機制砂在混凝土工程中的應用

機制砂在混凝土工程中的應用目前我國多數(shù)地區(qū)土木工程建設(shè)應用的是天然砂，天然砂資源是一種地方資源，在短時間內(nèi)不可再生且不宜長距離運輸。隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展和環(huán)境保護的需要，在我國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、砂質(zhì)量下降、限采或禁采天然砂的情況，混凝土用砂供需矛盾尤為突出。而天然砂的價格越來越高，用砂高峰時甚至無砂可用，影響了工程建設(shè)的進展。為適應新形勢的發(fā)展，2002年2月1日起實施的國標GB/T14684-2001《建筑用砂》首次增加了人工砂種類，如同其他新事物一樣，機制砂目前的發(fā)展極不平衡，仍有很大阻力，機制砂高性能混凝土性能的技術(shù)研究和推廣應用是擺在工程技術(shù)人員和管理、設(shè)計人員面前的迫切任務。標簽：機制砂；混凝土；應用一、機制砂的發(fā)展我國從20世紀60年代起，一些水電和土木建設(shè)工程就開始就地取材進行機制砂的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品技術(shù)性能和混凝土中應用的研究，并開始在工程上使用。第一條機制砂生產(chǎn)線創(chuàng)于四川的“映秀灣”電站工程，66年底建成，該生產(chǎn)線總產(chǎn)量為60萬噸。2002年2月1口起實施的國標GB/T14684-2001《建筑用砂》首次增加了人工砂種類，確定了人工砂的定義、技術(shù)要求和檢驗方法，規(guī)定了凡經(jīng)除土處理的機制砂、混合砂都統(tǒng)稱為人工砂；由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風化巖石；由機制砂和天然砂混合制成的砂稱為混合砂。為解決河道挖砂的廢石處理找到了出路，為合理利用石粉打下了技術(shù)基礎(chǔ)，同時，保證了機制砂的質(zhì)量。為機制砂的發(fā)展開創(chuàng)了新的局面。二、機制砂生產(chǎn)加工及物理性能參數(shù)機制砂顧名思義是由機械設(shè)備制作的人工砂，機制砂(Manufacturedsand)是由機械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包含軟質(zhì)巖、風化巖的顆粒。機制砂絕大多數(shù)為灰白或灰黑色，由于是由機械作用制作而成的。顆粒具有菱角、表面比較粗糙，成三角形或正方形且還含有一定量的石粉。在用機制砂配制混凝土時，工作性較差，容易造成新拌混凝土泌水。機制砂的生產(chǎn)通常采用天然巖石、卵石以及尾礦砂、石屑等。機制砂顆粒表面粗糙，棱角尖銳，形狀很不規(guī)則，并且針片狀含量很高。配制混凝土時，由于顆粒之間的咬合和摩擦，使得新拌混凝土的流動阻力增大，大大降低混凝土的流動性，極易造成混凝土的松散和泌水，滿足不了施工的要求。因此，在配制混凝土時，特別是大流動性混凝土，機制砂的顆粒形態(tài)對于新拌混凝土的工作性影響非常重要。目前的國家標準對于機制砂的性能測試僅局限于級配、壓碎指標等基本物理性能參數(shù)指標，無法滿足對于機制砂的全面性能評價測試，以便于控制機制砂的質(zhì)量，確定技術(shù)路線，指導機制砂混凝土的生產(chǎn)配制。而目前對于顆粒形態(tài)的描述，大部分是基于顯微照相技術(shù)的描述和評測，設(shè)備先進，購置價格高，而且分析要求高，無法直觀的表述。也不能適用于混凝土生產(chǎn)制造企業(yè)使用，以及直觀的反映機制砂的顆粒形貌，用于指導生產(chǎn)。三、機制砂物理性能參數(shù)3.1棱角性指標目前我國對于機制砂棱角性指標的測試方法，在建筑類標準上并未有體現(xiàn)。