机制砂加特细砂配制泵送混凝土

机制砂加特机制砂加特细细砂配制砂配制泵泵送混凝土送混凝土 的的试验试验及及应应用用 廖太昌 李培安 中铁第二十局集团公司中心试验室 摘要摘要 机制砂加特细砂简称混合砂 利用机制砂 特细砂各自的特点 优化组合后 成为 级配良好的中砂 配制泵送混凝土和水下混凝土 其坍落度分别为 100 180mm 180 220mm 解决了特细砂不能用于重要的桥涵等混凝土工程以及单独用机制砂配制流态混凝 土 水泥用量高 拌合物保水性差 泌水率大而引起硬化后结构物表易起水波纹等内实外不 美的难题 在实际工程应用中取得了较好的经济效益和社会效益 也为我们今后在同类工程 施工提供了参考资料 关关键词键词 机制砂 特机制砂 特细细砂 砂 泵泵送混凝土 送混凝土 试验试验 应应用用 1 1 前言前言 机制砂和特细砂进行优化组配 解决了单用机制砂混凝土内实外不美的难题 也突破 了单用特细砂不能用于重要桥梁等结构工程的规定 机制砂 特细砂 单独作为混凝土的 细骨料 在缺少天然中 粗河砂的地区在一般混凝土结构中使用较普遍 但在重要混凝土 结构工程及有特殊要求的混凝土 抗渗混凝土 抗冻混凝土 泵送混凝土 大体积混凝土 高强混凝土 受到限制 机制砂受生产设备以及岩石材质质量的影响 不但颗粒粗糙 比表面积大 而且颗粒 级配不良 主要是 1 25 5 00mm 超过规定标准 0 08 mm 以下石粉含量较高 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来改善其 工作性 混凝土硬化后结构内部形成较为微小泌水通道 使混凝土强度 耐久性降低 而且 早期收缩增大 混凝土硬化后其表面水波纹严重 影响混凝土结构物的感观质量 而特细 砂作为混凝土的细骨料 根据 GB19 65 特细砂混凝土配制及应用规程 规定 特细砂宜 配制低流动性混凝土 其坍落度不大于 3cm 特细砂级配较差 空隙率大 比一般中 粗 砂大 10 15 比表面积大 比一般中 粗砂约大两倍 并且含泥量也较高 为满足 设计要求 混凝土配合比设计时 一般都以增加水泥用量来解决 这将加大混凝土的水化 热 对大体积混凝土不利 特细砂混凝土拌合物 粘滞度比中 粗砂大得多 泌水率大 工作性较差 为满足工作性要求 需增大用水量 这又将导致混凝土硬化后结构物内部中 形成泌水通道 降低混凝土的耐久性 因此 将机制砂和特细砂配制成级配良好的中砂 利用机制砂 特细砂各自的特点 配制流态混凝土 具有较好的应用前景 2 工程概况工程概况 重庆至怀化铁路工程 简称渝怀线 是国家西部大开发战略确定的十大重点建设项目 之一 属国家 级干线铁路 我局承建的两昌河特大桥位于重庆市江北区唐家沱镇 为重 庆枢纽渝怀线引入工程 三跨两昌河 全长 1234 77m 梁为 2 24 32 32 5 24m 简支梁 2 台 38 墩 有明挖扩大基础 直径 1 5m 钻孔桩和挖孔桩 墩身最高为 68m 该特大桥是渝 怀线重点控制工程之一 按照该桥施工组织设计 主体工程从 2001 年 5 月 15 日 2003 年 3 月 5 日共 22 个月 完成主体施工任务 主体工程混凝土为 3 2 万 m3 全部采用泵送混凝土施工 3 3 泵送混凝土对原材料的要求泵送混凝土对原材料的要求 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压作用下 能 连续输送而不产生离析的性能 可泵性良好的混凝土 具有良好的粘聚性 泌水率小 保 水性好 不易离析 影响可泵性的原因 一是胶凝材料的多少 二是粗细骨料的品质所决 定 根据 TB10210 2001 规定 泵送混凝土的最小水泥用量 含掺合料 为 300g m3 细骨料宜选用中砂 粒径小于 0 315mm 颗粒所占的比例宜为 15 20 砂率宜为 35 45 粗骨料的最大粒径应与所用输送管径相适应 碎石的最大粒径与输送管内径 之比不宜大于 1 3 卵石不宜大于 1 2 5 4 4 机制砂加特细砂的优化组合机制砂加特细砂的优化组合 