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前言:海复线高速公路莆田段位于福建省仙游县，路线全长50多公里，为双向6车道高速公路，设计时速100公里/小时，桥隧占路线总长的60%。项目管段内的隧道围岩为微风化凝灰岩，抗压强度高，是生产机制砂、碎石的理想母材，生产的机制砂和碎石的各项指标均满足《公路工程 水泥混凝土用机制砂》JT/T819-2011和《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50—2011技术指标要求.本项目位于莆田仙游境内，天然河砂资源匮乏；附近无天然河砂，当地建设项目使用河砂均从遥远的福州、泉州等地运来，运距远、价格高，无法保证本项目的需要，按标准化生产的机制砂级配合理，拌制的砼和易性好且强度高，机制砂代替天然河砂可以节约河砂资源，又可以解决洞渣弃方影响环境问题，还降低了混凝土成本。 一．机制砂的利用趋势 机制砂又叫人工砂，是岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。砂是混凝土组成的主要材料,随着建筑业发展和对建筑工程质量的重视,建筑市场用砂数量越来越大,质量上要求越来越高,而合格的 天然砂资源却越来越少，由此引发的工程质量，破坏农田、水利资源问题日趋严重，砂生产也因资源的变化而有所改变，机制砂在规范范围内的利用是既环保又经济。 二.机制砂的特点 机制砂的主要特点有：机制砂中石粉含量相对较高；机制砂由于经过破碎处理，其颗粒呈不规则的形态，而且机制砂的比表面积相比河砂更大；机制砂的粘结性能较好，石质坚硬；化学成份与母材、碎石一致，对混凝土无负面作用，适合做高强混凝土；机制砂的颗粒级配、细度模数可以调整：可以根据工程的需要，结合母材的特点和混凝土的要求，调整机制砂的细度模数和颗粒级配。而河砂一般为天然形成，人工调整级配比较困难；机制砂表观密度一般比然河砂大;机制砂颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙，细度模数多为3.0以上，宜控制在2.8～3.3之间，与天然河砂相比，天然砂颗粒浑圆，表面光滑，天然中砂细度模数多为2.5～3. 0，级配较好，对混凝土的工作性十分有利，机制砂的颗粒级配稍差，大于2.5 mm和小于0.08 mm的颗粒偏多，导致混凝土的和易性较差，容易引起混凝土的外观质量缺陷。机制砂母材不应具有碱集料反应活性，不宜低于80MPa。但是，机制砂的缺点可以通过选择合适的碎砂设备、合理利用砂中含石粉量、调整砂率，以及选用合适的外加剂等措施来克服。机制砂中含有的石粉和泥的粒径虽然都小于0.075 mm，但是他们的成份不同，细度相差也较大。泥颗粒大多小于0.016 mm，而石粉颗粒大都在0. 016～0. 075 mm之间。泥吸附在砂的表面，妨碍砂与水泥的粘结；而适量的石粉可填充在水泥、细砂的空隙之间，增强机制砂混凝土的工作性。加强机制砂的级配、石粉含量和压碎指标的抽检频率,进一步保证机制砂的质量；机制砂在生产过程中，为能除去大部分石粉，往往将30０μｍ以下颗粒清除了大部分，从而造成机制砂颗粒级配不好，细度模数偏大的问题，加之机制砂棱角多，表面粗糙，单独用于配制混凝土很难满足其工作性要求，可将之和天然河砂进行掺配，以填充颗粒级配的中间部分，使机制砂细度模数和级配符合规范要求。 三．机制砂在混凝土中的应用 普通混凝土及高强度泵送混凝土均可采用机制砂配制，在严格控制原材料质量和严格按照配合比施工的前提下，配制的机制砂混凝土可以保证混凝土的和易性、流动性、可泵性、强度、抗渗等性能，同时还可保证混凝土不开裂。 1.机制砂混凝土的原材料 （1）水泥应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175)、道路硅酸盐水泥应符合《道路硅酸盐水泥》（GB13693)的规定；C30及以下混凝土宜选用32.5级水泥，C35～C45宜用不低于42.5级水泥；泵送混凝土用水泥宜应选用质量稳定、旋窑的普通硅酸盐水泥，其强度富余系数宜大于1.15，水泥的初凝时间不早于45min,终凝时间不宜晚于10小时，水泥刚出厂时有一定热量，则需存放二至三天，避免水泥温度过高引起坍落度损失较快。 （2）粗集料应选用应选用级配合理，粒形良好、母岩强度大于混凝土设计强度的1.5倍的质地均匀、坚固、线胀系数小的洁净碳酸盐碎石，也可采用碎卵石，不宜用砂岩碎石，应符合《公路桥涵施工技术规范》JTGTF50-2011的规定；水泥混凝土路面的机制砂混凝土的粗集料应符合《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTGF30中Ⅱ级和Ⅱ级以上碎石的规定。 （3）路面混凝土用机制砂应符合《公路水泥混凝土用机制砂》JTJ819-2011和《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30中Ⅱ级以上（含Ⅱ级）砂的规定,机制砂的细度模数宜控制在2.8～3.8范围；当采用的机制砂级配不符合要求，或配制的混凝土和易性不能满足设计要求时，宜考虑采用机制砂与适宜细度模数的天然砂按一定比例掺配的混合砂，或外掺粉煤灰来改善机制砂的级配和细度模数，以满足不同要求的混凝土；不应简单的通过堆积密度或空隙率的大小来判断机制砂级配的好坏，因为机制砂一般级配不良，但由于其中较高的石粉含量，导致其堆积密度增大，空隙率减少，配制C30及以下混凝土用机制砂应符合Ⅲ级砂的规定,石粉含量宜控制在≤10%(MB<1.4时),压碎指标<30%;配置C35-C45混凝土用机制砂应符合Ⅱ级砂的规定,石粉含量宜控制≤7%(MB<1.4时),压碎指标<25%，机制砂中含有5%～10%的石粉,宜作为改善普通中低强度特别是泵送中低强度机制砂混凝土和易性的手段,配制的混凝土强度等级越低、流动性越大，机制砂石粉含量宜控制越高。 (4)机制砂普通混凝土的矿物掺合料的品种粉煤灰和矿渣粉等。粉煤灰的技术要求应符合GB1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅱ级以上（含Ⅱ级）粉煤灰的规定，矿渣粉的技术要求应符合GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定，水泥混凝土路面的机制砂混凝土的粉煤灰应符合《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTGF30中Ⅱ级和Ⅱ级以上粉煤灰的规定，掺合料必须品质稳定、来料均匀且来源稳定。 （5）外加剂应具有减水率高、坍落度损失小，适量引气，能明显改善或提高耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。应优先选用多功能复合外加剂，外加剂应符合《混凝土外加剂》GB8076、《聚羧酸系高性能减水剂》JG/T223和《公路桥涵施工技术规范》JTGTF50-2011的规定。由于机制砂较河砂表面粗糙的多，比表面积相对来说大很多，会吸附一部分减水剂，导致减水剂的实际减水率无法达到，从而间接的导致用水量增加，强度降低，所以减水剂一定要优选一等品，并且减水率大于25%。 （6）混凝土拌合用水可用饮用水，不得用海水，应符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》的规定。 2.机制砂混凝土的性能 （1）机制砂混凝土配合比设计应符合《普通混凝土配合比设计规程》JTJ55-2011，在普通混凝土组分的基础上，按机制砂的特点进行混凝土配合比设计，通过合理利用机制砂中的石粉，调整机制砂的砂率，再掺入缓凝高效减水剂、粉煤灰等外掺料，在低水灰比条件下，配得坍落度损失小、泵送性好、和易性好、强度和耐久性高的混凝土。机制砂普通混凝土的砂率较天然河砂混凝土高2～4%，应一般在38～46％之间；机制砂普通混凝土砂率应根据机制砂自身细度模数、颗粒级配、石粉含量，并按所选水灰比及碎石最大粒径通过试验确定，如机制砂的石粉含量或细度模数、级配发生变化，应及时进行砂率调整，用于泵送混凝土的砂率应相应增加。配制混凝土时宜优先选用Ⅱ类砂，当采用Ⅰ类砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ类砂时宜适当降低砂率；对于泵送混凝土宜选用中砂机制砂配制混凝土的和易性对用水量的改变和砂率的变化很敏感：在配合比设计和调整时应充分考虑机制砂级配不良、砂率选择不当、用水量偏高、减水剂掺量过高，易造成机制砂混凝土在出机、卸料过程中离析、振后易泌水。在水灰比和砂率等相同的条件下，机制砂混凝土坍落度要小于河砂混凝土，机制砂比天然河砂需水量增加5～10Kg/m3，机制砂混凝土的容重比相应的天然河砂混凝土高约20～40Kg/m3，用机制砂配制的混凝土比天然河砂配制出的混凝土强度略高；机制砂中的石粉是一种有效的填料，虽然不具有活性，但提高了混凝土的密实性，增强了水泥石与骨料界面黏结；并能改善水泥石的孔隙结构，抗渗性能得到提高；机制砂混凝土预制的T型梁静载同样满足河砂混凝土预制的T型梁的静载试验。 (2)机制砂混凝土的拌制 拌制混凝土前，试验人员必须实测砂及碎石的含水率，按照实测的数据发出混凝土施工配合比通知单，混凝土搅拌站控制室严格按照试验室发出的配料单及配料工艺顺序进行配料，混凝土搅拌站控制系统即自动计量系统要定期进行标定，每班在使用前要检查一次，确保计量准确，计量最大偏差不得超过：水泥、粉煤灰、水为±1％，粗细骨料±2％，减水剂±0.5％；在混凝土拌制过程中，试验人员随时注意检测砂石的含水率，以便及时调整混凝土配合比。