机制砂在高强度等级混凝土中的试验应用.pdf

。 孳J ll l筝 l l 。一 。 。 。 。 。 。 。 。 一ll。 一 机制砂在高强度等级混凝土中的试验应用 赖成根 谭 国赣 罗光财 中建五局土木工程有限公司 长沙4 1 0 0 0 4 摘要：以安化至邵阳高速公路预应力混凝土T梁为研究对象，通过采用试验与现场相结合的方法，探讨了机制砂在高 强度混凝土中的应用。重点阐述了机制砂加工和粉末含量对混凝土强度及工作性能影响的试验，以及砂率、外加剂掺 量和水胶比对混凝土强度及 工作性能影响的试验。 关键词：机制砂；高强度混凝土；配合比设计；施工应用 中图分类号：T U 5 2 8 3 1 文献标志码：B D OI ：1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 6 0 1 0 3 0 Ex p e r i men t al Ap pl i c a t i on o f Ma c h i n e Ma d e San d t o Hi g h S t r e n g t h Gr a d e Co n c r e t e L AI Xi a n g e n T AN Gu o g a n L UO Gu a n g c ai CCF E B C i v i l E n gine er i n g C o ，L t d C ha ng s ha 41 0 00 4 0 引言 关于机制砂的研究工作，国外开展得较早，美、英、 日等工业发达圈家使用人工砂已有几十年的历史，许多同 家早已将人工砂纳入其罔家标准。2 0 世纪6 0 年代 ， 于被 一 些建设工程的环境条件所限 ，故我国部分水电 、建筑工 程开始探索就地耳 义 材 ， f J 当地石材加工成机制砂拌制混凝 土 。机制砂的使用可 以减 少河砂的开采 ，随着生产工艺的 发展 ，许多建筑垃圾可以制成机制砂 ，符合科学发展观和 适应节约 、循环型经济。m于机 制砂天然的含粉量高等特 性，造成机制砂的和易性不佳，早期强度难以满足设计要 求 ，尤其对高强度混凝土影响较大 ，因此 ，有必要针对机 制砂的特性 ，在掺入其他外加剂 的情况下 ，改善混凝土 的 质量，使其能用于高强度混凝土结构物。 1 机制砂主 要特 性 本项 目采 月 的机制砂主要是硬质石灰经专门机械破碎 筛分制成的山砂 。机制砂级配分 I、两区 ，强度等级大 于或等于C 3 0 的混凝士应使用 I 区砂、低于C 3 0 的混凝土可 使用 I区和 区砂。 + J L J 砂主 要特点是粉末含 多。对于机制 砂基本 没 有含泥甚这一技术 指标 ，多把淤泥和黏土 、尘屑统称为粉 末。有适 的粉末对十巾、低强度混凝土性能有所改善； 对 r 高强度规凝 L 吉 ，粉末含 过多 ，或粉末 中混入泥 上成分 ，将导致单位J I J 水 l 】J 1 增加 ，对混凝土 的强度 、 作 者 简 介 ：赖威 根( 1 9 7 4 )，男 ，大 专 ，高级 工 程 师 。 通 信 地 址 ： 湖 南 省 长 沙 市 中 意 一 路 1 5 8 号 中 建 大 厦 侣o 5 室 ( 4 1 0 0 0 4)。 收 稿 日期 ：20 1 5-0 9-21 性能影响很大。机 制砂主要是南不同粒级的细小石屑及粉 末组成 ，其比表面积 大 、吸水性强 、棱角尖 、耐磨性较 差 ，其坚同性以压碎指标表示，高强度混凝土用机制砂的 压碎值不超过2 5 。 2 C 5 0高强度混凝土配比设计 2 1 设计构思 高性能混凝士是一种高强度 、高流动度的混凝士。