝土采用蓄水、浇水、洒水或覆盖冲水保湿等措施进行潮湿养护。

③混凝土终凝后的洒水养护时间为7天，保湿养护时间为不低于14天。

6、机制砂混凝土的施工特点

（1）除机制砂混凝土有较差的耐磨性外，其它各项指标与天然砂混凝土的差异并不明显。

（2）机制砂混凝土弹性徐变量与天然砂混凝土差别不大，可达到国家现行标准规定要求。预应力混凝土使用机制砂制作可以保证构件抗裂性达到较为安全的程度。

（3）由于机制砂中含有较大的粉末，最好选择配制低流动性混凝土，来提高混凝土强度和节约水泥用量。在高性能配合比设计中，最佳选择是砂率低、水灰比较小和高强度、粒形好的未风化的母岩破碎的砂与相关外加剂结合使用。

（4）机制砂混凝土最好选用机械搅拌和振捣，搅拌时间需严格按国家标准的要求。

（5）特别注意早期养护以保证机制砂高性能混凝土强度的正常发展和减少收缩。

（6）经过实际工程的使用分析发现，在同等施工条件下，机制砂在高标号混凝土的使用结果跟天然砂几乎一致，单独使用机制砂配制高强度混凝土和单独使用天然砂配制高强度混凝土其结果并无明显区别，所有指标全部达到规定要求。但单独的天然砂配制高强度混凝土，因其细度模数偏低，易造成混凝土裂缝。在使用于低标号混凝土时，机制砂在强度等方面能与天然砂一致，所有指标均能达到规范要求，但在外观上跟同条件的使用天然砂的混凝土相比相差较大，主要表现为外表面光洁度较差，工作性差。同时单独的机制砂配置低标号混凝土，因机制砂表面粗糙，多棱角，给混凝土拌和物工作性带来一定负面的作用，造成施工困难。

7、机制砂混凝土的成品检测结果

（1）混凝土灌注桩桩基芯样检测强度结果见表5。

表5 混凝土灌注桩取芯强度汇总表

（2）T梁回弹强度检测结果见表6。

（3）天池特大桥空心薄壁墩回弹强度检测结果见表7。

表7 天池特大桥空心薄壁墩R28天回弹强度汇总表

8、结束语

在高速公路飞速发展的今天，高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代技术制作的混凝土。高强不等于高性能，机制砂在高性能混凝土施工中的应用，充分解决了在没有和缺少天然砂的情况下混凝土的拌合施工。思遵高速公路工程中采用机制砂配制的高性能混凝土强度等级为C50，经试验及施工证明，在这一强度等级范围内，机制砂高性能混凝土具有优越的综合技术性能和经济性，不仅保证了高速公路质量，节约了建造成本，提升了资源利用率，更为我国在高速公路上扩大机制砂的使用打下了坚实基础。机制砂配制高性能混凝土的综合技术水平超出了目前较低强度等级才可以使用机制砂混凝土的惯例，对公路桥涵混凝土工程施工具有重要意义。

参考文献

1.中华人民共和国行业推荐性标准.公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）.北京：人民交通出版社，2011.

2.贵州省地方标准.山砂混凝土技术规程（DBJ52-016－2010）.贵阳：贵州省住房和城乡建设厅出版发行，2010.

3.贵州省地方标准.贵州省高速公路机制砂高强度混凝土技术规程（DBJ52-55－2008）.贵阳：贵州省建设厅出版发行，2008.

4.中华人民共和国行业标准.公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）.北京：人民交通出版社，2006.

作者简介：

刘恩忠，男，生于1971年3月，北京工业大学大专助理工程师。