机制砂混凝土只有采用大型搅拌站或强制式搅拌机搅拌，不得使用自落式搅拌机拌制，搅拌时间应比天然河砂混凝土延长20～60s,可控制在90～150s,机制砂高性能混凝土宜取上限范围，搅拌设备和搅拌时间影响机制砂混凝土质量的一个重要因素。机制砂混凝土原材料的投料顺序宜为：粗集料、细集料、水泥、矿物掺合料投入（搅拌约30s）、加拌合水（搅拌约30s-45s）、加入减水剂（搅拌约30s），要保证混凝土搅拌均匀。 （3）机制砂混凝土的运输 混凝土采用搅拌运输车运输，根据运距长短配置适量的混凝土运输车，在装料前要检查清洗干净搅拌筒,混凝土在出站前，必须检查混凝土的和易性和坍落度，检查合格后才能签发出站。保证在混凝土运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能 ,由于机制砂的饱水性比较差,受外界影响,机制砂的含水量就会不均匀,这对混凝土的和易性、塌落度和质量等影响都比较大,最好采用混凝土罐车运输。混凝土搅拌运输车在运输途中，拌筒以1～3转／min速度不停地进行搅动，运到现场卸料前应使拌筒搅拌1～2min后再卸料。 混凝土拌合物运输时间限值（min）
（4）机制砂混凝土的泵送和浇筑 混凝土输送管铺设要直、短、平，输送泵入口水平管至少15m，输送管每隔3m应固定；夏季施工时，输送管必须采用麻袋覆盖并浇水降温。输送泵每次在泵送混凝土前，泵机先试运行。保证正常后泵送清水湿润管壁，并检查是否有渗漏，有渗漏时应及时处理。无渗漏再泵送与混凝土同标号的水泥砂浆润滑管壁，水泥砂浆不得泵入浇注混凝土仓面，最后泵送拌制的混凝土。混凝土泵送初始时，应慢速泵送，待泵送顺利后，再用正常速度泵送。混凝土泵送速度要均匀连续，必要时可降低混凝土的泵送速度。若停泵时间过长，应每隔3～5min开泵一次，防止料斗内的混凝土沉淀离析。混凝土运输到施工现场放入混凝土输送泵前，必须检测混凝土的和易性和坍落度是否满足要求，若不能满足要求，应将该车混凝土退回，严禁在施工现场或混凝土的运输过程中加水。在运至现场的的混凝土发生离析时，应在浇筑前对混凝土进行二次搅拌。当确有必要调整坍落度时，严禁向运输车内添加计量外用水，而必须在专职试验人员在卸料前加入适量的减水剂（应对加减水剂的情况做好计录），且加入减水剂后高速旋转搅拌罐90s。机制砂混凝土应采用分层连续推移的方式进行浇筑，浇筑时的自由倾落高度不得大于2m,当大于2m时，应采用串筒、溜槽、导管等设施辅助下落，串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不宜超过1m,以保证混凝土不出现分层离析现象。混凝土必须在初凝之前泵送并捣固完毕，为了防止混凝土输送泵在泵送过程中出现故障致使结构混凝土出现工作缝或冷缝，每次浇注悬灌箱梁混凝土前，必须铺设两条输送管路，配置两台输送泵。 （5）机制砂混凝土的振捣和养护 按规定的工业和方式及时将混凝土均匀插捣密实，每一振点的振捣时间宜为20-30s,以混凝土不再沉落、不冒气泡、表面平坦泛浆为度，防止过振、漏振。掺矿物掺合料混凝土振捣时，振捣后的混凝土表面不应出现明显的掺合料浮浆层。机制砂混凝土比砼坍落度的河砂混凝土易于液化离析，尤要避免过振。梁板施工适当延长混凝土的捣固时间,如果有附着式振捣设备,最好借助它,以增强混凝土的外表光洁度,减少表面气泡。混凝土振捣完成初步刮平后，应及时对混凝土暴露面进行覆盖，防止表面水分蒸发，待暴露面混凝土初凝前，应用抹子搓压表面至少两遍，使之平整后再次覆盖。此时应注意覆盖物不能直接接触混凝土表面，终凝后立即进行水养护或潮湿养护阶段。对于施工箱梁、T梁暴露构件时尤要注意。混凝土终凝后的持续养护时间要满足规范要求。机制砂特别是高石粉含量的机制砂混凝土比河砂混凝土在施工早期更容易发生塑性收缩和干燥收缩变形，尤要注意加强早期的及时养护并适当延长养护时间2-3d. 四.结束语 随着国家基本建设的不断深入和环境资源保护的日益加强,自然资源已不能满足工程的需求,机制砂的利用和推广是势在必行.在本文只是对机制砂的特点和机制砂对混凝土拌合物性能的影响，以及硬化后混凝土的力学性能，耐久性等作了简单的分析和试验,机制砂混凝土的配合比对混凝土的各种性能,如和易性、力学性能、弹性模量、耐久性能和混凝土表面质量都有非常重要的影响,对机制砂混凝土的收缩徐变性能、抗冻性能以及抗渗性能等耐久性指标在今后的工作中应不断加强研究,以完善机制砂混凝土的各项指标,使其在工程中得以广泛的应用. |
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