目前只是在公路標準中瀝青混合料集料測試方法中有具體的測試方法和指標。也是參考了國外對于集料顆粒形態(tài)的測試標準。機制砂棱角性試驗（流動時間法）按以下方法進行。流動時間法是通過測定一定體積的機制砂全部通過標準漏斗所需要的流動時間，稱為機制砂的棱角性，以s表示。機制砂棱角性指標的測定是用于評定機制砂顆粒和表面構(gòu)造和粗糙度，來預測機制砂對新拌混凝土工作性能的影響，以便于采取相應的技術(shù)手段達到所需的工作性能。機制砂的顆粒級配機制砂的顆粒級配通過篩分法進行試驗測試，試驗方法按照《公路工程集料試驗規(guī)程》JTGE42-2005中篩分析方法進行，計算各標準篩的分計篩余率和累計篩余率。機制砂的各級篩的累計篩余率應符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011要求，如表1所示.機制砂應優(yōu)先滿足II區(qū)的質(zhì)量要求，當不能滿足時，應采取調(diào)整砂率和膠凝材料用量來滿足配制混凝土要求。機制砂級配也可采用人工調(diào)整級配的方法，使機制砂滿足II區(qū)砂的級配要求。機制砂中通過0.315mm篩孔的顆粒含量不應少于15%，以利于控制混凝土工作性。3.3機制砂石粉含量機制砂中的石粉通常是指小于0.075mm的顆粒。一般機制砂中石粉含量在4%-20%范圍內(nèi)；而通常使用的河砂，小于0.075mm的顆粒在0-5%范圍內(nèi).在JGJ52-92《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》中規(guī)定：（1）砂中小于0.16mm的顆粒應在0?10%范圍內(nèi)。（2）砂中小于0.075mm的塵屑、泥土含量在高于C30混凝土中不大于3%；低于C30混凝土中不大于5%.在TB10210-2001鐵路混凝土與砌體工程施工及驗收規(guī)范》中規(guī)定：（1）石粉含量（小于0.075mm顆粒）低于C30混凝土不大于10%。（2）混凝土強度等級等于或大于C30需使用機制砂時，應經(jīng)過試驗，確認符合質(zhì)量要求時方可使用。3.4機制砂中的石粉對混凝土拌和物的影響：石粉是一種惰性摻合料，細度小，它不但補充了混凝土中缺少的細顆粒，增大了固體的表面積對水體積的比例，從而減少了泌水和離析，而且石粉能和水泥與水形成柔軟的漿體，即增加了混凝土的漿量，從而改善了混凝土的和易性。如果要保持相同的坍落度，則含有石粉的混凝土用水量即可減少，也就影響了混凝土的諸多性能。接下來對機制砂中含和不含石粉的混凝土拌和物的坍落度、凝結(jié)時間、含氣量和泌水率等4個方面做對比試驗。對混凝土拌合物坍落度的影響：在相同水泥用量條件下，對不同石粉含量機制砂混凝土進行對比試驗，結(jié)果見表2由表3可知，石粉可增加混凝土的坍落度，但對細顆粒含量較多的高性能混凝土坍落度增加較少。對高性能混凝土，一般石粉含量應控制在4-8%，與水泥重量之比應控制在6%-12%為最佳。對混凝土拌合物凝結(jié)時間、含氣量和泌水率的影響在相同水灰比、相同水泥用量條件下，對含石粉機制砂和不含石粉的河砂混凝土進行對比試驗，結(jié)果見表3從表3看出，含有6%石粉的機制砂混凝土，其初、終凝時間比不含石粉的河砂混凝土略有所延長，這是由于石粉沒有活性，在混凝土中只起到一種隋性摻合料的作用，分散水泥顆粒，降低了水泥的水化熱。含氣量和泌水率都在減少，這對混凝土的質(zhì)量是有好處的，由于高性能混凝土中細顆粒相對較多，增加的石粉細顆粒作用不明顯。機制砂中的石粉對混凝土力學性能的影響在相同用水量和膠凝材料用量的條件下，不同石粉含量機制砂混凝土進行對比試驗，結(jié)果見表4在膠凝材料用量相同的條件下，干凈砂和含有4%的石粉的砂配制C50混凝土進行對比試驗，結(jié)果見表5綜合表4和表5看出，砂中含有少量石粉對混凝土各齡期的抗壓強度和其它物理力學性能均略有提高，這是因為石粉是惰性材料，它沒有活性，不參與水泥的水化，石粉中的微細顆粒進入水泥水化產(chǎn)物的晶體中起了一點微集料填充作用，能夠增加混凝土的密實度，因而對強度的增加是有限的。