砂夹卵石破碎机制砂在C55混凝土中的应用与研究

砂夹卵石破碎机制砂在C55混凝土中的应用与研究

余珺

中铁大桥局集团第六工程有限公司 湖北武汉 430100

摘要：本文以砂夹卵石破碎机制砂在德州至上饶高速公路赣皖界至婺源段新建工程桥面板C55混凝土施工应用为例，并在对比分析的基础上对砂夹卵石破碎机制砂细度模数、石粉含量的变化对混凝土性能的影响进行了分析论述。具体以砂夹卵石破碎机制砂和天然河砂作为细骨料，在相同配合比的基础上，对比研究细骨料的变化对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能的影响，对其规律进行分析和了解。结合试验结果，对机制砂相关特性参数与混凝土性能之间的内在关系进行分析和论述。最终在满足工作性能、力学性能和耐久性能的前提下，优选出砂夹卵石破碎机制砂混凝土配合比，用于大跨度钢梁桥面板混凝土的施工。

关键词：砂夹卵石破碎机制砂；C55桥面板混凝土；配合比；细度模数

1 工程概况及研究背景

德州至上饶高速公路赣皖界至婺源段新建工程是国家高速公路网中G0321的重要组成部分，也是江西省“4纵6横8射17联”高速公路网中“4纵”之一。其中的新亭特大桥、十亩特大桥上部结构采用等高工字型组合梁，主梁采用“工字型钢梁+混凝土桥面板”的组合结构，单幅桥采用四片工字梁组成的“双π型”结构，梁高3m，单幅混凝土桥面板宽12.75m，混凝土板悬臂长1.25m，桥面板厚0.25m。单片60m跨径钢混组合梁最大预制桥面板尺寸为：58.87m*5.875m*0.25m，桥面板采用C55混凝土。

随着地方环保及汛期等因素的影响，在本项目下部结构混凝土的施工过程中，部分使用砂夹卵石破碎机制砂来代替河砂，以解决河砂资源短缺的问题。虽然通过收集相关机制砂现有研究成果可知，机制砂能够成功的配制C70、C80泵送混凝土并用于混凝土的正式生产；但桥面板C55混凝土对混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能均有较高的要求，因此，本文通过对比河砂与机制砂对混凝土性能的影响，最终设计优选出各方面均满足规范要求的配合比，用于桥面板混凝土的施工。

2 混凝土原材料情况及试验

2.1 水泥

选用弋阳海螺水泥有限责任公司生产的低碱水泥，水泥主要技术指标如表1所示：

表1 水泥技术指标统计表

2.2 矿物掺合料

结合本项目实际情况，选用江西中业兴达电力实业有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，其主要技术指标见表2所示。

表2 粉煤灰技术指标统计表

2.3 粗骨料

选用江西润源矿业有限公司生产的（5-10）mm与（10-20）mm两种单粒级按比例合成（5-20）mm连续级配碎石，要求其吸水率低、强度高、级配良好、粒形好，空隙率不大于43%，含泥量不超过0.5%，骨料碱活性试验未发现明显碱活性矿物成分。

2.4 减水剂

选用江苏苏博特生产的聚羧酸高性能减水剂。经试验，与胶凝材料具有较好的相容性。且要求其坍落度损失小，保水性好，并具有较低的收缩率比。

2.5细骨料

细骨料计划采用河砂及砂夹卵石破碎机制砂，经比对试验，最终选择适宜的细骨料，用于桥面板C55混凝土的生产。

石灰岩在机制砂加工制备当中，是较为常见的母岩材料，能够有效的满足机制砂加工制备的需求。但石灰岩机制砂的开采常与大型石场混合在一起，且生产出的机制砂常见的颜色为黑色，从外观质量来看，较河砂有较大的差距。而使用砂夹卵石生产出的机制砂，在外观质量方面，与河砂相似，均为浅黄色；且由于卵石中夹杂着部分天然河砂，故其颗粒级配和整体的粒形较常规机制砂有着较大的优势。

卵石从组成元素来看也是岩石，主要是由于岩浆侵入，导致花岗岩的错动和挤压，产生大量较小的石块，再经长期受水的冲击及搬运，从而形成卵石及天然河砂。加之本项目所处的婺源县清华镇，对河道进行清淤，砂夹卵石的储存量较大；对比河砂资源的缺少，砂夹卵石破碎机制砂（下文统称为机制砂）的生产加工更具可行性和经济性。