要 达到高性能的 臼的 ，就应提高混凝土的密实度，增加各组 成颗粒间的黏聚力 ，消除混凝上中的空隙，使其接近 匀质 状态。其混凝土结构组成方式 也就符合空隙填 充理论 ：超 细粉末 胶凝材料 ( 水泥 ) 堕 机制砂 盟 碎石 匀质结构。 在用机制砂 U c s o 高强度混凝上配合比设计时考虑 采用低水胶比并掺加高效缓凝减水剂 ，或者掺用活性磨细 材料如粉煤灰、硅灰等 ( 活性磨细材料具有一定的减水分 散作用 )，可节省水泥 ，降低混凝土成本 ，提高混凝上工 作性能。适量的粉末存在对于提高混凝士的强度和工作性 能都有明显的促进作用 ，这些粉末除磨细材料外 ，在机制 砂中含 最多，所以在机制砂7 J I 1T中应严格控制其粉末含 最。 2 2 材料 要求 1 )水泥 要求 。采用强度等级不低于4 2 5 的硅酸盐或 普通硅酸盐水泥 ，还应考虑到调节水泥硬化速度的石膏和 C 3 A 成分对高效减水剂的适应性。 2) 粗骨料要求。选用硬质砂岩、石灰岩、玄武岩等材 质的碎石，其母材饱水单轴抗压强度应大于1 0 0 MP a ，采用 5 0 0 2 5 O 0 m m、5 O 0 3 1 5 0 m m 连续级配。粗骨料的压碎 值应小于1 0 ，针片状含量应小于5 ，含泥量小于 1 ，粒 2 0 1 6 1 B u ild in g C o n s t ru c I l0c t i n 圈 赖 成根谭 国赣 罗光财 ：机 制砂在 高强度等级混凝 土中的试验应 用 径小于2 5 0 mm 的颗粒含量不大于5 。 3 ) 细骨料要求。选用硬质砂岩 、石灰岩、玄武岩等材 质的岩石制取的级配良好的 I 区机制砂，压碎指标应小于 2 5 。 4 ) 外加剂要求。C 5 0 混凝土高效减水剂推荐掺量一般 为0 8 0 2 0 0 。 2 3 施工性能控制参数要求 连续箱梁混凝土采用泵送施工 ，浇筑现场坍落度控制 在1 6 0 2 0 0 mm。混凝土早期强度高，便于 及早拆模 、倒 用。 3 机制砂加工和粉末含量对混凝土性能影响分析 针对加工厂的山体岩质为硬质石灰岩 ，其母材饱水立 方体抗压强度高达 1 5 9 MP a 。加工工艺采用颚破 ( 一级破 碎 )、反击破 ( 二级破碎 ) 相结合的破碎工艺 。加工工艺 的调整分为3 个阶段。 3 1 加工工艺第1 阶段 加工工艺流程 为 ：岩石 经放炮 剥离变小后 ，采 用机 械上 料投入2 台4 0 0 mm X 6 0 0 mm的P E 颚式破碎机破 碎 后 ，混合料流入8 0 0 mm X 8 0 0 mm的P L 反击式破碎机再次 破碎 变小 ，再经过组合圆孔振动筛 ，大于 西3 5 mm 碎 石 颗粒 和底基板上石屑经输送皮带流进 1 2 mr n 筛孔的打 砂机破碎成砂 ， 5 fi l m筛板和 2 0 mm筛板上 的颗粒通 过调节挡板后 ，大部分颗粒经输送皮带在 出料 口混合成 5 0 0 3 1 5 0 mm连续级配的碎石 ，多余颗粒经输送带流入 西1 2 mm 筛孔的打砂机破碎成砂。该种加工工艺加工出的 机制砂，经多次取样筛分试验，测得机制砂的细度模数在 3 O 0 3 4 0 之间，小于0 0 7 5 mm 的粉末含量 ( 在1 0 1 4 之间 )。对该种机制砂随机取样用于本组试验 ，经试验该 砂小于0 0 7 5 r r 】 m粉末含量为1 2 4 0 。 根据第1 阶段试验 ，利用这种机制砂试配的混凝土 ， 水 泥掺用量必须高 ，才能保证混凝土的设计坍落度和试配强 度 ( 试配强度的标准差选用6 ) 。导致高水泥用量的原因分 析有以下2 点 】 。 1 ) 机制砂中的小于0 0 7 5 mm粉末含量高，吸水组分 多 ； 2 ) 采用机械上料，容易带进部分粉末和泥土 ，导致混 凝土用水量增加。 