陳立軍，李國盛，伍國星

（中交路橋華東工程有限公司，上海 201203）

1 引言

貴州高速公路的建設(shè)總里程已突破8 000 km，在“十四五”規(guī)劃期間，還將開工建設(shè)一大批省際通道、普通公路以及高速公路等，繼續(xù)為貴州的高質(zhì)量發(fā)展提供重要支撐，由于高速公路的大量建設(shè)且橋隧比占比大，混凝土的需求量大，尤其是中低標號混凝土對砂石需求量很大，在西南地區(qū)，優(yōu)質(zhì)河沙資源匱乏，且運輸距離遠，成本高，并且運輸受限，而石灰?guī)r母材蘊藏較為豐富，就地取材加工為機制砂及碎石，既能減少棄渣占用的土地，又能作為資源合理化利用。

2 工程概況

毛栗坪隧道位于貴州省銅仁市石阡縣石固鄉(xiāng)與青陽鄉(xiāng)境內(nèi)，隧道全長4 691 m，棄渣約為100萬m3，開挖揭示含有石灰?guī)r地層。貴陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心巖礦鑒定報告顯示，礦物組分主要為方解石，含少量白云巖、黏土礦物、褐鐵礦等（方解石占90%，白云石占5%~10%，黏土占2%~3%，褐鐵礦占1%），經(jīng)過對棄渣進行篩選與試驗，對強度、密度、含泥量及吸水率等進行測定，可作為加工機制砂母材，但為高含粉量機制砂。

3 試驗目的

主要利用隧道石灰?guī)r棄渣作為母材加工機制砂，該機制砂石粉含量高，石粉含量作為機制砂中重要指標之一[1]，試驗通過篩洗和摻入不同含粉量機制砂進行優(yōu)化中低標號混凝土配合比，使混凝土滿足施工和設(shè)計要求，通過對經(jīng)篩洗為無石粉含量的機制砂進行基準配合比設(shè)計及確定機制砂中篩洗出的石粉與亞甲藍值（MB）線性關(guān)系，在無石粉含量機制砂中摻配不同量的石粉，與水泥、粉煤灰及外加劑等進行攪拌，最后，對拌和混凝土的工作特性、力學性質(zhì)等進行對比分析，優(yōu)化高石粉含量機制砂混凝土的配合比設(shè)計，利用優(yōu)化后的配合比在實際施工中進行亞甲藍MB值測定，完成中低標號混凝土的配合比設(shè)計及施工應(yīng)用。

4 試驗材料

根據(jù)現(xiàn)場實際選擇隧道棄渣加工的機制砂、碎石以及當?shù)赝赓彽乃?、粉煤灰外加劑等開展試驗，具體材料來源及主要特性指標為：

1）石粉：隧道棄渣加工機制砂，經(jīng)對機制砂篩洗或風選，選擇通過75μm篩孔徑且未經(jīng)過二次磨細的原狀石粉。

2）水泥：貴州銅仁市海螺盤江水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5R水泥，經(jīng)試驗，細度、初凝時間、終凝時間及強度等主要技術(shù)指標全部合格。

3）粉煤灰：粉煤灰為貴州黔東火電廠生產(chǎn)的F類II級粉煤灰。

4）細骨料：采用隧道棄渣中經(jīng)篩分加工的中砂。

5）碎石：篩選隧道棄渣中經(jīng)加工的碎石，5~25 mm連續(xù)級配。

6）外加劑：四川信高通科技有限公司XGT-HPWR-S型聚羧酸高性能減水劑。

7）拌和水：凈化檢驗合格的河溝水。

其主要材料技術(shù)性能指標見表1~表3。

表1 水泥主要材料技術(shù)性能指標

表2 粉煤灰主要技術(shù)性能指標%

表3 機制砂主要級配指標

5 試驗過程

在隧道棄渣加工生產(chǎn)的機制砂中取樣，然后進行水洗，篩取或風選粒徑小于75μm篩孔的石，按不同摻配數(shù)量加入經(jīng)過清洗無石粉的機制砂中，在此基礎(chǔ)上調(diào)整水泥、粉煤灰、礦粉及外加劑等摻量，優(yōu)化中低標號混凝土配合比。

5.1 利用亞甲藍法測含粉量

亞甲藍溶液按國家相關(guān)標準規(guī)定的方法進行配制，通過亞甲藍法試驗和結(jié)果評定確定機制砂石粉含量。

取一定質(zhì)量篩洗的石粉按定質(zhì)量進行添加，記錄每個石粉重量下需要的亞甲藍溶液用量，繪制機制砂含粉量和亞甲藍溶液消耗量的關(guān)系，可以直接通過亞甲藍溶液試驗測得機制砂的含粉量，為混凝土配比提供數(shù)據(jù)參考。

