機制砂加特細砂配制泵送混凝土

1、機制砂加特細砂配制泵送混凝土的試驗及應(yīng)用廖太昌李培安（中鐵第二十局集團公司中心試驗室）【摘要】機制砂加特細砂簡稱混合砂，利用機制砂、特細砂各自的特點，優(yōu)化組合后，成為級配良好的中砂，配制泵送混凝土和水下混凝土，其坍落度分別為100-180mm、180-220mm。解決了特細砂不能用于重要的橋涵等混凝土工程以及單獨用機制砂配制流態(tài)混凝土，水泥用量高，拌合物保水性差，泌水率大而引起硬化后結(jié)構(gòu)物表易起水波紋等內(nèi)實外不美的難題。在實際工程應(yīng)用中取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。也為我們今后在同類工程施工提供了參考資料?！娟P(guān)鍵詞】機制砂、特細砂、泵送混凝土、試驗、應(yīng)用1前言機制砂和特細砂進行優(yōu)化組配，解決

2、了單用機制砂混凝土內(nèi)實外不美的難題，也突破了單用特細砂不能用于重要橋梁等結(jié)構(gòu)工程的規(guī)定。機制砂、特細砂，單獨作為混凝土的細骨料，在缺少天然中、粗河砂的地區(qū)在一般混凝土結(jié)構(gòu)中使用較普遍，但在重要混凝土結(jié)構(gòu)工程及有特殊要求的混凝土（抗?jié)B混凝土、抗凍混凝土、泵送混凝土、大體積混凝土、高強混凝土）受到限制。機制砂受生產(chǎn)設(shè)備以及巖石材質(zhì)質(zhì)量的影響，不但顆粒粗糙、比表面積大，而且顆粒級配不良，主要是1.25-5.00mm超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，0.08.mm以下石粉含量較高，配制的混凝土拌合物保水性差，泌水率大，工作性差，不便于施工。往往要靠增加水泥用量來改善其工作性；混凝土硬化后結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成較為微小泌水通道,使混

3、凝土強度、耐久性降低；而且早期收縮增大，混凝土硬化后其表面水波紋嚴(yán)重，影響混凝土結(jié)構(gòu)物的感觀質(zhì)量。而特細砂作為混凝土的細骨料，根據(jù)GB19-65特細砂混凝土配制及應(yīng)用規(guī)程規(guī)定：特細砂宜配制低流動性混凝土，其坍落度不大于3cm。特細砂級配較差，空隙率大（比一般中、粗砂大10%-15%）,比表面積大（比一般中、粗砂約大兩倍），并且含泥量也較高。為滿足設(shè)計要求，混凝土配合比設(shè)計時，一般都以增加水泥用量來解決。這將加大混凝土的水化熱，對大體積混凝土不利；特細砂混凝土拌合物，粘滯度比中、粗砂大得多，泌水率大，工作性較差，為滿足工作性要求，需增大用水量，這又將導(dǎo)致混凝土硬化后結(jié)構(gòu)物內(nèi)部中形成泌水通道，降低

4、混凝土的耐久性。因此，將機制砂和特細砂配制成級配良好的中砂，利用機制砂、特細砂各自的特點，配制流態(tài)混凝土，具有較好的應(yīng)用前景。2工程概況重慶至懷化鐵路工程（簡稱渝懷線）是國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略確定的十大重點建設(shè)項目之一，屬國家I級干線鐵路。我局承建的兩昌河特大橋位于重慶市江北區(qū)唐家沱鎮(zhèn)，為重慶樞紐渝懷線引入工程。三跨兩昌河，全長1234.77m,梁為2X24+32X32+5X24m簡支梁，2臺38墩，有明挖擴大基礎(chǔ)、直徑1.5m鉆孔樁和挖孔樁，墩身最高為68m,該特大橋是渝懷線重點控制工程之一。按照該橋施工組織設(shè)計，主體工程從2001年5月15日2003年3月5日共22個月完成主體施工任務(wù)。主體工