4 4 1 1 机制砂机制砂 由于两昌河特大桥工程所在方圆 200 公里内无天然中粗砂 只有特细砂和用石灰岩加 工的机制砂 筛分试验见表 1 机制砂机制砂筛筛分分试验结试验结果果 表表 1 筛孔尺寸 mm 10 05 002 501 250 630 3150 160 标准规定值 00 1015 4035 6050 7565 9080 100 细度 模数 M 实际筛分值 01642758291953 5 从表 1 可以得知 机制砂级配不良 1 25mm 以上严重超过标准规定值 若直接用于泵 送混凝土配合比 砂率将超过 50 2 50 5 00mm 颗粒将导致骨料总比表面积加大 因此 混凝土配合比必须加大水泥用量才能满足设计强度及施工工艺要求 4 24 2 细砂细砂 细度模数 至 1 5 0 7 或平均粒径在 0 25 mm 以下的称特细砂 特细砂级配较差 孔 隙率大 比表面积大 含泥量也较高 筛分试验结果见表 2 特特细细砂砂筛筛分分试验结试验结果果 表表 2 筛孔尺寸 mm 5 002 501 250 630 3150 160 0 160 细 度 模 数 Mx 分计筛分值 001 04 018 269 08 0 累计筛分值 001 05 023 092 0100 0 1 2 从表 2 得知 0 63mm 以上的颗粒含量极少 仅为 5 若直接配制泵送混凝土 不仅要 加大水泥用量才能满足强度要求 而且还要增加较大用水量才能满足工作性要求 但是 由于特细砂固有的特性 配制流动性混凝土 必将导致收缩开裂 特别是大体积混凝土 水灰比加大 水化热也随之升高 导致混凝土内布极易产生温度裂缝 加上外部收缩裂缝 大大降低混凝土结构强度及耐久性 由此可见 特细砂不宜配置流动性混凝土 4 34 3 优化组配方案优化组配方案 根据表 1 2 筛分试验结果 将它们按一定比例进行优化组配 计算公式如下 AiAi 混混 Ai Ai 机机 a a Ai Ai 特特 100 a 100 a 注 Ai 混 机制砂 特细砂 混合砂 Ai 机 机制砂 Ai 特 特细砂 a 机制砂所占百分比 i 1 6 计算实例 1 1 7070 机制砂 机制砂 30 30 的特细砂 的特细砂 A1 混 A1 机 0 7 A1 特 0 3 16 0 7 0 0 3 11 A2 混 A2 机 0 7 A2 特 0 3 42 0 7 0 0 3 29 A3 混 A3 机 0 7 A3 特 0 3 75 0 7 1 0 3 53 A4 混 A4 机 0 7 A4 特 0 3 82 0 7 5 0 3 59 A5 混 A5 机 0 7 A5 特 0 3 91 0 7 23 0 3 71 A6 混 A6 机 0 7 A6 特 0 3 95 0 7 92 0 3 94 细度模数 MX 2 8 2 2 6060 机制砂 机制砂 40 40 的特细砂 的特细砂 A1 混 A1 机 0 6 A1 特 0 4 16 0 6 0 0 4 10 A2 混 A2 机 0 6 A2 特 0 4 42 0 6 0 0 4 25 A3 混 A3 机 0 6 A3 特 0 4 75 0 6 1 0 4 45 A4 混 A4 机 0 6 A4 特 0 4 82 0 6 5 0 4 51 A5 混 A5 机 0 6 A5 特 0 4 91 0 6 23 0 4 64 A6 混 A6 机 0 6 A6 特 0 4 95 0 6 92 0 4 94 细度模数 MX 2 5 3 3 5050 机制砂 机制砂 50 50 的特细砂 的特细砂 A1 混 A1 机 0 5 A1 特 0 5 16 0 5 0 0 5 9 A2 混 A2 机 0 5 A2 特 0 5 42 0 5 0 0 5 25 A3 混 A3 机 0 5 A3 特 0 5 75 0 5 1 0 5 38 A4 混 A4 机 0 5 A4 特 0 5 82 0 5 5 0 5 44 A5 混 A5 机 0 5 A5 特 0 5 91 0 5 23 0 5 57 