高水泥用量的混凝土 ，其收缩大，水化热高，养护不 好极容易造成混凝土表面的开裂 ，造成混凝土的耐久性降 低 ，成本也相对较高，为此 ，必须对机制砂加工工艺进行 调整 ，降低粉末含量。 3 2 加工工艺第2 阶段 加工工艺流程 ：岩石经放炮剥离变小后 ，采用人工 上料投入2 台4 0 0 r n m6 0 0 m m的P E 颚式破碎机破碎 ，混 日 建 筑 施 工 第 3 8 卷 第 堋 合料流入8 0 0 m m8 0 0 m m的P L 反击式破碎机再次破碎变 小 ，再经过组合圆孔振动筛 ，大于 西3 5 m m碎石颗粒经输 送皮带流进 8 m m筛孔的打砂机破碎成砂， 5 mm筛板 和 西2 0 m m筛板上的颗粒通过调节挡板后，大部分颗粒经 输送皮带在 出料 口混合成5 0 0 3 1 5 0 mm 连续级配碎石 ， 多余颗粒经输送皮带流入 西8 mi l l 筛孔打砂机破碎 成砂 ， 底基板上的石屑全部弃除 ，不用于制砂。这种加工工艺加 工 出的机制砂 ，经多次取样筛分试验 ，测得机制 砂的细 度模数在2 8 0 3 1 O 之间，小于0 0 7 5 m m的粉末含量 ( 在 7 1 0 之间 ) 。对该砂随机取样用于本组试验 ，经试验 该砂小于0 0 7 5 T T L r n 粉末含量为8 9 0 。 对 比机制砂加工上一阶段和本阶段的试验 结果 ，可 以看出，机制砂中小于0 0 7 5 m m的粉末含量低的混凝土 ， 单位用水量随之降低 ，水泥用量也随之降低 ，且混凝土的 强度和工作性能也得到了保证 。因为降低机制砂中的粉末 含量 ，不仅可以降低混凝土单位用水量 ，而且可以保证混 凝土的工作性能和强度，另外还可以节约水泥，所以我们 应尽可能采取有效措施调整加工工艺，降低机制砂中小于 0 0 7 5 r r l lT l 的粉末含量。 3 3 加工工艺第3 阶段 加工工艺流程主要与第2 阶段相似 ，区别在于：打砂机 筛孔直径为6 m m，在机制砂输送皮带出料端旁架设 1 根吹 风管 ，水平距离出料端3 4 I T I ， 吹风管正对出料端口，利 用空压机连续送风。在拌和站附近设置洗砂池 ，将第2 阶段 生产的机制砂倾倒入洗砂池，开启水泵加水冲洗。采用此 方法要求对水洗结果随时进行检测，掌握相关数据后可减 少检测频率。采用以上加工工艺加工出的机制砂，经多次 取样筛分试验 ，测得机制砂的细度模数在2 6 0 3 0 0 之间， 小于0 ， 0 7 5 m m的粉末含量 ( 在5 7 之间)。对该砂随 机取样用于本组试验，经试验该砂小于0 0 7 5 mm 粉末含量 为6 5 0 。 由第3 阶段试验可以看出 ，在用机制砂配制C 5 0 高强度 混凝土时，将机制砂中小于0 0 7 5 m m的粉末含量控制在7 以内，混凝土的强度 、工作性能可以比较容易得到保证。 通过对上述3 个阶段3 组试验对比分析，可以明显看 出，随着机制砂中小于0 0 7 5 T Y I m 粉末含量的增加 ，混凝土 单位用水量逐渐增加，混凝土强度和工作性能逐渐降低， 具体如图1 所示。 Q- 诬 鲢 ( a 1 粉末含量对混凝土强度的影响 ( b) 粉末含量对混凝土用水量的影响 图1 粉 末含量对混凝土强度和用水量的影响 赖成 根谭 国赣 罗光 财 ：机 制砂在 高强度 等级混凝 土中的试验应 用 4 其他参数对混凝土性能影响分析 4 1 砂率对混凝土性能的影响 试验选定的细骨料为第3 阶段生产的机制砂 ，研究不同 砂率对机制砂C 5 0 高强度混凝土 强度与工作性能的影响 ， 试验结果如图2 所示。 