機(jī)制砂混凝土用于橋梁建設(shè)的研究

1、· 機(jī)制砂混凝土用于橋梁建設(shè)的研究   1、引言隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，混凝土用砂需求量急增，現(xiàn)有天然砂資源難以保證我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。我國2006年混凝土總產(chǎn)量達(dá)21億m3，僅混凝土中砂的用量達(dá)15億t。天然砂是一種地方性資源，分布很不均勻，短時(shí)間內(nèi)不可再生，也不適宜長距離運(yùn)輸。目前，不少地區(qū)的天然砂資源已近枯竭，還有很多地方已經(jīng)開始禁采或限采天然砂，這樣工程用砂供需矛盾日益突出，導(dǎo)致砂的價(jià)格越來越高，某些地區(qū)甚至無天然砂可用，影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代混凝土對(duì)砂的技術(shù)要求越來越高，特別是高強(qiáng)度等級(jí)和高性能混凝土對(duì)骨料的要求很嚴(yán)，能

2、滿足其要求的天然砂數(shù)量越來越少，甚至沒有，而對(duì)社會(huì)節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的要求越來越高。所以機(jī)制砂在工程中的地位越來越重要，將成為建設(shè)用砂的重要來源。對(duì)于砂少石多的山區(qū)高速公路建設(shè)，用機(jī)制砂代替天然砂配制混凝土更是勢在必行。機(jī)制砂是巖石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑在4.75 mm以下的巖石顆粒。機(jī)制砂與天然砂在粒形、級(jí)配和表面特性上明顯不同，機(jī)制砂顆粒表面粗糙、尖銳多棱角，細(xì)度模數(shù)大，級(jí)配不良，最明顯的區(qū)別是機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中不可避免地產(chǎn)生一些粒徑小于0.075mm的石粉顆粒，約占機(jī)制砂總量的10%20%。機(jī)制砂的這些特性對(duì)混凝土拌和物的配合比設(shè)計(jì)和水泥用量、需水量、外加劑需求量、工作

3、性、終飾性能以及硬化混凝土的強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和耐久性均會(huì)產(chǎn)生影響。但是，目前我國在機(jī)制砂生產(chǎn)和應(yīng)用方面還存在許多問題，阻礙了機(jī)制砂混凝土的推廣應(yīng)用，特別是在大型、重點(diǎn)工程中的應(yīng)用。（1）機(jī)制砂行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理水平低下，機(jī)制砂產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，特別是部分存在質(zhì)量問題的機(jī)制砂導(dǎo)致了混凝土性能不良，并把這些問題歸于機(jī)制砂混凝土，從而導(dǎo)致人們不敢使用機(jī)制砂。（2）對(duì)石粉在機(jī)制砂混凝土中作用研究不夠，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)制砂中的石粉含量限制過嚴(yán)。2002年發(fā)布實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)建筑用砂（GB/T14684-2001），首次明確規(guī)定了機(jī)制砂的技術(shù)要求，但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)石粉含量的限制規(guī)定為小于C30、C30C60、大于C60

4、的混凝土用機(jī)制砂中的石粉含量限制分別為7%、5%、3%。為了滿足國標(biāo)規(guī)定的石粉含量要求，機(jī)制砂中過量的石粉通常采取水洗、風(fēng)選收塵等方法去除，在生產(chǎn)上不僅增加了機(jī)制砂的生產(chǎn)難度，降低了產(chǎn)量，浪費(fèi)了寶貴的礦產(chǎn)資源和水資源，增加了制砂成本，同時(shí)石粉副產(chǎn)品的大量堆積，又引起了新的污染。在使用中，由于去粉過程中去掉的顆粒并非只有石粉，還含有0.15mm、0.3mm、0.6mm甚至更大的顆粒，因而破壞了機(jī)制砂的自然級(jí)配，導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土離析泌水嚴(yán)重?？陀^上加劇了人們對(duì)石粉在機(jī)制砂混凝土中作用的誤解，嚴(yán)重地制約了機(jī)制砂的應(yīng)用和石粉的利用。（3）沒有形成專門的機(jī)制砂混凝土配制技術(shù)，工程技術(shù)人員對(duì)機(jī)制砂混凝土的

5、性能也缺乏充分認(rèn)識(shí)。機(jī)制砂混凝土的配制，目前基本沿襲天然砂混凝土配制方法，而忽視了機(jī)制砂與機(jī)制砂混凝土的特點(diǎn)，從而使工程技術(shù)人員難以掌握，對(duì)利用機(jī)制砂配制高性能混凝土的技術(shù)更不成熟。一般認(rèn)為機(jī)制砂混凝土工作性差，終飾性差，并對(duì)機(jī)制砂混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性研究不夠，心存疑慮，導(dǎo)致重點(diǎn)工程不敢使用機(jī)制砂。為解決西部山區(qū)高速公路建設(shè)橋梁工程混凝土用砂資源匱乏的問題，交通部于2003年將“機(jī)制砂混凝土用于橋梁建設(shè)的研究”確定為西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目（合同編號(hào)：2003 318 811 06）。項(xiàng)目圍繞機(jī)制砂生產(chǎn)與混凝土應(yīng)用中的突出問題，研究了機(jī)制砂的制備技術(shù)與質(zhì)量控制措施、機(jī)制砂與所含石粉的特性、石