A6 混 A6 机 0 5 A6 特 0 5 95 0 5 92 0 5 94 细度模数 MX 2 3 4 4 4040 机制砂 机制砂 60 60 的特细砂 的特细砂 A1 混 A1 机 0 4 A1 特 0 6 16 0 4 0 0 6 6 A2 混 A2 机 0 4 A2 特 0 6 42 0 4 0 0 6 17 A3 混 A3 机 0 4 A3 特 0 6 75 0 4 1 0 6 31 A4 混 A4 机 0 4 A4 特 0 6 82 0 4 5 0 6 36 A5 混 A5 机 0 4 A5 特 0 6 91 0 4 23 0 6 50 A6 混 A6 机 0 4 A6 特 0 6 95 0 4 92 0 6 93 细度模数 MX 2 1 将 1 2 3 4 计算结果列于表 3 计计算算结结果果汇总汇总表表 表表 3 项目标准规定值 JGJ52 92 累计筛余百分率 筛孔尺寸 mm 1 2 3 4 5 000 100 100 10111096 2 505 355 255 1529252117 1 2535 6510 5010 2553453831 0 6371 8541 7016 4059514436 0 31580 9570 9255 8571645750 0 16060 10090 10090 10094949493 细度模数 2 82 52 32 1 类 别 中砂中砂中砂细砂 级配情况 不良良好不良不良 从表 3 结果分析 1 3 4 组级配不良 2 组级配只有 0 315 稍差一些 将 2 进行实际组配筛分结果列表 4 机制砂加特机制砂加特细细砂 砂 60 40 筛筛分分试验结试验结果果 表表 4 筛孔尺寸 mm 5 002 501 250 630 3150 160 0 160 细 度 模 数 Mx 分计筛分值 8 69 020 014 019 023 26 2 累计筛分值 9 018 038 052 071 094 0100 0 2 5 通过理论计算与实际筛分可以看出 其结果基本是一致的 细度模数均为 2 5 实际 筛分 0 315mm 颗粒所占百分率满足泵送混凝土要求 5 混凝土物理性混凝土物理性试验试验 5 15 1 细骨料细骨料 a a 机制砂 特细砂 70 30 细度模数 2 8 堆积密度 1680kg m3 含泥量为 0 6 坚固性指标为 4 3 有机质含量符合要求 b b 机制砂 特细砂 60 40 细度模数 2 5 表观密度 2650 kg m3 堆积密度 1650kg m3 坚固性指标为 4 5 有机质含量符合要求 C C 机制砂 特细砂 50 50 细度模数 2 3 表观密度 2630 kg m3 堆积密度 1620kg m3 坚固性指标为 4 9 有机质含量符合要求 d d 机制砂 特细砂 40 60 细度模数 2 1 属细砂 不作试验安排 5 25 2 粗骨料粗骨料 当地产碎石 5 40mm 连续级配 压碎值为 9 0 针片状含量为 8 1 坚固性指标 为 4 2 5 35 3 水泥水泥 重庆江津产地维牌 32 5 普通硅酸盐水泥 5 45 4 掺合料掺合料 重庆江津珞璜电厂产 级粉煤灰 各项指标满足 GB146 92 标准要求 5 55 5 减水剂减水剂 宜宾天龙产 MTF 550 型减水剂 5 65 6 配合比分析配合比分析 以 C20 为例进行配合比分析 试验因素水平列表 5 采用正交试验 L9 34 试验结果与极差分析列表 6 由表 6 可知 混凝土 28 天强度均能达到设计要求 因此 以 3 天抗压强度为考核指标进行极差分析 结果表明 水泥用量是影响混凝土强度的主要因 素 其因素影响大小为 A3B2C3D3 但是通过表 6 可以看出 机制砂与特细砂比例不一样也 是影响混凝土强度的一重大因素 因此 B2因素为最佳组合 即机制砂与特细砂比例为 6 4 试试 验验 因因 素素 水水 平平 表表 5 水泥用量 kg m 砂 率 减水剂 粉煤灰 A1295B1 45 机制砂 特细砂 7 3 C1 