U Z U U b U U U l 1 U 1 ， 4 U 1 ， U U U U b U 0 B U I 1 U 1 4 U 1 ， 0 2 减水剂掺量 减水剂掺景 ( a ) 减水剂掺量对混凝土坍落度的影响 ( b ) 减水剂掺量对混凝土强度的影响 图3 高效减水剂掺量对C 5 O 混凝土性能的影响 从 图3 可 以看 出 ， 当水 胶 比为 o 3 5 ，水 泥 用量 为 4 8 6 k g m ，高效减水剂掺量为0 8 0 时 ，混凝土就可以取 得良好的流动陛，当高效减水剂掺量从0 8 0 增加到1 7 0 时 ，混凝土流动性不再明显增加。所 以，机 制砂配制C 5 0 高强度混凝土所用高效减水剂的最经济 、最适宜的掺量为 0 8 0 1 2 O 。 4 3 水胶比对混凝土性能的影响 试验取0 3 2 、0 3 5 、0 3 8 三个水胶比进行比较 ，试验结 果如图4 所示。 从图4 可以看出，当水胶比选用0 3 2 0 3 8 时 ，其混 凝土的工作性能和强度都满足相关的试配要求，所以当 用机制砂配制C 5 0 高强度混凝土时，最佳水胶比为0 3 2 0 3 8 E 艇 密 水胶比 ( a) 水胶比对混凝土坍落度的影响 水胶比 ( b) 水胶比对混凝土强度的影响 图4 水胶 比对c5 o E 凝土性能的影响 5 结语 1 )在设计机制砂配制C 5 0 高强度混凝土时，应尽可 能实现低用水量来保证强度 ，但仍要以满足其工作性能为 先决条件。分析机制砂混凝土中影响用水量增加的因素， 除水泥的成分及粗细程度 、机制砂和碎石的颗粒级配、外 加剂的掺配量外 ，主要因素还是考虑机制砂的粉末含量和 粉末中的泥土含量。所以既想保证混凝土的强度和工作性 能 ，还要节约水泥，降低成本 ，仍要在机制砂的加工生产 环节上严格控制其粉末含量 。 2 ) 常用的降低机制砂中粉末含量的方法有：加工工艺 的改进 、采用空压机吹尘 、采用水洗除尘 、采用过筛法除 尘等。 3)在用机制砂配制c5 0 高强度混凝土时 ，建议 E O 4 2 5 水泥用量控制在4 8 0 5 0 0 k g m ，砂率在3 7 一4 3 之 间选用 ， 水胶比在0 3 2 O 3 8 之间选用。机制砂混凝土应 采用机械搅拌、机械振捣，搅拌时间较国家现行标准 混 凝土结构工程施工及验收规范的要求再延长 。 参考文献 目 1 1 王稷 机制砂特性对混凝 土性能 的影响及机理研 究【 D 】 武汉： 武汉 理工大学， 2 0 0 8 刘秀美， 陶珍 东 机制砂 的特点及其对 混凝 土性能的影响 U 粉煤灰 国际 2 0 1 2 ( 6 ) ： 3 6 4 2 【 3 】 杨 超 C5 0 T 梁 机 制砂 泵 送 混 凝 土 的配 合 比设 计 U 科技 风 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 1 8 -1 1 9 4 J 李北星， 周明凯， 蔡基伟， 等 机制砂 中石粉对不 同强度等级混凝 土性 能的影响研 究 1 混凝土， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 5 1 5 4 5 易文， 王永和， 鲁云岗 机制砂混凝土强度与变形试验研究 中南林 业科技 大学学报： 自然科 学版， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 3 6 - 1 3 8 1 6 】何盛东， 刘立新， 王华， 等 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