當砂中的石粉含量達到8%時，混凝土強度即下降。試驗結(jié)果表明，砂中小于0.075mm的石粉含量控制在2%-8%較合適。四、機制砂質(zhì)量控制標準配制高性能混凝土對機制砂的具體技術(shù)指標要求如下：壓碎指標應控制在25%以下，有條件的最好控制在20%以下。4.2細度模數(shù)應控制在2.6?3.2之間，棱角系數(shù)空隙率應小于25%，粗糙度指標流值應在15s以下較好。4.3石粉含量應控制在4?6%之間。4.4砂當量應控制在70%以上。4.5巖石母體強度應大于70MPao4.6推薦采用濕法生產(chǎn)。五、機制砂混凝土的工程應用實例工程概況沈海復線A2合同段起點位于白石格隧道內(nèi)(K120+190)接A1合同段終點(K120+190),于三村村設(shè)羅溪互通連接X332縣道，至跳港村為本合同段終點(K124+360),路線全長4.17公里。主要工程量有路基挖方63.79萬方，路基填方35.3萬方，主線橋921m/1座，匝道橋794.5/5座，RC蓋板涵14道。白石格隧道長度為2381.15m(右洞長2383m，左洞長2379.3m),中標合同價為3.848億元。本標段主要控制性工程為白石格隧道和羅溪互通立交。本合同混凝土總圬工量約26萬m3，機制砂料源采用標段內(nèi)白石格隧道爆破洞碴。地質(zhì)、水文條件本合同段位于福建省泉州市洛江區(qū)羅溪鎮(zhèn)，屬亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，四季不甚分明，年平均氣溫在20°C以上，最低氣溫在一月份，最高氣溫在七月份。全年平均降雨量約1400mm，降雨主要集中在3-9月份，夏季臺風頻繁，最大風力達12級以上。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，屬晉江東溪及支流，為雨源型山溪性河流，河床基本穩(wěn)定，河床底多為砂礫卵石或基巖。各河水量受季風控制，隨季風變化大，水位受降水影響，暴漲暴落。原材料及性能指標水泥：福建水泥股份有限公司生產(chǎn)的建福牌P.O42.5水泥，表觀密度3100kg/m3水洗機制砂：白石格石料場生產(chǎn)，表觀密度2680kg/m3,堆積密度1560kg/m3,含粉量（0.16mm以下）10.5%，石粉含量（0.075mm以下）4.8%，細度模數(shù)3.0.碎石：白石格石料場生產(chǎn)，5-31.5mm連續(xù)級配碎石。表觀密度2740kg/m3，堆積密度1450kg/m3，針片狀含量3.2%，壓碎指標5.6%，篩分結(jié)果見表6。粉煤灰：華陽后石電廠生產(chǎn)的F類II級粉煤灰，表觀密度2310kg/m3,緊密堆積密度920kg/m3外加劑：山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的KDSP聚羧酸高效能減水劑，各項指標按符合GB8076中對高效泵送減水劑的要求。5.4施工控制原材料控制重點及技術(shù)指標機制砂:機制砂必須為水洗機制砂，細度模數(shù)為2.6-3.2之間,含粉量（0.16mm篩余）＜20%，石粉含量（0.075mm篩余）＜6.0%o特細砂：細度模數(shù)＞1.2%，含泥量＜6.5%,泥塊含量＜1.0%,含粉量（0.16mm篩余＜20%，且使用前必須過篩。石子：外觀潔凈，粒徑為4.75-31.5mm的連續(xù)級配，各項技術(shù)指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011質(zhì)量標準，含泥量＜1.0%,泥塊含量＜0.5%.