吳茂勝

內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010070

混凝土中機制砂的配合比設(shè)計與應(yīng)用

吳茂勝

內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010070

隨著環(huán)保和可持續(xù)理念的認同，在混凝土工程中機制砂得到較為廣泛的應(yīng)用。本文基于工程實踐和試驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析機制砂在混凝土工程中的力學(xué)性能。結(jié)果表明：混凝土機制砂控制指標(biāo)為壓碎指標(biāo)≤25%；細度模數(shù)在2.6～3.2；石粉含量在4～6%之間；砂含量＞70%，生產(chǎn)工藝采用濕法生產(chǎn)。機制砂混凝土配合比設(shè)計思路能夠充分發(fā)揮摻和料外加劑的作用，對混凝土工程設(shè)計及應(yīng)用具有一定參考價值。

機制砂;混凝土;配合比;試驗研究;工程案例

我國傳統(tǒng)中的砂包括天然砂和人工砂兩種，機制砂是經(jīng)過機械破碎，然后篩分之后制成的。國內(nèi)外很多學(xué)者展開對機制砂在混凝土配合比設(shè)計與施工的研究，Hudson BP等人研究表明機制砂中的石粉能有效的填充空隙[1-3]，可以在混凝土施工中起到潤滑作用，在無泥土?xí)r，機制砂中5～10%在用水量較小的情況下能夠保持工作性。周中貴研究表明[4]機制砂中含6%～12%石粉時，能夠配置出最佳和易性和強度的混凝土；安文漢等得出[5]機制砂中的石粉的可以較為顯著的改善混凝土集料界面結(jié)構(gòu)，改變空隙特征和混凝土晶相Bonavetti等人研究表明混凝土中如果采用水灰比較低的水泥漿中，石灰石含量越高水化程度越好[7-9]；吳明威等研究得出[10]相同配合比的混凝土，含少量(2%～6%)石粉機制砂的混凝土相對河砂具有更小的干縮比。

本文較為深入的從理論和試驗兩個角度分析制砂在混凝土配合比設(shè)計和在工程中的應(yīng)用，主要是研究機制砂混凝比配合比設(shè)計和機制砂在混凝土工程中的力學(xué)性能，分析具體工程中機制砂混凝土強度、抗?jié)B性以及抗折性能，為建筑工程中混凝土配合比設(shè)計以及施工提供有效的參考。

1 機制砂試驗研究

1.1 材料

1.1.1 水泥水泥型號P.O42.5，表觀密度為3100 kg/m3。

1.1.2 機制砂表觀密度2690kg/m3，堆積密度1570kg/m3，含粉量11%，石粉含量4.7%，細度模數(shù)2.0。

1.1.3 細山砂表觀密度2620 kg/m3，堆積密度1390 kg/m3，含泥量6.5%，細度模數(shù)1.5。

1.1.4 碎石表觀密度2750 kg/m3，堆積密度1450 kg/m3，針片狀含量3.3%，壓碎指標(biāo)5.7%。

1.1.5 粉煤灰表觀密度2320 kg/m3，緊密堆積密度930 kg/m3。

1.1.6 膨脹劑UEA型膨脹劑，其表觀密度為3000 kg/m3，摻量在8%～14%之間。

1.1.7 外加劑緩凝高效減水劑，減水率在18.4%左右。

1.2 配合比計算

本文根據(jù)施工技術(shù)方面的要求選擇中砂，細度模數(shù)為2.5，將機制砂所占的比例設(shè)為X，則計算可得X=0.68，取0.70，3:7為特細砂與機制砂的比例關(guān)系。

圖1 α值計算圖Fig.1 The α value calculation diagram

圖2 β值計算圖Fig.2 The β value calculation diagram

根據(jù)表中試驗記錄和圖1中的回歸公式可以得出F取代率α＝11.26%，取為12%。

表1 粉煤灰/砂取代石子試驗記錄Table 1 Test records of fly ash/sand in displace of gravel

由圖2回歸曲線可得:當(dāng)x=49.0時，最大緊堆密1941 kg/m3，β值取為49.0%。

本文減水劑摻量為0.8%,根據(jù)減水率的減少效果可以計算用水量，通過試驗實測得到減水率為15%。用水量的計算:W=189×(1-0.15)kg/m3=160 kg/m3；膠凝材料用量:160/0.31－104=396 kg/m3；膨脹劑用量:P=396×0.12=47.2 kg/m3；水泥用量:C=396×0.88=348 kg/m3；減水劑用量:396×0.008=3.18 kg/m3；混凝土的容種在加減水劑前，計算為2426 kg/m3。

在攪拌混凝土的時候加減水劑之后水和水泥的用量都會降低，降低的部分采取填充的辦法達到緊密堆積，在工程中一般采用粉煤灰、砂子以及石子的最緊密堆積狀態(tài)對這些降低的部分進行填充。因此，故有WH+WF+WG=1869 kg/m3；WH:WF:WG=7.35:1:8.69；混合砂質(zhì)量:WH=808 kg/m3；粉煤灰質(zhì)量:WF=110 kg/m3；碎石質(zhì)量:WG=956 kg/m3；特細砂的質(zhì)量:WT=242 kg/m3；機制砂的質(zhì)量：WJ＝566 kg/m3；最后配比為:水泥:特細砂:機制砂:石子:水:粉煤灰:膨脹劑:減水劑=349:242: 566:956:160:110:47.6:3.17。

