摘 要: 介紹機制砂的一般性能,并根據機制砂石粉含量的不同,分別對比試驗,最終確定適合的高標號混凝土施工的最佳石粉含量,再根據石粉的最佳含量的機制砂與天然河砂的比較,闡述了機制砂在高標號混凝土中的具體應用。
關鍵詞: 機制砂; 石粉; 高標號混凝土
中圖分類號: U 414 文獻標識碼: B
懷新高速公路是國道主干線上海至瑞麗的一段,為典型的山區高速公路。當地的天然河砂比較少,且含泥量比較大,級配差,不能用于高標號混凝土;在橋梁上部構造的施工中只能采用離工地100多km的溆浦砂(優質天然河砂) ,但溆浦砂的運距遠,單價高,且供應緊張。為了保證工程質量,降低工程造價,總監辦通過對當地石材的調查分析,使用專門的制砂設備,調整篩網和控制粉塵含量,經過砂的常規試驗,發現其級配和細度模數等指標能夠達到設計和規范要求。于是總監辦就機制砂在高標號混凝土中的使用情況,組織17 標(湖南省路橋公司) 、18標(中鐵一局)分別做了一片試驗梁,下面以18標長樂坪舞水河大橋的試驗結果為依據,對機制砂的一般性能,配合比選定以及機制砂與溆浦砂的應用情況的對比進行簡要敘述。
1 試驗過程
1. 1 機制砂的一般性能
用于生產機制砂的母材為灰質板巖,巖石的層理較明顯,通過試驗確定其強度在40～80MPa。
通過對機制砂進行一些常規的試驗,得出其基本技術性能為: 容重: 1 510 kg/m3 , 表觀密度:2. 570 kg/m3 ,空隙率: 42%。篩分試驗結果見表1。計算其細度模數: M x = ( A2 + A3 + A4 + A5 +
A6 - 5A1 ) /100 - A1 = 2. 94,試驗結果為中砂。
1. 2 試驗梁澆注
1. 2. 1 混凝土配合比的選取
試驗梁板為30 m T 梁, 混凝土設計強度為40MPa, C40混凝土配合比中采用的原材料,水泥為“韶峰”牌P. O42. 5水泥,砂為新鑫砂場生產的石粉(機制砂中0. 16 mm以下成分)含量不同的機制砂,碎石為洞坡碎石,水為潔凈用水,外摻劑為“宏遠”牌HF - 2型高速減水劑(水劑) ,摻量為2. 0%。同時考慮到機制砂中石粉含量的不同,也為確定最佳的石粉含量,分別計算出采用石粉含量為2%、4%、8%、12%的C40混凝土配合比。在進行多次混凝土配合比試驗的情況下,決定采用如下配合比(見表2)進行澆筑。
1. 2. 2 試驗過程
混凝土澆筑當天天氣晴朗,氣溫均為18 ℃～25℃,澆筑時間從下午15時到21時結束,澆筑采用拌合機拌合后(攪拌時間為2 min左右) ,用專用車運輸,龍門吊提升打灰, 在澆筑過程中, 選取一片30 m T梁,將分4段分別采用石粉含量不同的混凝土進行澆注,并對不同石粉含量的混凝土在同等用水量的情況下分別進行了塌落度等試驗,其結果見表3。
從表3中可以看出,石粉含量越大,混凝土的和易性就越好。根據以上試驗結果得出機制砂石粉含量與混凝土塌落度關系圖(圖1) 。從圖1 可以得出: 石粉含量越大,混凝土塌落度值越大。
1. 2. 3 結果分析
試驗梁板拆模后,按規范要求進行了養護,養護一段時間對該試驗梁分別進行了外觀檢查和強度試驗。
外觀檢查情況: 石粉含量4%、8%的混凝土顏色基本一樣, 2%的混凝土顏色較淺, 12%的混凝土顏色較深,對各種石粉含量1 m2 氣泡進行了檢驗,石粉含量從2%到12% ,氣泡個數依次為510、398、420、504個/m2。