5、程混凝土為3.2萬m3，全部采用泵送混凝土施工。泵送混凝土對原材料的要求泵送混凝土施工，要求混凝土具有良好的可泵性，即混凝土拌合物在泵壓作用下，能連續(xù)輸送而不產(chǎn)生離析的性能?？杀眯粤己玫幕炷粒哂辛己玫恼尘坌?，泌水率小，保水性好，不易離析。影響可泵性的原因：一是膠凝材料的多少，二是粗細骨料的品質(zhì)所決定。根據(jù)TB10210-2001規(guī)定，泵送混凝土的最小水泥用量（含摻合料）為300g/m3，細骨料宜選用中砂，粒徑小于0.315mm顆粒所占的比例宜為15%20%，砂率宜為35%45%。粗骨料的最大粒徑應(yīng)與所用輸送管徑相適應(yīng)，碎石的最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比不宜大于1：3,卵石不宜大于1：2.5。機

6、制砂加特細砂的優(yōu)化組合41機制砂由于兩昌河特大橋工程所在方圓200公里內(nèi)無天然中粗砂，只有特細砂和用石灰?guī)r加工的機制砂，篩分試驗見表1。機制砂篩分試驗結(jié)果表篩孔尺寸（mm）10.05.002.501.250.630.3150.160細度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（%）0010154035605075659080100模數(shù)MX實際篩分值（%）01642758291953.5從表1可以得知，機制砂級配不良，1.25mm以上嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，若直接用于泵送混凝土配合比，砂率將超過50%，2.505.00mm顆粒將導(dǎo)致骨料總比表面積加大，因此，混凝土配合比必須加大水泥用量才能滿足設(shè)計強度及施工工藝要求。細砂細度模數(shù)

7、至1.50.7或平均粒徑在0.25mm以下的稱特細砂；特細砂級配較差，孔隙率大，比表面積大，含泥量也較高，篩分試驗結(jié)果見表2。特細砂篩分試驗結(jié)果表2篩孔尺寸(mm)5.002.501.250.630.3150.1600.160細度模數(shù)Mx分計篩分值(%)001.04.018.269.08.0累計篩分值(%)001.05.023.092.0100.01.2從表2得知0.63mm以上的顆粒含量極少，僅為5。若直接配制泵送混凝土，不僅要加大水泥用量才能滿足強度要求，而且還要增加較大用水量才能滿足工作性要求。但是，由于特細砂固有的特性，配制流動性混凝土，必將導(dǎo)致收縮開裂，特別是大體積混凝土；水灰比加大

8、，水化熱也隨之升高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)布極易產(chǎn)生溫度裂縫，加上外部收縮裂縫，大大降低混凝土結(jié)構(gòu)強度及耐久性，由此可見，特細砂不宜配置流動性混凝土。優(yōu)化組配方案根據(jù)表1、2篩分試驗結(jié)果，將它們按一定比例進行優(yōu)化組配，計算公式如下：Ai混=Ai機Xa%+Ai特X(100-a)注:Ai混機制砂+特細砂(混合砂).Ai機機制砂Ai特特細砂a-機制砂所占百分比i=16.計算實例：(1)70%機制砂+30%的特細砂嘰混再機X0.7叫特X0.3=l6X0.7+0X0.3=llA2混=A2mX0-7+A2特X0-3=42X0-7+0X0-3=29(2)(3)(4)A=AX0.7+A3混3機3特A=AX0.7+A4混

9、4機4特A=AX0.7+A5混5機5特A=AX0.7+A6混6機6特X0.3=75X0.7+lX0.3=53X0.3=82X0.7+5X0.3=59X0.3=9lX0.7+23X0.3=7lX0.3=95X0.7+92X0.3=9460%機制砂+40%的特細砂細度模數(shù):M=2.8X2混2機2特A=AX0.6+AX0.4=75X0.6+lX0.4=453混3機3特A=AX0.6+AX0.4=82X0.6+5X0.4=5l4混4機4特A=AX0.6+AX0.4=9lX0.6+23X0.4=645混5機5特A=AX0.6+AX0.4=95X0.6+92X0.4=946混6機6特Ai混=Ai機X06+

10、Ai特X0-4=16X0-6+0X0-4=10A=AX0.6+AX0.4=42X0.6+0X0.4=2550%機制砂+50%的特細砂A=AX0.5+Al混1機1特A=AX0.5+A2混2機2特A=AX0.5+A3混3機3特A=AX0.5+A4混4機4特A=AX0.5+A5混5機5特A=AX0.5+A6混6機6特X0.5=l6X0.5+0X0.5=9X0.5=42X0.5+0X0.5=25X0.5=75X0.5+lX0.5=38X0.5=82X0.5+5X0.5=44X0.5=9lX0.5+23X0.5=57X0.5=95X0.5+92X0.5=9440%機制砂+60%的特細砂細度模數(shù):M=2.