混凝土的拌和控制由于混凝土中增加了多種外加劑，計量不準、攪拌不勻均會造成局部膨脹過大而因起開裂滲水，因此，外加劑添加設(shè)置專人負責，各種衡器定期檢驗，確保各種原材料計量準確。混凝土的攪拌時間適當延長，強制式攪拌機由45s延長至60s。由于施工在雨季，因此，每天測定砂石的含水量，及時對施工配合比進行調(diào)整，確保配合比的正常實施?；炷恋妮斔秃蜐沧⒒炷敛捎帽盟褪┕?，按照泵送混凝土的要求進行施工控制。由于在夏季施工，對曝曬的管道采用包裹無紡布覆蓋，淋水保濕，防止混凝土坍落度損失過大，造成泵送不暢或堵管。混凝土澆注時，為防止拌和物離析，設(shè)置了溜槽下料。對于底板防水混凝土，均分塊一次性澆注完畢，不留施工縫。防水混凝土必須振搗密實，組織專門的振搗工班，技術(shù)人員跟班作業(yè)，對每一部位都要求振搗到位，避免欠振、漏振和過振，尤其對施工縫和埋設(shè)件部位更加倍小心，同時注意避免振搗器觸及模板和止水帶等。5.4.4混凝土的養(yǎng)護補償收縮防水混凝土的養(yǎng)護對其膨脹及抗?jié)B性影響很大，混凝土長期脫水或養(yǎng)護過程中缺少必要的水份，則膨脹率大大減少，抗?jié)B性大幅度降低，因此，當混凝土澆注后立即開始養(yǎng)護，避免陽光直接曝曬表面，引起開裂。養(yǎng)護時間不少于14天，每天澆水次數(shù)不少于8次，保持混凝土表面濕潤。5.4.5混凝土的溫差控制大體積混凝土，由于水化熱大，形成內(nèi)外溫差較大，可產(chǎn)生較大的溫度應力，使混凝土開裂。因此，每10米左右設(shè)一測溫點，等間距均勻布設(shè)，同一測點混凝土中上、中、下各埋設(shè)一個一次性測溫探頭，每天用KZ100型手持測溫儀進行監(jiān)測，確?；炷羶?nèi)外溫差及表面與大氣溫度之差小于25°C，對溫度過高的應采取水浴法進行降溫。六、結(jié)論由于機制砂在工程應用中還沒有完善的規(guī)范，本文就目前現(xiàn)有的國標和地方標準對一些關(guān)鍵性指標進行了研究和探討，經(jīng)過試驗，總結(jié)了高性能混凝土機制砂應具備的技術(shù)指標：1.壓碎指標應控制在25%以下，有條件時最好控制在20%以下。2?細度模數(shù)應控制在2.6?3.2之間，棱角系數(shù)空隙率應小于25%，粗糙度指標流值應在15s以下較好。石粉含量應控制在4?6%之間。砂當量應控制在70%以上。巖石母體強度應大于70MPa推薦采用濕法生產(chǎn)。機制砂在高性能混凝土的應用有非常好的前景，且勢在必行。本文只是通過工程試驗，為推廣和使用機制砂做了一些技術(shù)指標研究和實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在今后的工程建設(shè)中，還需更多的技術(shù)和科研人員投入到如此環(huán)保經(jīng)濟且能保證工程質(zhì)量的機制砂研制和應用中去，因為還有好多難關(guān)和課題需要我們共同研究和探討。參考文獻：⑴盧偉杰，機制人工砂在預拌混凝土中的應用[J].山東建材，2008(2)⑵徐健，蔡基偉，王援良，周明凱人工砂與人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀J]?國外建材科技，2004(3).⑶劉文萍.機制砂的淺析與質(zhì)量控制[J].山西交通科技，2008(3).[4]田克平.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTG/TF50-2011.人民交通出版社，2011(7).砂顆粒級配區(qū)t?Rts?Hi孔貝寸123孔尺寸1239.500<J.6&SS*7170-414U-l&4.75ICI-Glo-fi10'003093-BO92-?0S5-5Sh0-15iW~W](K>-90IW-W65-3550-102S-0表2相同水泥用量’