6、粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響與機(jī)理，制備出了與天然砂高性能混凝土具有同樣優(yōu)異性能的C60、C80機(jī)制砂高性能混凝土，解決了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，編制了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，并成功用于湖北滬蓉西高速公路橋梁工程，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。2、項(xiàng)目完成的主要研究內(nèi)容及取得的成果2.1 全面測試了機(jī)制砂及其所含石粉的物理化學(xué)特性（1）應(yīng)用數(shù)字圖形處理(DIP)技術(shù)研究了機(jī)制砂的顆粒形貌參數(shù)及與粗糙度的相關(guān)性，驗(yàn)證了機(jī)制砂較天然砂顆粒尖銳、棱角性強(qiáng)、針片狀顆粒多、粗糙的特征。（2）建立了機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)（FM）與2.36mm粒級(jí)的分計(jì)篩余(a2)的定量關(guān)系，其回歸關(guān)系式為FM=0.0323 a2+2.

7、4519，（r=0.892），據(jù)此提出通過控制2.36mm粒級(jí)的分計(jì)篩余可控制細(xì)度模數(shù)。（3）機(jī)制砂最大壓碎值多數(shù)在2.364.75mm粒級(jí)，其次是0.30.6mm 粒級(jí)，壓碎值可能性最小的是1.182.36粒級(jí)。（4）采用激光粒度分析儀，提出現(xiàn)有機(jī)制砂生產(chǎn)的除石粉工藝破壞了機(jī)制砂的級(jí)配、不利于機(jī)制砂的密實(shí)堆積。（5）機(jī)制砂MB值不僅與泥粉含量相關(guān)，且與所含泥粉的液限值有關(guān)，后者是對(duì)采用亞甲藍(lán)MB值檢驗(yàn)小于75m的細(xì)粉是泥粉還是石粉這一試驗(yàn)方法的一個(gè)補(bǔ)充。 （6）石粉的顆粒形貌、細(xì)度與水泥接近，遠(yuǎn)小于粘土的比表面積。對(duì)于75m以下顆粒，石粉中粒徑小于16m者占3251%，粘土中粒徑小于16m者

8、占79%。2.2 研究了石粉作混合材以及石粉代砂對(duì)水泥性能的影響。（1）石粉作水泥混合材，一般來說，增加水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、減小膠砂流動(dòng)度，促進(jìn)水泥水化、使凝結(jié)時(shí)間提前。石粉摻入水泥后，降低了水泥膠砂強(qiáng)度，但折壓比卻隨之升高，水泥強(qiáng)度等級(jí)越低，折壓比升高越明顯。（2）用含石粉的機(jī)制砂配制的水泥砂漿，隨石粉含量的不斷增加，砂漿流動(dòng)性下降，28d強(qiáng)度受石粉含量的影響不甚明顯，而石粉對(duì)砂漿的3d強(qiáng)度明顯有增強(qiáng)作用，石粉顆粒越細(xì)增強(qiáng)作用越明顯。隨石粉含量的不斷增加，漿體比例增加，干縮率上升，干燥失水的質(zhì)量損失增大，抗裂性變差。含泥量對(duì)機(jī)制砂砂漿干縮、質(zhì)量損失、抗裂、及強(qiáng)度均有顯著的不良影響。因此，機(jī)

9、制砂中的含泥量應(yīng)得到嚴(yán)格控制。2.3 明確了石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響規(guī)律。研究了石粉含量分別在520%對(duì)中低強(qiáng)塑性機(jī)制砂混凝土、720%對(duì)中低強(qiáng)泵送機(jī)制砂混凝土、514%對(duì)高強(qiáng)泵送機(jī)制砂混凝土各方面性能的影響規(guī)律，石粉對(duì)不同強(qiáng)度、不同流態(tài)的混凝土、性能的不同方面影響各異，應(yīng)根據(jù)混凝土用途和性能要求，有針對(duì)性地提出機(jī)制砂石粉含量限值。（1）配制低強(qiáng)、大流動(dòng)性機(jī)制砂混凝土?xí)r采用高石粉含量機(jī)制砂更有利。對(duì)于中低強(qiáng)度塑性混凝土，石粉可以增加拌和物的粘聚性和保水性，利于改善離析泌水情況；對(duì)于泵送混凝土，石粉可以增加水泥漿體含量而提高混凝土的流動(dòng)性，石粉還起到潤滑作用，減少砂與砂之間磨擦而改善混凝土的