11、5X細度模數(shù):M=2.3XA=AX0.4+AX0.6=16X0.4+0X0.6=6TOC o 1-5 h z混1機1特A=AX0.4+AX0.6=42X0.4+0X0.6=17混2機2特A=AX0.4+AX0.6=75X0.4+1X0.6=31混3機3特A=AX0.4+AX0.6=82X0.4+5X0.6=36混4機4特A=AX0.4+AX0.6=91X0.4+23X0.6=50混5機5特A=AX0.4+AX0.6=95X0.4+92X0.6=93細度模數(shù):M=2.1混6機6特X將(1)(2)(3)(4)計算結(jié)果列于表3計算結(jié)果匯總表表3項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（JGJ5292）累計篩余百分率（）篩孔尺

12、寸（mm）1IIIII(1)(2)(3)(4)5.000100100101110962.50535525515292521171.25356510501025534538310.63718541701640595144360.315809570925585716457500.16060100901009010094949493細度模數(shù)/2.82.52.32.1類另1/中砂中砂中砂細砂級配情況/不良良好不良不良從表3結(jié)果分析（1）（3）（4）組級配不良，（2）組級配只有0.315稍差一些，將（2）進行實際組配篩分結(jié)果列表4。機制砂加特細砂（60:40）篩分試驗結(jié)果表4篩孔尺寸（mm）5.002.

13、501.250.630.3150.1600.160細度模數(shù)Mx分計篩分值（）8.69.020.014.019.023.26.2累計篩分值（）9.018.038.052.071.094.0100.02.5通過理論計算與實際篩分可以看出，其結(jié)果基本是一致的，細度模數(shù)均為2.5，實際篩分0.315mm顆粒所占百分率滿足泵送混凝土要求。5混凝土物理性試驗細骨料：a：機制砂一特細砂（70:30）,細度模數(shù)2.8,堆積密度1680kg/m3，含泥量為0.6%,堅固性指標(biāo)為4.3，有機質(zhì)含量符合要求。b：機制砂一特細砂（60:40）,細度模數(shù)2.5,表觀密度2650kg/m3,堆積密度1650kg/m3,堅

14、固性指標(biāo)為4.5，有機質(zhì)含量符合要求。C：機制砂一特細砂(50:50),細度模數(shù)2.3,表觀密度2630kg/m3,堆積密度1620kg/m3,堅固性指標(biāo)為4.9，有機質(zhì)含量符合要求。d：機制砂一特細砂(40:60),細度模數(shù)2.1,屬細砂，不作試驗安排。粗骨料：當(dāng)?shù)禺a(chǎn)碎石，540mm連續(xù)級配，壓碎值為9.0%，針片狀含量為&1%,堅固性指標(biāo)為4.2。水泥：重慶江津產(chǎn)地維牌32.5普通硅酸鹽水泥。摻合料：重慶江津珞璜電廠產(chǎn)II級粉煤灰，各項指標(biāo)滿足GB146-92標(biāo)準(zhǔn)要求減水劑：宜賓天龍產(chǎn)MTF550型減水劑。配合比分析以C20為例進行配合比分析，試驗因素水平列表5,采用正交試驗L(34),9

15、試驗結(jié)果與極差分析列表6，由表6可知，混凝土28天強度均能達到設(shè)計要求。因此，以3天抗壓強度為考核指標(biāo)進行極差分析。結(jié)果表明，水泥用量是影響混凝土強度的主要因素其因素影響大小為A3BP3D3。但是通過表6可以看出，機制砂與特細砂比例不一樣也是影響混凝土強度的一重大因素:因此，B2因素為最佳組合，即機制砂與特細砂比例為6：4。試驗因素水平表5水泥用量(kg/m)砂率(%)減水劑(%)粉煤灰(%)A1295B145(機制砂:特細砂=7:3)C10.6D110A2310B245(機制砂:特細砂=6:4)C20.8D215A3325B345(機制砂:特細砂=5:5)C3MD326注：26粉煤灰，其中取

