梁德興　青志剛

摘要：為推廣花崗巖機制砂在高速公路中的應用，文章對比研究了花崗巖和石灰?guī)r原材特性及混凝土各項性能。試驗結果表明：花崗巖母材強度高，壓碎值也相對較大，快速法檢測MB值不合格，應用中需嚴格控制其石粉含量;在現(xiàn)有條件下，花崗巖與石灰?guī)r混合砂是解決花崗巖機制砂在中等標號混凝土應用問題的一個有效途徑。

關鍵詞：花崗巖機制砂;MB值;壓碎值;石粉含量;混合砂

0 引言

近十年來廣西高速公路發(fā)展進入快車道，截至2019年年底，全區(qū)高速公路里程突破6 000 km，全區(qū)111個縣（區(qū)）已有102個通高速公路，縣縣通高速公路率為92%。根據(jù)《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2018—2030年）》，至2030年廣西高速公路總里程將達1.52萬km，計劃新建高速公路8 000 km，短期內(nèi)大規(guī)模的建設對砂石等材料的供應造成很大壓力。廣西礦石資源豐富，這為機制砂的加工提供了物質(zhì)基礎，現(xiàn)今機制砂的應用已然普遍，但廣西地區(qū)高速公路對花崗巖的應用報道較少。本文依托新柳南高速公路項目，重點研究了花崗巖機制砂對混凝土的工作性能和力學性能影響，為該項目及今后項目如何使用花崗巖機制砂提供技術參考。

1 花崗巖與石灰?guī)r碎石和機制砂的對比研究

以石灰?guī)r為參照物，選取相關石場花崗巖碎石和機制砂作為研究對象，各石場母材、碎石和機制砂各項技術指標試驗結果如表1、表2所示。

表1顯示，各花崗巖石場母材強度較高，均超過120 MPa，超過石灰?guī)r母材強度20%以上。但從壓碎值試驗結果來看，花崗巖碎石卻明顯大于石灰?guī)r碎石，在碎石壓碎值Ⅱ級20%的界限點上下?？梢娝槭瘔核橹挡粌H僅取決于母材的抗壓強度，還與其他因素如二次破碎的機械作用、碎石顆粒形狀、針片狀含量等有關[1]。影響壓碎值大小的其他因素在機制砂上面有更明顯的體現(xiàn)，從表2中可以看出，花崗巖機制砂壓碎值均大幅超過規(guī)范壓碎值Ⅲ級30%的界限，筆者認為這與花崗巖在加工過程中剝落的軟弱顆粒，如云母等有很大的關聯(lián)。試驗中的5個機制砂樣品，對比S1、S2，可以看出石粉含量對石灰?guī)rMB值大小幾乎無影響;對比S2、S3、S4、S5這4個機制砂樣品石粉含量均大于現(xiàn)行國標規(guī)范10%的限值，其中3個花崗巖機制砂MB值均不合格。可見MB值雖然可以反映石粉的吸附特性，但與母巖的礦物成分相關，MB值大小不能等同于石粉含量多少[2-3]?？梢源_定的是，MB值不合格的機制砂必須要嚴控石粉含量，國標對該類機制砂石粉含量也做了明確規(guī)定。

2 混凝土的配制與試驗結果分析

2.1 配合比設計思路和試驗方法

本次試驗選用C30強度等級的混凝土配合比作為研究對象，按《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ 55-2011）進行設計，按兩階段進行配合比設計：（1）采用石灰?guī)r機制砂，對比研究花崗巖碎石與石灰?guī)r碎石對混凝土性能影響;（2）采用花崗巖碎石，對比研究了花崗巖機制砂和花崗巖、石灰?guī)r混合砂對混凝土性能影響，并選擇工作性能和力學性能均滿足要求的優(yōu)化配合比指導現(xiàn)場施工。各階段混凝土設計配合比如表3所示。

[HT11.ZDX]2.2 不同巖性碎石及機制砂對混凝土性能影響分析

混凝土的工作性能和力學性能如表4所示。

在第一階段配合比設計和試驗過程中，控制初始坍落度保持基本相同。從表3和表4可以看出，花崗巖碎石比石灰?guī)r碎石需水量稍大，二者在工作性能上拌和物坍落度損失相差不大，硬化后混凝土力學性能上表現(xiàn)也類似，但花崗巖混凝土的7 d、28 d強度相對偏低?？梢姡瑳Q定C30混凝土強度的決定因素是水膠比和膠凝材料用量。從對混凝土破碎試件的觀察來看，主要表現(xiàn)為水泥基體與碎石膠結面處破壞，碎石基本無破碎，這也從側面印證了母巖強度和壓碎值的大小對中低標號混凝土強度影響不大。