10、和易性。（2）提出了水粉比、泌水潛伏時(shí)間的概念，應(yīng)用水粉比、泌水潛伏時(shí)間可以很好地解釋機(jī)制砂混凝土工作性的影響因素。對(duì)于特定的混凝土體系，均存在最佳水粉比，水粉比偏大易產(chǎn)生離析泌水，水粉比偏小則使混凝土過粘。在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r膠凝材料的用量很大，石粉在粉料中的比例較小，同時(shí)摻用了較大比例的高效減水劑，在混凝土工作性諸多影響因素中，石粉含量的增減不是十分敏感的因素。中低強(qiáng)度泵送機(jī)制砂混凝土某一時(shí)刻的泌水率與拌和物靜置時(shí)間和泌水潛伏時(shí)間比值的對(duì)數(shù)成正比，隨石粉含量的增加，水粉比下降，拌和物的泌水潛伏時(shí)間延長，泌水率與離析程度下降。（3）對(duì)于中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土，在等水灰比下，所有含石粉的機(jī)制砂混凝

11、土強(qiáng)度均高于未含石粉的機(jī)制砂的混凝土強(qiáng)度。石粉含量介于1015%之間時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最高。對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，在等水膠比下，石粉含量在14%范圍對(duì)強(qiáng)度基本上有促進(jìn)作用，石粉含量10%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到峰值，石粉再增多后強(qiáng)度開始下降。在w/c=0.700.35區(qū)間內(nèi)，用石粉含量為7%的機(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度普遍高于不含石粉機(jī)制砂配制的混凝土，且鮑羅米公式中的a值小一些，也就是說，強(qiáng)度差值隨著w/c的提高而升高。（4）機(jī)制砂混凝土的抗折強(qiáng)度高于天然砂混凝土，隨石粉含量增加抗折強(qiáng)度升高，石粉含量10%左右時(shí)達(dá)到最高，之后有所下降。（5）機(jī)制砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均高于天然砂混凝土，且

12、提高幅度隨石粉含量增加而增大，石粉對(duì)早期劈裂抗拉強(qiáng)度有顯著貢獻(xiàn)。（6）機(jī)制砂混凝土的抗壓彈性模量隨石粉含量的增加其變化比較復(fù)雜，取決于石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度和漿體數(shù)量兩方面的影響?？傮w來說，中低強(qiáng)機(jī)制砂混凝土彈性模量較河砂混凝土略低，而高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土彈性模量較河砂混凝土略，且隨石粉含量增加而呈降低趨勢。（7）機(jī)制砂混凝土的干縮率小于天然砂混凝土。對(duì)于中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土，石粉含量10%時(shí)，干縮率最大；對(duì)于高強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土，石粉含量7%時(shí)，干縮率最大。因受粗集料限制等因素的影響，石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土干縮性能與機(jī)制砂砂漿的干縮性能變化規(guī)律有些差別。（8）石粉對(duì)離析泌水情況的改善及其填充效應(yīng)增加了混凝土

13、的密實(shí)度，所以石粉能夠增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能。（9）中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土的抗凍性能整體上低于同配比的河砂混凝土，有的機(jī)制砂混凝土抗凍結(jié)性只能達(dá)到F50，有的又可超過F150。這可能與機(jī)制砂顆粒表面裂隙狀況、級(jí)配等品質(zhì)有關(guān)。適量石粉（1015%）有利于機(jī)制砂混凝土抗凍性能的改善。因此，在采用機(jī)制砂配制抗凍性混凝土?xí)r，應(yīng)重視機(jī)制砂品質(zhì)的影響。對(duì)抗凍性能有較高要求的中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土，可采用引氣劑進(jìn)行配制。（10）機(jī)制砂水泥砂漿的耐磨性與其中的石粉含量有關(guān)，在石粉含量小于10%時(shí)，機(jī)制砂砂漿耐磨性能好于河砂砂漿，石粉含量大于10%時(shí)，機(jī)制砂砂漿的耐磨性比河砂的要差。（11）機(jī)制砂和石粉的巖性及機(jī)制砂

14、中的石粉含量對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能沒有明顯的不利影響，機(jī)制砂混凝土受硫酸鹽的主要侵蝕性產(chǎn)物也為石膏。2.4 制備出了與天然砂高性能混凝土具有同樣優(yōu)異性能的C60、C80機(jī)制砂高性能混凝土。設(shè)計(jì)、優(yōu)化了C60、C80機(jī)制砂高性能混凝土的配合比，充分研究了石粉、泥粉含量對(duì)機(jī)制砂高性能混凝土工作性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和耐久性的影響，討論了高石粉含量機(jī)制砂配制高性能混凝土?xí)r粉煤灰、礦渣粉等摻合料的摻量與作用問題。2.4.1 C60機(jī)制砂高性能混凝土（1）在石粉含量3.5%14%范圍，隨石粉含量增大，機(jī)制砂高性能混凝土的坍落度基本不受影響，而坍?dāng)U度呈下降趨勢，石粉含量越高、坍?dāng)U度下降越明顯，且石粉改善

