花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月 铁道科学与工程学报 花岗岩机制砂混凝土的 性能研究及应用 丁海峰, 程建铝 ( 中国铁建投资集团有限公司, 广东 珠海 ) 摘要: 随着我国基础设施建设的不断推进, 河砂的需求量也日益增长。然而山岭重丘区需长远距离运输, 不但极大地增 加了混凝土施工成本, 而且也影响施工进度, 因此采用机制砂取代河砂已成为一种必然趋势。通过花岗岩机制砂混凝土的 相关试验研究, 结果表明: 采用机制砂取代河砂进行混凝土配合比设计是可行的, 且拌合物的工作性能、 硬化混凝土力学性 能都能够满足设计要求。同时, 提出花岗岩机制砂混凝土主要配合比设计参数、 要点以及施工质量控制措施。该技术在广
2、西资源至兴安高速公路工程中全面应用, 产生了良好的经济效益和社会效益。 关键词: 花岗岩; 机制砂; 混凝土; 配合比设计参数; 质量控制措施 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: ( ) , ( , , ) : , , , , , , , , : ; ; ; ; 近年来, 随着我国基础设施建设不断加快, 混凝 土用量呈逐年增长趋势。砂作为混凝土的原材料之 一, 对砂的需求量也日益增长。但由于部分地区天 然河砂资源匮乏, 交通不便, 材料运输困难, 河砂过 收稿日期: 基金项目: 中国铁建股份有限公司计划项目( ) 通讯作者: 程建铝( ) , 男, 天津人, 教授级高级工程师, 从事隧道、
3、 桥梁施工及研究工作; : 第 期丁海峰, 等: 花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用 度开采, 对自然环境造成严重影响等缘故, 因此采用 机制砂代替河砂是混凝土行业可持续发展的一种发 展趋势 。针对机制砂混凝土的性能研究与应 用, 国内外学者也取得了一些重要成果。在机制砂 混凝土性能研究方面, 等 对比研究了花岗 岩、 石灰岩和白云岩的机制砂对高强混凝土性能的 影响, 得出花岗岩机制砂混凝土强度性能较好。 等 都认为机制砂中的石粉可以有效填 充骨料间的空隙, 阻断水泥砂浆中孔隙的连通, 石粉 含量增加, 可有效提高机制砂混凝土的抗渗透性能。 唐凯靖等 认为母岩岩性差异对机制砂自身特性及 其配制
4、的机制砂混凝土性能的影响明显。芮捷等 通过试验研究了机制砂级配对高标号混凝土性能的 影响, 确定了最佳机制砂级配在区中值和下限之 间。卢自立等 通过试验确定了机制砂混凝土较优 配比设计参数。徐大祯等 采用室内试验研究 了粉体体积对机制砂低强度等级混凝土和易性的影 响, 提出合理当量粉体体积为 。在机 制砂混凝土应用方面, 美国、 英国、 日本等国家, 较早 开始了机制砂的应用研究, 到目前为止已经有了相 对丰富的应用经验 。 年我国第一个包括机 制砂的国家标准 建筑用砂 颁布实施。尹明等 都介绍了机制砂混凝土在 工程中应用情况, 此外三峡工程、 云贵地区南昆、 内 昆和株六铁路、 重庆嘉陵江黄
5、花园大桥、 中建大厦等 大型工程 都采用了机制砂混凝土, 其工程应用也 越来越广泛、 经济效益显著。然而机制砂大多数是 来自石灰岩破碎制成的, 针对其他岩性的机制砂和 机制砂混凝土的性能研究较少, 因此本文以广西资 源至兴安高速公路工程为依托, 基于多工况试验, 探 讨花岗岩机制砂替代天然河砂在本工程中应用的可 行性, 确定了机制砂混凝土合理的配合比设计参数, 为花岗岩机制砂混凝土在依托工程中的应用提供了 依据。 花岗岩机制砂的制备及基本要求 花岗岩机制砂生产 花岗岩机制砂是指经除土开采、 机械破碎、 筛 分制成的粒径在 以下的花岗岩岩石颗 粒。应选取级及以上类别、 较为完整的花岗岩用 于机制
6、砂生产, 其生产施工工序流程如图 。 花岗岩母岩强度要求 花岗岩机制砂应采用开采的新鲜的花岗岩母 岩制作, 母岩岩石的抗压强度宜满足表 规定。 花岗岩机制砂的颗粒级配 机制砂生产必须严格控制其粒形和颗粒级 配。相对于天然砂而言, 机制砂颗粒多呈棱角, 颗粒的比表面积更大, 颗粒与颗粒之间的摩擦力 也更大, 只有保证机制砂良好的连续级配和适中 的细度模数, 才能降低其颗粒间的空隙, 更好的 满足混凝土的施工和易性。花岗岩机制砂按细 度模数可分为粗砂、 中砂, 其颗粒级配应分别符 合表 的规定。 图 机制砂生产流程图 表 母岩强度要求 类别母岩强度要求 类 不宜小于 类 不宜小于 类 不宜小于 表