第二階段配合比設計采用產(chǎn)量較大的三工區(qū)花崗巖碎石，分別研究了不同石場花崗巖機制砂、花崗巖和石灰?guī)r混合砂對混凝土各項性能的影響。保持其他因素不變，通過調(diào)整減水劑摻量來實現(xiàn)初始坍落度保持一致。與石灰?guī)r機制砂相比，花崗巖機制砂需水量較大，導致相同用水量情況下，外加劑摻量大大增加。而不同石場的機制砂需水量也不相同，這與母巖礦物成分和加工工藝有關。從工作性能來看，混凝土拌和物坍落度從30 min開始損失，1 h后損失加大，90 min后混凝土幾乎無流動性;從強度表現(xiàn)來看，混凝土早期強度較低，28 d強度增長5～7 MPa，56 d強度仍然有4 MPa以上的增長。由此可見，花崗巖機制砂，特別是石粉對混凝土的工作性能和漿體與骨料的膠結性能均有較大影響。

為此，需要繼續(xù)優(yōu)化配合比來控制混凝土的用水量，混合砂是個很好的選擇。試驗結果表明，混合砂中隨著花崗巖機制砂比例的逐漸增大，外加劑摻量呈遞增趨勢?；◢弾r機制砂比例在30%以內(nèi)時，90 min混凝土坍落度損失較小，現(xiàn)場施工不受影響;當花崗巖機制砂比例超過50%時，1 h后坍落度損失加大，90 min后混凝土流動性很差。從強度表現(xiàn)來看，花崗巖機制砂比例越高，早期強度越低，但56 d強度增長越多。

3 工程應用

試驗選取花崗巖機制砂和石灰?guī)r機制砂各占50%的G4S550配合比作為墩柱生產(chǎn)配合比，并對混凝土的澆筑和半年內(nèi)混凝土的回彈強度及碳化深度進行跟蹤。從整理的試驗數(shù)據(jù)來看，各項指標均符合技術要求。在高速公路施工中，C30及以下強度等級混凝土采用花崗巖機制砂混凝土施工，應用效果良好，也減少了對外購砂石的依賴，在保證工程質(zhì)量的前提下，為項目節(jié)省成本、創(chuàng)造利潤，贏得了良好的社會效益。

4 結語

（1）與石灰?guī)r相比，花崗巖母巖抗壓強度較高，但花崗巖壓碎值也比石灰?guī)r大。

（2）在石粉含量相近條件下，花崗巖機制砂MB值表現(xiàn)為不合格，而石灰?guī)r機制砂MB值合格，且石粉含量多少對其影響不大。

（3）花崗巖機制砂中石粉含有大量的軟弱顆粒，如云母等對混凝土的工作性能和力學性能均有較大的影響，必須對花崗巖中的石粉含量加以嚴格限制。

（4）與石灰?guī)r相比，花崗巖碎石需水量略大，但花崗巖機制砂需水量大，混凝土漿體與骨料的膠結性能較差，導致其早期強度低，強度增長緩慢，但28 d后強度仍有所增長，建議在使用過程中觀察其56 d強度。

（5）混合砂是解決花崗巖機制砂應用的有效途徑，它可以很好地改善混凝土的工作性能和力學性能。但在應用和生產(chǎn)過程中，應根據(jù)花崗巖機制砂的石粉含量及時調(diào)整混合砂的比例和外加劑摻量，才能起到很好的效果。

參考文獻：

[1]祝 明.廣西地區(qū)石灰?guī)r碎石壓碎值特性及對混凝土抗壓強度的影響[D].長沙：長沙理工大學，2012.

[2]岳海軍.機制砂的巖性與級配對混凝土性能的影響研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[3]李曉光，裴秀衛(wèi)，劉謹謹.不同類型機制砂中粉體種類及含量對MB值的影響[J].施工技術，2019，8（4）：109-113.