2 機制砂混凝土在在鐵路工程中的應(yīng)用

鐵路工程建設(shè)中，砂主要用來作為滲水性填料,還可以用于路基、隧道等建筑物的圬工中，在我國的一些山區(qū)的鐵路勘測中，會有時候出現(xiàn)該地區(qū)沒有足夠的天然砂但石材較多的情況，為此，可以采用爆破和機械軋制等方法將硬質(zhì)巖石制成機制砂，本文根據(jù)一個具體的鐵路工程的案例分析機制砂的應(yīng)用情況。

2.1 工程背景

某鐵路全長1142 km，于2001年6月29日開始進行建設(shè)，2006年7正式建成并開始通車，土石方總量7.820×107m3，花費330.9億的巨額投資，該工程使用較多的高性能混凝土，而且當(dāng)?shù)赜休^為豐富的石灰石，能夠滿足質(zhì)量要求的河砂資源比較少，而且整體質(zhì)量不穩(wěn)定如果從其他地方輸運質(zhì)量較好的河砂，價格方面相對較高，為了降低工程成本并保證工程質(zhì)量，該工程充分利用該地區(qū)的石灰?guī)r，采用機制研進行混凝土施工。

2.2 施工情況

本工程對機制砂的生成控制要求較高，對級配和石粉的含量都進行嚴格的控制，為此選用干凈和強度滿足要求的母巖作為機制砂的原材料，在制砂設(shè)備上選擇錘擊式的生成工藝。材料情況和上文情況相似，石子粒徑采用5～40 mm，且為連續(xù)級配。工程的實際使用配比為，水泥:機制砂:石子:水:膨脹劑:減水劑＝331:777:1271:184:46.8:3.84。

機制砂在進行混凝土拌和的時候的粘聚力較大，振搗密實比較困難，而且在施工中會出現(xiàn)表面泌水的現(xiàn)象，為此機制砂的配合比要同河砂一起摻配，發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)點，并摻有些加高效減水劑，增加混凝土的粘聚性，減少泌水現(xiàn)象。機制砂的含粉量＜15%。對于鐵路工程的混凝土，根據(jù)現(xiàn)場實際，振搗采用平板振搗器，振動器的振動時間控制在15 s～20 s之間，模板邊緣、傳力桿和預(yù)埋件附件采用插入式振動器，并刮走多余的混凝土，混凝土表面要做到平整，不露石子。

2.3 試驗數(shù)據(jù)

據(jù)該鐵路工程的施工情況，一共制作22組混凝土抗壓試件和抗折試件，試驗結(jié)果如表。

表2 抗折試驗結(jié)果Table 2 The results of anti-fracture in test

表3 抗壓試驗結(jié)果Table 3 The results of anti-press in test

由表2、3可知，機制砂通過摻配少量的河砂混凝土能夠滿足鐵路工程中的試驗指標(biāo)均的設(shè)計要求，施工的混凝土質(zhì)量達到使用的要求，該工程在造價方面也得到了有效的控制，機制砂的配合比要體現(xiàn)高性能混凝土的一些應(yīng)用實踐，通過控制混凝土澆筑過程中的和易性和脫落度等，可以較好將機制砂推廣到鐵路工程中，本實驗也說明機制砂在鐵路工程混凝土的應(yīng)用是可行的。

4 結(jié)論

本文較為深入的從工程實踐和試驗兩個角度分析機制砂在混凝土工程中的力學(xué)性能，結(jié)合具體的工程案例對機制砂混凝土強度、抗?jié)B性以及抗折性能就進行了分析。根據(jù)得到的試驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，并結(jié)合相應(yīng)的理論研究成果，得出了以下主要的結(jié)論。

（1）本文提出的機制砂混凝土配合比設(shè)計思路能夠充分發(fā)揮摻和料外加劑的作用，混凝土具有比較的和易性和抗泌水性能。

（2）機制砂在工程應(yīng)用中還沒有廣泛的推廣，通過實驗分析得出混凝土機制砂控制指標(biāo)為：壓碎指標(biāo)≤25%；細度模數(shù)在2.6～3.2；石粉含量在4～6%之間；砂含量＞70%，生產(chǎn)工藝采用濕法生產(chǎn)。

（3）通過工程案例應(yīng)用分析，機制砂在混凝土工程中能夠較為廣泛的應(yīng)用到實際工程中，可以提高混凝土的質(zhì)量和造價，由于鐵路工程的重要性和特殊性，推廣機制砂混凝土在鐵路工程中應(yīng)具有較為重要的現(xiàn)實意義，本文的結(jié)果能為機制砂混凝土的配合比設(shè)計及應(yīng)用提供參考。

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The Design and Application of Machine-made Sand Proportion in Concrete

WU Mao-sheng
Transportation Institute of Inner Mongolia University,Hohhot 010070,China

Machine-made sand has been widely applied in concrete engineering with the environmental protection and sustainable concept in mind.This paper analyzed the mechanical properties of machine-made sand in concrete based on the experimental phenomena and data.the results showed that the control parameters were crush indexes which were less than or equal to 25%,the fineness modulus at 2.6～3.2,stone powder content in 4～6%,sand content was more than 70%.The manufactured process took up wet process production.The design of machine-made sand in concrete could fully play a role of admixture to provide a reference for mechanism of sand concrete ratio design and application.

The machine-made sand;concrete;proportion;experimental study;engineering project

TU528.56

A

1000-2324(2015)05-0730-04

2014-10-12

2014-10-20

吳茂勝(1969-),男,內(nèi)蒙古巴彥淖爾市人,本科,講師,高級工程師,主要從事公路與橋梁、工程施工.E-mail:leolen123@163.com