5.2 砂率

隨著石粉摻入量的增多，砂率也有一定的提高。而由于石粉顆粒粒徑一般小于75μm，同水泥、粉煤灰顆粒尺寸相近，理解為在機制砂中摻入石粉相當于為混凝土中添加了膠凝材料，而機制砂的（75μm~4.75 mm）用量也將下降，所以，需要增加機制砂的使用量，提高砂率。

5.3 外加劑摻量

在機制砂中摻入與水泥、粉煤灰粒度相應(yīng)的石粉，相當于增加膠凝材料。所以，在計算過程中，應(yīng)把石粉歸入膠凝材料，并由此確定外加劑用量。

5.4 石粉含量

對于不同強度等級的水泥，最佳石粉含量差異很大，對于C30強度等級混凝土以下，膠凝材料數(shù)量較小，且水泥的和易性差，不易泵送澆筑，所以，對于低強度等級水泥，應(yīng)采用在不降低混凝土強度等級的前提下的最大石粉含量；對于C30及以上強度稍高的混凝土，本身已具有了較好的和易度，基本可滿足泵送現(xiàn)場施工，采用了強度等級增加的最大值。

在外加劑和砂率不變的前提下，通過調(diào)整石粉含量，能有效地改變混凝土的特性（增強和易性和強度等）。隨著混凝土強度等級，以及膠凝材料比例的提高，和易度改善效果逐步減弱。另外，機制砂中加入適量的石粉數(shù)量，有助于增加混凝土強度，但石粉超過一定程度，會對混凝土強度產(chǎn)生很大的負面影響，并增加混凝土坍落率。試驗結(jié)果證實，隨著混凝土強度等級的提高，膠凝材料的總量增大，在混凝土強度等級不變的前提下，石粉的摻入比例變小。

采用機制砂進行基準配合比拌和，得到最優(yōu)砂率、混凝土外加劑摻入量等數(shù)據(jù)后，進行對比測試，由于石粉摻入量和水泥強度等級的改變，砂率、混凝土外加劑摻入量需要進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，以得到良好的混凝土和易性。所以，在后期試驗過程中，同強度級別的混凝土，除石粉摻入量、用砂率和外加劑摻入量需要做適當變化，其余材料用量均不做調(diào)節(jié)，以對比不同配合比下混凝土特性。實測數(shù)值見表4。

表4 混凝土拌和對比數(shù)據(jù)

由表4可見，不同標號的混凝土摻入一定量的石粉含量后，工作性能指標、力學強度均可滿足施工和設(shè)計要求。

6 試驗結(jié)果分析

石粉主要是指巖石經(jīng)過機械加工后的微細顆粒，混凝土中膠凝材料和水的用量較少，當人工砂中含有適量的石粉時，石粉在砂漿中能替代部分摻合料，與膠凝材料一起起填充空隙和包裹砂粒表面的作用，相當于增加了膠凝材料漿體，能在一定程度上改善灰漿量較少的混凝土拌和物的和易性，增進混凝土的勻質(zhì)性、密實性、抗?jié)B性。

經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)分析得出，膠凝材料用量減少時，石粉的存在可以彌補礦料的空隙，在一定程度上，混凝土的泌水率隨著石粉含量的增加而降低，機制砂石粉含量存在最佳值，等級越高，石粉含量的最佳值越低，中低標號強度等級混凝土在不同的強度等級的情況下，均存在對應(yīng)的最佳石粉含量（見表5）[2]，此時，中低標號強度等級混凝土的工作性、力學性能及耐久性均能滿足設(shè)計要求。

表5 中低標號強度等級混凝土最優(yōu)石粉摻入量

機制砂中石粉含量在小于一定比例范圍，填充機制砂及礦料之間的空隙，改善級配，有利于提高水泥的水化，從而提高混凝土強度，當機制砂超過一定比例范圍時，造成膠集比偏大，削弱了混凝土的強度，為滿足優(yōu)化后的配合比要求，在生產(chǎn)中采用電動吸塵或水洗法進行生產(chǎn)，當要求石粉含量偏低時，必須采用水洗法，但也要保證原有機制砂的級配，在此基礎(chǔ)上也要通過試驗確定石粉摻量的最優(yōu)范圍[3]，以保證機制砂混凝土的工作性、力學性能及耐久性。

7 結(jié)語

綜上所述，貴州省黔東南地區(qū)河沙資源匱乏，而石灰?guī)r較為豐富，可作為加工機制砂的母材利用。通過大量試驗可知，機制砂經(jīng)篩洗后進行配合比設(shè)計，并且在基準配合比的基礎(chǔ)上摻入不同量的石粉配制中低標號的混凝土，混凝土的工作特性、力學特性及耐久性等均能滿足施工和設(shè)計要求。配制過程中，最佳石粉摻量可以作為機制砂加工和中低標號混凝土配置的參考，這樣可將棄渣作為機制砂母材本著就地取材，資源得到了有效利用，生產(chǎn)的混凝土質(zhì)量也能得到保證，同時棄渣占地面積減少，機制砂加工成本較購買在一定程度上也得到節(jié)約。