15、了機(jī)制砂混凝土拌和物的粘聚性和保水性。機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度隨石粉含量的增加呈逐步增大趨勢，且石粉對(duì)其后期強(qiáng)度的增長無不良影響。（2）石粉含量對(duì)機(jī)制砂高性能混凝土的干縮影響與干縮齡期密切相關(guān)，石粉含量較高的機(jī)制砂混凝土的前14d齡期干縮值要比天然砂混凝土大，而后齡期干縮值相差不大，因此機(jī)制砂混凝土要注意早齡期的濕養(yǎng)護(hù)。另外，摻入粉煤灰使機(jī)制砂混凝土各齡期的干縮值減小，且隨粉煤灰摻量增加收縮值減小。（3）隨石粉含量增大，機(jī)制砂高性能混凝土的彈性模量呈降低趨勢。與天然砂混凝土相比，機(jī)制砂高性能混凝土的彈性模量在石粉含量高時(shí)略低，在石粉含量低時(shí)略高。相比同條件下的河砂高性能混凝土，石粉含量7%的機(jī)制

16、砂高性能混凝土雖然抗壓強(qiáng)度高，但其徐變相對(duì)要大。（4）機(jī)制砂高性能混凝土具有很好的抗氯離子滲透性能和很高的抗凍性。各石粉含量的機(jī)制砂高性能混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均符合高性能混凝土小于3.0×10-8cm2/s的要求。隨石粉含量增大，機(jī)制砂高性能混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈弱遞增趨勢。各石粉含量的機(jī)制砂高性能混凝土抗凍等級(jí)遠(yuǎn)超過F325。隨石粉含量增加，機(jī)制砂混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量幾乎沒有差異，且11%17%的粉煤灰摻量并不降低機(jī)制砂高性能混凝土的抗凍性。（5）無論是采用低石粉含量還是高石粉含量的機(jī)制砂，石粉的存在基本不影響摻用粉煤灰對(duì)混凝土的作用效果，因此在機(jī)制砂高性能混凝土中粉煤灰的摻

17、用可以不考慮機(jī)制砂中石粉含量的高低。（6）機(jī)制砂混凝土的工作性受砂率影響非常敏感，強(qiáng)度最佳時(shí)的砂率沒有工作性最佳時(shí)的砂率對(duì)石粉含量敏感。隨石粉含量的增加，機(jī)制砂混凝土的合理砂率越低。（7）機(jī)制砂石粉中混有泥粉不利于機(jī)制砂混凝土的高性能化。對(duì)3%7%泥粉含量的綜合研究表明，隨著泥粉含量的增加，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度及抗?jié)B性無明顯變化，但混凝土需水量增加，收縮增大，抗凍性明顯下降。2.4.2 C80機(jī)制砂高性能混凝土（1）外加劑和礦物摻合料的選擇是C80機(jī)制砂高性能混凝土配制的關(guān)鍵，通過優(yōu)化，C80機(jī)制砂高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)為：膠凝材料用量600kg/m3，水膠比0.25，礦渣、粉煤灰、硅灰的摻

18、量為25%、15%和8%，砂率3739%，外加劑為兩種聚羧酸鹽（FOX+ADVA-180）外加劑復(fù)摻，摻量為0.3%+0.8%。（2）機(jī)制砂中石粉含量對(duì)工作性和強(qiáng)度的影響試驗(yàn)表明，C80混凝土的機(jī)制砂石粉含量5%時(shí)的性能較佳，因此C80機(jī)制砂混凝土的石粉含量限值可由國標(biāo)規(guī)定的3%放寬至5%。2.5 提出機(jī)制砂石粉含量限值可以突破國標(biāo)限值規(guī)定針對(duì)不同用途探討了機(jī)制砂中石粉含量的最優(yōu)值和最高限值，提出了新的混凝土用機(jī)制砂石粉含量限值建議指標(biāo)范圍（見表1）?；炷翉?qiáng)度等級(jí)低者，石粉極限含量可越高，特別是對(duì)于配制中低強(qiáng)度、大流動(dòng)混凝土，越高的石粉含量，反而越利于混凝土工作性的改善和水泥用量的降低。高石