16、代水泥用量15，超量系數(shù)為1.5；10、15粉煤灰為等量取代水泥用量。L9(34)試驗結(jié)果與極差分析表6試驗號水泥用量(kg)砂率(%)減水劑(%)粉煤灰(%)坍落度抗壓強度(MPa)3d28d1AiBiCiDiii.513.526.72AiB2C2D2i2.015.929.63AiB3C3D3i3.016.230.44A2BiC2D3ii.015.328.95A2B2C3Dii2.516.230.76A2B3CiD2ii.015.729.17A3BiC3D2i4.516.931.48A3B2CiD3i2.517.433.89A3B3C2Dii2.516.029.9Ki45.645.746.6

17、45.7/K247.249.547.248.5/K350.347.949.348.9/R3.11.62.i0.4/6施工用配合比優(yōu)化設(shè)計根據(jù)兩昌河特大橋混凝土工程結(jié)構(gòu)特點，按JGJ552000普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程，JGJ0521992普通混凝土用砂標(biāo)準(zhǔn)、GBJ1461990粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，采用本文第5節(jié)正交試驗所用原材料(細骨料為機制砂加特細砂比例為60:40),對泵送混凝土進行實用性優(yōu)化設(shè)計，其物理力學(xué)性能試驗結(jié)果見表7。根據(jù)表7試驗結(jié)果，工程用理論配合比為C15為1：2.99：3.78,水膠比：0.56；C20為1：2.44：3.08,水膠比：0.45；C25為1：2.29：

18、2.77,水膠比：0.44。7施工應(yīng)用主要混凝土施工設(shè)備：混凝土自動計量拌合站一個(配2臺500L強制式拌合機)，混凝土運輸車2臺(6立方米)，HBT60混凝土輸送泵2臺。自2001年9月中旬，正式混凝土施工到2002年3月1日止，已施工14個墩，1個臺，澆筑11000m3混凝土，其強度見表8，從未出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象,澆筑相當(dāng)順利,混凝土試件強度合格率100%,結(jié)構(gòu)物內(nèi)實外光。8取得的社會及經(jīng)濟效益8.1經(jīng)濟效益兩昌河特大橋，總混凝土量為32000m3,為確?；炷镣庥^質(zhì)量及創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)的實現(xiàn)，原施工組織設(shè)計混凝土用細骨料為中砂（河砂），在兩昌河方圓200km內(nèi)無中砂（河砂）。當(dāng)?shù)刂挥刑丶毶昂褪規(guī)r加工

19、的砂（稱機制砂）。從較近運距的彭水購買中砂（河砂），運到現(xiàn)場需120元加。在當(dāng)?shù)刭彊C制砂和特細砂運到現(xiàn)場分別只需要55元/m3和45元/m3。根據(jù)該橋混凝土品種及原材料特點，平均每立方米混凝土按0.55m3計算，則總用砂量為：32000X0.55=176000m3（1）、用河砂（中砂）成本：17600X120=2112000元（2）、用機制砂加特細砂成本：（機制砂+特細砂=60:40）機制砂：a17600X0.6X55=580800元特細砂：b17600X0.4X45=316800元節(jié)約成本為：211200580800316800=1214400元社會效益該技術(shù)已運用到兩昌河特大橋施工的38個墩，2個臺，所抽取1358組混凝土試件抗壓強度全部合格，混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量內(nèi)實外美，受到渝懷總指領(lǐng)導(dǎo)及鐵道部質(zhì)量監(jiān)督總站領(lǐng)導(dǎo)的高度評價，已經(jīng)被評為渝懷線“優(yōu)質(zhì)樣板精品工程”，先后有二十幾個單位到該大橋參觀學(xué)習(xí)，取得了較好的社會效益。同時，該技術(shù)已推廣應(yīng)用到我局的其他一些大、中型工程項目中。如：渝懷線十一標(biāo)段的角邦溝大橋、白馬一號隧道（評為渝懷線“優(yōu)質(zhì)樣板工程）”、白馬一號三線大橋（評為渝懷線“精品工程”）、白馬二號三線大橋（評為渝懷線“優(yōu)質(zhì)樣板工程工程”），渝遂線（重慶至遂寧）我局施工的橋、隧工程等等。