0 6D1 10 A2310B2 45 机制砂 特细砂 6 4 C2 0 8D2 15 A3325B3 45 机制砂 特细砂 5 5 C3 1 0D3 26 注 26 粉煤灰 其中取代水泥用量 15 超量系数为 1 5 10 15 粉煤灰为等量取代水泥用量 L9 34 试验结试验结果与极差分析果与极差分析 表表 6 6 施工用配合比施工用配合比优优化化设计设计 根据两昌河特大桥混凝土工程结构特点 按 JGJ55 2000 普通混凝土配合比设计规程 JGJ052 1992 普通混凝土用砂标准 GBJ146 1990 粉煤灰混凝土应用技术规程 采用本文第 5 节正交试验所用原材料 细骨料为机制砂加特细砂比例为 60 40 对泵送 混凝土进行实用性优化设计 其物理力学性能试验结果见表 7 根据表 7 试验结果 工程用理论配合比为 C15 为 1 2 99 3 78 水胶比 0 56 C20 为 1 2 44 3 08 水胶比 0 45 C25 为 1 2 29 2 77 水胶比 0 44 7 7 施工应用施工应用 主要混凝土施工设备 混凝土自动计量拌合站一个 配 2 台 500L 强制式 拌合机 混凝土运输车 2 台 6 立方米 HBT60 混凝土输送泵 2 台 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 个墩 1 个台 浇筑 11000m3混凝土 其 强度见表 8 从未出现堵泵现象 浇筑相当顺利 混凝土试件强度合格率 100 结构物内实外 抗压强度 MPa 试验号 水泥用量 kg 砂率 减水剂 粉煤灰 坍落度 3d28d 1A1B1C1D111 513 526 7 2A1B2C2D212 015 929 6 3A1B3C3D313 016 230 4 4A2B1C2D311 015 328 9 5A2B2C3D112 516 230 7 6A2B3C1D211 015 729 1 7A3B1C3D214 516 931 4 8A3B2C1D312 517 433 8 9A3B3C2D112 516 029 9 K145 645 746 645 7 K247 249 547 248 5 K350 347 949 348 9 R3 11 62 10 4 光 8 取得的社会及取得的社会及经济经济效益效益 8 1 经济经济效益效益 两昌河特大桥 总混凝土量为 32000m3 为确保混凝土外观质量及创优目 标的实现 原施工组织设计混凝土用细骨料为中砂 河砂 在两昌河方圆 200km 内无中砂 河砂 当地只有特细砂和石灰岩加工的砂 称机制砂 从较近运距的彭水购买中砂 河砂 运到现场需 120 元 m3 在当地购机制砂和特细砂运到现场分别只需要 55 元 m3 和 45 元 m3 根据该桥混凝土品种及原材料特点 平均每立方米混凝土按 0 55m3计算 则总用砂量 为 32000 0 55 176000m3 1 1 用河砂 中砂 成本 17600 120 2112000 元 2 2 用机制砂加特细砂成本 机制砂 特细砂 60 40 机制砂 a 17600 0 6 55 580800 元 特细砂 b 17600 0 4 45 316800 元 节约成本为 211200 580800 316800 1214400 元 8 28 2 社会效益社会效益 该技术已运用到两昌河特大桥施工的 38 个墩 2 个台 所抽取 1358 组混凝土试件抗 压强度全部合格 混凝土结构质量内实外美 受到渝怀总指领导及铁道部质量监督总站领 导的高度评价 已经被评为渝怀线 优质样板精品工程 先后有二十几个单位到该大桥参 观学习 取得了较好的社会效益 同时 该技术已推广应用到我局的其他一些大 中型工 程项目中 如 渝怀线十一标段的角邦沟大桥 白马一号隧道 评为渝怀线 优质样板工 程 白马一号三线大桥 评为渝怀线 精品工程 白马二号三线大桥 评为渝怀线 优质样板工程工程 渝遂线 重庆至遂宁 我局施工的桥 隧工程等等 9 9 结论结论