19、粉機(jī)制砂的應(yīng)用，不僅改善了機(jī)制砂混凝土的性能，且大大擴(kuò)大了機(jī)制砂的應(yīng)用范圍，有效利用了石粉資源，對(duì)于機(jī)制砂生產(chǎn)可免去除粉工藝，降低機(jī)制砂生產(chǎn)成本，節(jié)省工程造價(jià)。機(jī)制砂石粉含量限值：強(qiáng)度等級(jí)C30C30C60C60國標(biāo)規(guī)定7%5%3%本研究建議1015%710%5%2.6 揭示了石粉在機(jī)制砂混凝土中的作用機(jī)理與效應(yīng)（1）水泥中摻20%石粉的水化樣誘導(dǎo)期內(nèi)單位時(shí)間放熱量高于純水泥水化樣和水泥中摻20%粉煤灰的水化樣，石粉作為晶核對(duì)水泥水化起到促進(jìn)作用，使水化誘導(dǎo)期和加速期的結(jié)束時(shí)間提前，說明石粉促進(jìn)了水泥水化。（2）石粉中的CaCO3參與C3A的水化反應(yīng)生成了水化碳鋁酸鈣，對(duì)水泥水化有增強(qiáng)作用。（

20、3）石粉具有使過渡區(qū)密實(shí)化、改善混凝土孔結(jié)構(gòu)的作用，使孔徑得到一定程度的細(xì)化，從而增強(qiáng)機(jī)制砂混凝土的性能。（4）石灰?guī)r石粉在機(jī)制砂混凝土中有增粘、潤滑、填充、晶核、對(duì)水化的增強(qiáng)等多種效應(yīng)，對(duì)混凝土性能的影響是這些效應(yīng)的綜合作用。2.7 總結(jié)提出了高含石粉機(jī)制砂混凝土的配制技術(shù)與方法（1）配制低強(qiáng)、流動(dòng)性混機(jī)制砂混凝土?xí)r應(yīng)充分發(fā)揮石粉的作用：用高含石粉機(jī)制砂比天然砂更適合采用強(qiáng)度等級(jí)高的水泥來配制低強(qiáng)度混凝土，水灰比越大、石粉的貢獻(xiàn)越突出。因此，可以利用機(jī)制砂的高石粉含量解決混凝土強(qiáng)度富余過多與工作性差之間的矛盾；（2）機(jī)制砂中的石粉可作混凝土摻合料使用：對(duì)于C30中低強(qiáng)度混凝土、C60高強(qiáng)度混

21、凝土和C80超高強(qiáng)混凝土，取代水泥的的比例以分別不超過18.75%、22.5%和15%為宜，分別相當(dāng)于同等摻量II級(jí)或I級(jí)粉煤灰的作用效果。（3）對(duì)水灰比選擇的影響：仍基于天然砂鮑羅米公式確定水灰比。選取“最大水灰比”和“最小水泥用量”完全出于工作性考慮時(shí)，應(yīng)代之以“最大水粉比”和“最小粉料用量”的概念 。（4）對(duì)單位用水量選擇的影響：不摻減水劑下，機(jī)制砂中的石粉含量增加使混凝土流動(dòng)性降低，要保持相同的坍落度，則混凝土的用水量增加。若摻有減水劑，則石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性的影響，有最佳石粉含量范圍（為710%）。因此，機(jī)制砂混凝土的用水量仍基于天然砂混凝土根據(jù)坍落度要求確定用水量，但應(yīng)考慮減水

22、劑的需求。 （5）對(duì)外加劑需要的影響：高含石粉機(jī)制砂混凝土對(duì)減水劑的額外需求與石粉在粉料中的比例成指數(shù)增加，減水劑的摻量可近似按粉料的百分比計(jì)。（6）對(duì)合理砂率選擇的影響：機(jī)制砂混凝土砂率的選擇不僅考慮要細(xì)度模數(shù)，還要注意機(jī)制砂石粉含量的增加使合理砂率降低。高石粉機(jī)制砂的砂率的確定應(yīng)參考最佳水粉比進(jìn)行。（7）提出了水粉比和等效砂率的概念及高含石粉機(jī)制砂混凝土體系配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)原理，闡述了以水灰比保證強(qiáng)度、以水粉比確保工作性、基于水粉比確定砂率的設(shè)計(jì)原則。2.8 開展了C50機(jī)制砂混凝土T梁荷載試驗(yàn)（1）石粉含量6.8%的機(jī)制砂制備的混凝土T梁荷載破壞試驗(yàn)a）跨中彎矩破壞試驗(yàn)：T梁極限荷載為6

23、20kN，是設(shè)計(jì)荷載320kN的1.94倍；在荷載小于620kN作用下，T梁撓度隨荷載增長曲線呈線性關(guān)系，處于良好的彈性工作狀態(tài)，梁體應(yīng)變沿高度方向分布基本呈線性關(guān)系，基本滿足平截面假定。b）梁端剪力破壞試驗(yàn)： T梁剪力極限荷載為1940KN，此時(shí)相應(yīng)梁端剪力為1791KN，是設(shè)計(jì)荷載815KN的2.2倍，T梁具有較高的承載能力。 （2）機(jī)制砂、河砂混凝土T梁常規(guī)對(duì)比試驗(yàn)相同荷載作用下，石粉含量6.8%的機(jī)制砂制備的混凝土T梁的撓度、應(yīng)變值均小于河砂混凝土T梁（同等水灰比和水泥用量下），顯示機(jī)制砂混凝土T梁具有更高的抗變形能力。 2.9 研究了機(jī)制砂的生產(chǎn)與質(zhì)量控制措施基于高速公路線長點(diǎn)多的特