7、 , 和类机制砂级配范围 , 筛孔尺 寸 类 别 累计筛 余 压碎指标 花岗岩机制砂的压碎指标见表 。 表 机制砂压碎指标 混凝土类别压碎值要求 类 ? 类 类 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 年 月 机制砂混凝土原材料及其性能指标 机制砂混凝土试验中所采用的主要原材料及 其性能指标如下。 水泥 水泥采用兴安海螺水泥有限责任公司海螺牌 级普通硅酸盐水泥, 性能指标见表 。 表 水泥的物理力学性能试验结果 比表面 积 ( ) 安定 性 凝结时 间 初凝终凝 抗折 强度 密度 ( ) 抗压 强度 合格 骨料 粗骨料采用梨子田碎石场的 ( 三 级配碎石) 连续级配碎石, 其性能指标见表 。碎 石
8、选用 , 以及 三级配比, 掺配比例按照 进行掺 配。 细骨料采用梨子田碎石场生产的花岗岩机制 砂, 并采用新宁新皂砂场生产的河砂进行对比分 析, 其性能指标分别见表 。 矿物掺合料 采用湖南邵阳宝庆电厂级粉煤灰和冷水江 钢铁厂 级粒化高炉矿渣粉, 其性能指标分别见 表 。 表 粗骨料试验结果表 表观密度 ( ) 空隙率 压碎值 含泥量 泥块含 量 针片状颗 粒含量 表 机制砂试验结果表 细度 模数 级配 范围 压碎 值 石粉含 量 泥块含 量 表观密 度 ( ) 空隙 率 亚甲 蓝 区 外加剂 采用湖北荆州锐利 高效聚羧酸减 水剂, 其性能指标见表 。 表 河砂试验结果表 细度 模数 级配
9、范围 云母含 量 含泥量 泥块含 量 空隙率 表观密度 ( ) 区 表 级粉煤灰性能指标表 检验项目细度烧失量需水量比 含量 标准要求 检测结果 表 级粒化高炉矿渣粉性能指标表 检验 项目 密度 烧失 量 流动 度比 含量 比表面积 ( ) 含水 率 标准要求 检测结果 机制砂混凝土配合比设计 机制砂混凝土的配合比设计参照相关规范 和 要求进行, 针对花岗岩机制砂颗粒、 石粉含量等特性, 在规范 基础上, 通过试验对配合比进行适当调整, 以更好 的满足混凝土适用、 合理、 耐久、 经济的工程需要。 砂率设计 配置机制砂的混凝土选取级配范围在区级 配范围的机制砂, 细度模数控制在 范围 内。因机
10、制砂比表面积大、 表面粗糙的特性, 为保 证机制砂的混凝土工作性能, 与相同细度模数的天 然砂相比较, 应适当提高 左右的砂率。 坍落度设计 花岗岩机制砂中石粉与外加剂、 水泥的适应问 题普遍存在, 直接反应在混凝土拌合物坍落度经时 损失大, 在试配花岗岩机制砂混凝土配合比时, 对 混凝土拌合物进行坍落度损失试验尤为重要, 一般 情况下应将坍落度经时损失控制在 内, 其温度环境也应该尽量与实际施工温度环境一致。 设计配合比时, 应在满足混凝土试配强度要求 的前提下, 结合施工工艺、 混凝土运距及坍落度损 失情况, 适当提高混凝土的初始坍落度设计值, 以 满足花岗岩机制砂混凝土坍落度经时损失大的
11、特 性。 第 期丁海峰, 等: 花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用 图 为采用 种不同的坍落度( 见表 ) 自下 而上分 次浇筑时, 浇筑的机制砂混凝土试验柱外 观情况。由图 可以看出, 在不同的坍落度情况 下, 试验柱的外观差异明显, 施工时应根据试验柱 情况选择合适的坍落度。 表 高效聚羧酸减水剂试验结果表 检验 项目 减水率 泌水率比 初凝时间 抗压强度 比 收缩 率比 含气量 氯离子 含量 碱含量 硫酸钠 含量 甲醛含量 标准要求 检测结果 图 机制砂混凝土试验柱外观情况 机制砂混凝土配合比试验 以普通 河砂混凝土配合比为基础, 结合 机制砂的颗粒级配、 石粉含量等特性, 确定不同的
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