同時對所取試件按規范要求進行養護后,對不同含量的試件分別進行了7 d、28 d強度試驗。試驗結果見表4。
由以上試驗結果可以看出: 機制砂混凝土的強度與機制砂中石粉含量有著密切的關系,石粉含量在一定范圍內( 2% ～4% ) , 隨著石粉含量的增加,混凝土的強度增加; 同時石粉含量的多少也直接影響混凝土的外觀質量,石粉含量在一定的用量范圍內,隨著石粉含量的增加,混凝土的外觀質量越好。
通過綜合比較,為讓機制砂混凝土達到內實外美的結果,最終選定了機制砂的石粉含量為4%～8%。
1. 2. 4 機制砂混凝土與溆浦砂和當地砂混凝土的性能比較
為了進一步了解機制砂混凝土的性能,在同配合比的情況下,分別采用機制砂和溆浦砂拌制混凝土進行對比試驗,試驗結果見表5。
從表5可以看出用石粉含量4%的機制砂,強度比溆浦砂提高了4. 7MPa,氣泡多27個/m2。
2 機制砂在高標號混凝土中的應用
2. 1 強度情況
通過多次試驗比較,發現在采用相同比例細集料的情況下,用機制砂澆筑的混凝土比溆鋪砂混凝土的強度要高5MPa左右。所以從內在質量的角度考慮,采用機制砂對混凝土的強度更為有利。
2. 2 外觀質量情況
由于機制砂拌制的混凝土的和易性相對較差,與河砂拌制的混凝土比較,機制砂混凝土的性能相對較差,雖然通過試驗比較,外觀質量相對差不多,但外觀質量不是很穩定。且發現在墩柱蓋梁C30混凝土中,發現外觀質量相對較差,而在C40預制梁混凝土中,外觀質量相對較好,在C50預制梁混凝土中,外觀質量很好。由此可見,用機制砂拌制的混凝土,隨著水泥用量的增加,外觀質量越好。
為了達到外表的效果,主要從2方面入手:
1) 延長混凝土的拌和時間,在用溆浦砂時拌和時間一般為2 min。由于機制砂不象天然河砂那樣光圓,所以作了拌和時間的逐步加長試驗,觀察混凝土的性能(見表6) 。
根據以上情況,最終確定拌和時間為2. 5 ～3 min。
2) 找到最佳振搗方案。T梁施工有附著式振動器振搗,振搗器最開始5 min開5次,每次30 s,發現外觀質量不是很好,經過多次反復的試驗,結果見表7。
根據以上數據結合T梁外觀的情況,最終確定5 min振搗7次,這樣T梁的外觀質量也得到了較好的控制。
2. 3 針對存在的問題采取的措施
為進一步保證機制砂混凝土的外觀質量,通過不斷的摸索總結和現場試驗,得出以下改進措施:
1) 適當延長混凝土的攪拌時間,增強混凝土的和易性。
2) 適當延長混凝土的搗固時間,如果有附著式振搗設備,最好借助它,以增強混凝土的外表光潔度,減少表面氣泡。
3) 縮短混凝土的運輸距離,防止混凝土離析。
4) 加強機制砂級配的抽檢頻率,進一步保證機制砂的質量。
5) 如有可能,應在混凝土中適當加入粉煤灰,這樣更加能夠保證混凝土的外觀質量。
6) 由于機制砂的飽水性比較差,受外界影響,機制砂的含水量就會不均勻,這對混凝土的和易性、塌落度和質量等影響都比較大,最好采用混凝土罐車運輸。
3 結語
綜上所述,只要有效控制石粉含量和級配,機制砂在高標號混凝土中的應用是可行的,而且在提高混凝土的強度方面比天然河砂性能更好;外觀問題可以通過搗固摸索,逐步掌握機制砂在混凝土中的性能,就能夠有效控制。因此機制砂在懷新高速公路上得到了應用與推廣,并在加快工程進度和降低工程造價方面做出了貢獻。參考文獻:
[ 1 ] 林文虎,姚 剛. 砼結構工程施工手冊[M ]. 北京:中國建筑工業出版社, 2000.