24、點(diǎn)，以及機(jī)制砂的技術(shù)要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有簡單、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和環(huán)保的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝流程，提出了高速公路建設(shè)機(jī)制砂生產(chǎn)條件，建立了機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量控制措施和質(zhì)量保證體系。提出的制砂用典型工藝設(shè)備為顎式破碎機(jī)（粗碎）、反擊式破碎機(jī)（中碎）和立式?jīng)_擊式制砂機(jī)（沖擊式破碎機(jī)）或棒磨機(jī)（細(xì)碎），典型石粉控制工藝設(shè)備為收塵器（干法收塵）、螺旋或輪式洗砂機(jī)（水洗除粉）及干法制砂分級(jí)機(jī)（干法選粉）。2.10 編制了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)指南課題組2004年9月編制的湖北滬蓉西高速公路普通混凝土用機(jī)制砂應(yīng)用技術(shù)規(guī)程被依托工程采用，現(xiàn)已進(jìn)行修訂，形成了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)指南，是國內(nèi)提出的最為全面的有關(guān)機(jī)制砂的應(yīng)

25、用技術(shù)規(guī)程。主要內(nèi)容包括：機(jī)制砂的生產(chǎn)、檢驗(yàn)與驗(yàn)收；機(jī)制砂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)制砂的檢驗(yàn)方法；機(jī)制砂普通混凝土配合比設(shè)計(jì)；機(jī)制砂高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)；機(jī)制砂混凝土的施工與驗(yàn)收。3、項(xiàng)目在依托工程中的推廣應(yīng)用與效益項(xiàng)目依托于湖北滬蓉西高速公路，橋梁總長達(dá)71.2704公里，混凝土需求量近498萬m3，其中C30以下混凝土約320 m3，C30以上混凝土約178 m3，共需細(xì)集料230萬方，但沿線沒有可用的天然河砂，如果采用天然河砂配制混凝土，需從湖南岳陽調(diào)運(yùn)，其平均價(jià)格高達(dá)180元/m3，同時(shí)，由于運(yùn)輸條件差，保障供應(yīng)尚存困難。應(yīng)用本項(xiàng)目研究成果，開展了大規(guī)模的機(jī)制砂生產(chǎn)和機(jī)制砂混凝土推廣應(yīng)用工作，

26、截止到2006年12月，共推廣應(yīng)用機(jī)制砂混凝土約247萬m3，累計(jì)使用機(jī)制砂約117萬 m3，直接經(jīng)濟(jì)效益1.2億元左右。其中：（1）在樁基、承臺(tái)、橋墩、二襯中應(yīng)用C30及以下機(jī)制砂混凝土177萬m3，使用機(jī)制砂85萬m3；（2）在預(yù)制梁板、橋面鋪裝、現(xiàn)澆箱梁中應(yīng)用C40C50機(jī)制砂混凝土70萬m3，使用機(jī)制砂32萬m3。（3）指導(dǎo)建立機(jī)制砂生產(chǎn)廠30家，形成年產(chǎn)機(jī)制砂585萬噸的規(guī)模，不僅解決了滬蓉西高速公路建設(shè)缺砂的問題，也為宜萬鐵路建設(shè)提供了大量的機(jī)制砂。4、項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（1）全面測試了機(jī)制砂和石粉的物理化學(xué)特性，分析了機(jī)制砂顆粒形貌特征參數(shù)與粗糙度參數(shù)的相關(guān)性，建立了機(jī)制砂的顆粒細(xì)

27、度模數(shù)與2.36mm粒級(jí)分級(jí)篩余的定量關(guān)系，提出現(xiàn)有機(jī)制砂生產(chǎn)的除石粉工藝破壞了機(jī)制砂的級(jí)配、不利于機(jī)制砂的密實(shí)堆積，機(jī)制砂MB值不僅與含泥量且與泥土的液限值有關(guān)，為機(jī)制砂的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了技術(shù)依據(jù)。（2）明確了石粉對(duì)不同流態(tài)、不同強(qiáng)度的機(jī)制砂混凝土各方面性能的影響規(guī)律，揭示了石灰?guī)r石粉的增粘、潤滑、填充、晶核與水化增強(qiáng)的效應(yīng)與機(jī)理，提出了配制強(qiáng)度等級(jí)C60、C60C35和C30混凝土的機(jī)制砂石粉含量的限值，可突破現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，分別放寬到5%、7%10%和10%15%并不影響機(jī)制砂混凝土的高性能與耐久性，可供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的修訂借鑒。（3）提出了高石粉含量機(jī)制砂應(yīng)用技術(shù)，研究了高石粉含量機(jī)

28、制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，提出了水粉比、水膠比、合理砂率、用水量、外加劑摻量等配合比參數(shù)選取原則。（4）編制了機(jī)制砂在混凝土應(yīng)用技術(shù)指南，為機(jī)制砂的生產(chǎn)及應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。研究成果成功應(yīng)用于湖北滬蓉西高速公路橋梁工程，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。 探討人工機(jī)制砂在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用引 言為了貫徹執(zhí)行國家六部委關(guān)于在部分城市限期禁止現(xiàn)場攪拌砂漿工作的通知精神，2007年國家指定北京、常州等十城市為首批試點(diǎn)預(yù)拌砂漿推廣應(yīng)用城市，禁止施工現(xiàn)場配制砌筑抹灰砂漿。經(jīng)過近三年的推廣已初見成效，生產(chǎn)技術(shù)工藝日趨成熟，以工廠化生產(chǎn)的預(yù)拌砂漿深受廣大用戶的普遍認(rèn)可和歡迎。隨著施工現(xiàn)場禁止配制砌筑

29、、抹灰砂漿的力度不斷加大，全國各地建設(shè)預(yù)拌砂漿生產(chǎn)基地的步伐不斷加快，目前我國大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)工藝仍以天然砂集料為主，眾所周知，天然砂資源是一種地方資源，短時(shí)間內(nèi)不可再生，而且不適合長距離運(yùn)輸，但是我國的基建規(guī)模正在逐年提升，對(duì)天然砂的需求也在逐年增加，從而導(dǎo)致全國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源短缺，供需矛盾十分突出，因此天然砂的價(jià)格出現(xiàn)波動(dòng)，嚴(yán)重制約工程建設(shè)的發(fā)展，所以要從根本上解決天然砂短缺的現(xiàn)狀，必須尋求新的材料來源。2001年7月13日由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684-2001建筑用砂，已于2002年2月1日起實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)建筑所需用砂的數(shù)量和質(zhì)量資源利用進(jìn)行了

30、系統(tǒng)規(guī)范，GB/T14684-2001是在GB/T14684-1993基礎(chǔ)上修訂的，其中增加的重要內(nèi)容就是將人工機(jī)制砂作為建筑用砂之一，并且規(guī)范了人工機(jī)制砂的定義、技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法，在將來的建筑用砂領(lǐng)域，人工機(jī)制砂將成為主要來源。但在全國只有少數(shù)地區(qū)和部門對(duì)人工機(jī)制砂有所了解外，多數(shù)地區(qū)和部門對(duì)人工機(jī)制砂的應(yīng)用還很陌生，而且僅僅限于混凝土中的應(yīng)用，至于人工機(jī)制砂在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用，大多數(shù)地區(qū)和行業(yè)相知甚少。根據(jù)筆者在江蘇順陽建筑新型材料有限公司擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任期間對(duì)人工機(jī)制砂在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用展開深入系統(tǒng)研究，取得了一些理解和體會(huì)，并結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出一些人工機(jī)制砂質(zhì)量控制要點(diǎn)和注意事項(xiàng)

31、，希望人工機(jī)制砂這一新型材料在預(yù)拌砂漿中能夠得到更好應(yīng)用。一、 巖石的開采與選擇巖石是人工機(jī)制砂的主要材料來源，我國地質(zhì)條件十分復(fù)雜，巖石資源也很豐富。巖石大致可分為四大類型：1. 山地型：以石灰?guī)r和花崗巖為主2. 陸川型：以古河道河床為主3. 河川型：以陸地內(nèi)河床為主4. 海底型：以部分沿海地區(qū)海灘為主各地應(yīng)根據(jù)以上巖石資源分布因地制宜就地取材合理有數(shù)利用。根據(jù)實(shí)踐，山地型和河川型巖石是優(yōu)質(zhì)的自然資源，尤其是石灰?guī)r巖石含有豐富的碳酸鈣物質(zhì)，能提高預(yù)拌砂漿的和易性和施工性能。在不增加外加劑成本的情況下，可實(shí)施機(jī)械噴漿施工作業(yè)，因此石灰?guī)r機(jī)制砂在預(yù)拌砂漿應(yīng)用中是比較理想的原材料。在開采選擇巖石材

32、料的過程中，應(yīng)按國標(biāo)建筑用碎石、卵石GB/T14685-2001的試驗(yàn)方法，運(yùn)用檢驗(yàn)檢測的手段對(duì)其有效控制，使所選擇的巖石質(zhì)量得到有效保障以及指標(biāo)控制在一定的范圍內(nèi)。具體檢驗(yàn)檢測的項(xiàng)目：含水率、含泥量、泥塊含量、壓碎指標(biāo)值。1、巖石材料所含水分的高低將直接影響預(yù)拌砂漿的質(zhì)量，預(yù)拌砂漿經(jīng)混合后如所含水分偏高會(huì)造成水泥的加速水化、結(jié)塊，使儲(chǔ)存簡倉放料時(shí)易堵塞或者儲(chǔ)存時(shí)間縮短等現(xiàn)象，所以控制巖石的含水率非常必要。經(jīng)檢測表明，巖石在機(jī)械破碎時(shí)經(jīng)過高速摩擦撞擊產(chǎn)生一定的熱量能消耗部分水分，因此巖石的含水率不宜超過1.5%。巖石的含水率檢驗(yàn)檢測應(yīng)按國標(biāo)建筑用碎石、卵石GB/T14685-2001標(biāo)準(zhǔn)中附錄

33、C的方法進(jìn)行。2、在我國大多數(shù)巖石被山皮所覆蓋，開采生產(chǎn)過程中難免混入泥土，從而導(dǎo)致預(yù)拌砂漿強(qiáng)度降低或造成抹灰基面開裂等現(xiàn)象，因此必須控制巖石中過量的含泥量和泥塊含量。首先在開采前應(yīng)及時(shí)清除巖石表面上的泥土，其次對(duì)巖石所含泥量和泥塊含量按國標(biāo)建筑用碎石、卵石GB/T14685-2001的規(guī)定第6.4條和第6.5條進(jìn)行檢驗(yàn)檢測，使所含泥量和泥塊含量控制在國標(biāo)中表、表類范圍內(nèi)。3、巖石開采后經(jīng)機(jī)械破碎加工形成一定的顆粒級(jí)配的碎石，實(shí)踐證明，良好的顆粒級(jí)配能使后續(xù)生產(chǎn)機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配得到有效控制，所以碎石的粒經(jīng)應(yīng)控制在9.5MM-26.5MM之間，另外巖石進(jìn)倉堆放時(shí)應(yīng)按國標(biāo)建筑用碎石、卵石

34、GB/T14685-2001的規(guī)定中的第6.1條試驗(yàn)方法進(jìn)行壓碎值指標(biāo)檢驗(yàn)檢測，其指標(biāo)符合國標(biāo)中壓碎值指標(biāo)小于表6類的規(guī)定，同一粒經(jīng)和壓碎值指標(biāo)的碎石一起堆放并做標(biāo)識(shí)。二、 人工機(jī)制砂工藝設(shè)備概況目前，在我國各地巖石生產(chǎn)除少數(shù)地區(qū)企業(yè)機(jī)械化程度較高外，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備呈落后狀態(tài)，效率低，質(zhì)量差，成本高，從而影響人工機(jī)制砂的質(zhì)量。提高生產(chǎn)工藝設(shè)備性能是各設(shè)備制造商面臨的重要課題，針對(duì)人工機(jī)制砂粒型多呈三角體或方矩體，表面粗糙、棱角尖銳的特點(diǎn)，而且人工機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用與在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用有所區(qū)別，對(duì)人工機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與砂的級(jí)配要求更高，更具科學(xué)性。如果在生產(chǎn)過程中能得到改善，人工機(jī)制砂在

35、預(yù)拌砂漿中代替天然砂使用，其性能明顯優(yōu)越，所以選擇機(jī)制砂設(shè)備相當(dāng)重要。我國在近幾年研制的破碎機(jī)（立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)，圓錐破碎機(jī)，高效負(fù)支撐鄂式破碎機(jī)等）種類中，基本能滿足機(jī)制砂的技術(shù)要求。一些廠家普遍選用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)與砂的級(jí)配穩(wěn)定，破碎中棱角砂所占比例較低，深受廠家的普遍歡迎。三、 人工機(jī)制砂的特點(diǎn)與應(yīng)用根據(jù)國標(biāo)建筑用碎石、卵石GB/T14685-2001的規(guī)定，人工機(jī)制砂是經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成的粒經(jīng)小于4.75MM的巖石顆粒，其合理的細(xì)度模數(shù)與砂的級(jí)配直接影響預(yù)拌砂漿的質(zhì)量，既要確保預(yù)拌砂漿的各項(xiàng)物理性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足其施工性能符合現(xiàn)場施工要求，必須兩者同時(shí)兼顧。因此，應(yīng)按照國標(biāo)建筑用碎石、卵石GB/T14685-2001的規(guī)定運(yùn)用檢驗(yàn)檢測的方法控制其各項(xiàng)指標(biāo)，其檢驗(yàn)檢測的項(xiàng)目為：機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、顆粒級(jí)配及石粉含量。1、人工機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配控制。人工機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配控制是評(píng)定預(yù)拌砂漿用砂質(zhì)量的一個(gè)主要指標(biāo)。隨著預(yù)拌砂漿技術(shù)的不斷完善，砂率、水灰比和預(yù)拌砂漿的和易性、強(qiáng)度及施工性能的關(guān)系越來越收到重視，在預(yù)拌砂漿的配合比中，要以砂的細(xì)度模數(shù)來調(diào)整