河砂和机制砂的主要技术指标有颗粒级配、泥块含量、含泥量（石粉含量）、表观密度、堆积密度、空隙率、亚甲蓝MB值（机制砂）。具体技术指标见表3所示。

表3 细骨料技术指标统计表

2.6天然砂与机制砂试验指标对比

天然砂与机制砂的比对指标选择的主要指标有含泥量、泥块含量、表观密度、堆积密度与孔隙率，另外单独对机制砂检测亚甲蓝MB值。经试验，主要技术指标比对数据如表4所示。

表4 天然砂与机制砂比对数据统计表

从表4可知，机制砂泥块含量低于天然河砂泥块含量，说明该机制砂的生产工艺能够保证机制砂的洁净度，满足规范要求。机制砂表观密度和堆积密度均略大于天然河砂的表观密度和堆积密度，空隙率小于天然河砂的空隙率。说明机制砂更为密实，具有较小的空隙，需要填充的材料更少，有利于配制更高强度等级的混凝土。

经试验，机制砂的亚甲蓝MB值，该机制砂的MB值为1.2，说明机制砂小于0.075mm的颗粒当中，主要成分为石粉，并非有害成分含泥量。而机制砂的石粉含量在一定范围内，能够对混凝土产生较为有利作用。

3 比对试验

3.1 基准配合比

本次选用同一基准配合比来比对天然河砂和机制砂对桥面板C55混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响，在各项指标能够满足规范要求的前提下，最终选择适宜的材料来配制桥面板C55混凝土配合比。具体的基准配合比见表5所示。

表5 基准混凝土配合比

3.2 细度模数对混凝土工作性能的影响

因机制砂自身颗粒形态的原因，机制砂对混凝土的工作性能有一定的影响。故在本节试验阶段，首先对机制砂的细度模数进行比对试验，选择出合适细度模数的机制砂，最终与相同细度模数的天然河砂进入下一阶段的比对试验。

本阶段试验机制砂细度模数如表6所示，分别按照表5所示的基准混凝土配合比对比进行混凝土工作性能的变化，最终选择出卵石破碎机制砂的合适细度模数。

表6 机制砂细度模数比对试验

3.3机制砂与河砂对混凝土性能的影响

在基准配合比A1的基础上，通过前一阶段得出的试验结论，选择相应的细度模数，对比机制砂和天然河砂在混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的差异，对比配合比如表7所示。

其中，工作性能比对的技术指标主要有混凝土坍落度、扩展度、黏聚性和保水性。力学性能试验主要比对机制砂与河砂配制混凝土的3d抗压强度、7d抗压强度、14d抗压强度和28d抗压强度；各龄期混凝土分别制作2组试件，分析机制砂与河砂对混凝土强度的影响。耐久性能主要比对混凝土的抗渗性能、电通量，来分析机制砂与河砂对混凝土耐久性能的影响。

表7机制砂与河砂对比混凝土配合比

4 试验结果及分析

4.1 细度模数对混凝土工作性能的影响

试验结果如表8所示。从表8可知，试验编号为A5各项性能较好，均能满足规范要求。因此，选择试验编号A5，即细度模数为2.9作为下一阶段的比对试验。

表8 机制砂细度模数比对试验

4.2机制砂与河砂对混凝土工作性能的影响

试验结果如表9所示。从表9可知，对比河砂，机制砂对混凝土工作性能在一定程度上有不利的影响，但工作性能仍符合规范要求。

表9 机制砂与河砂对混凝土工作性能的影响

4.3机制砂与河砂对混凝土力学性能的影响

试验结果如图1所示。从图1可以看出，混凝土龄期为3d、7d和14d时，机制砂混凝土的抗压强度明显的高于天然河砂的混凝土抗压强度；而混凝土龄期为28d时的混凝土抗压强度虽然机制砂仍高于天然河砂，但两者强度值较为接近。从试验结果可以看出，机制砂较天然河砂，能提高混凝土的早期强度，不影响混凝土后期强度。

图1机制砂与河砂混凝土抗压强度对比

4.4机制砂与河砂对混凝土耐久性能的影响

试验结果如表10所示。表10可以看出，机制砂与河砂混凝土的耐久性能基本一致，没有表现出较大的差别。说明机制砂对混凝土的耐久性能没有不利影响，机制砂配制出的混凝土耐久性能满足规范要求。

表10 机制砂与河砂对混凝土耐久性能的影响

5 应用

根据试验数据，本项目选用砂夹卵石破碎机制砂作为细骨料，用于桥面板C55混凝土。在使用的过程中，严格控制机制砂的细度、石粉含量等关键指标；对细骨料从源头进行控制，要求生产厂家实行工班检测，按验收标准等规范要求，控制出厂质量。细骨料的进场，实施车检制定，确保进场的机制砂满足细度和石粉含量等技术指标的要求。

最终选定的配合比用于桥面板C55混凝土的施工，本标段桥面板C55混凝土总计约2.3万方，全部使用砂夹卵石破碎机制砂进行生产。按相关标准规范的要求，成型混凝土抗压和耐久性试件，经检测，成型的518组混凝土抗压强度试件的抗压强度值全部满足规范要求；成型的3组电通量试件试验结果满足规范要求。

6结语

（1）砂夹卵石破碎机制砂细度模数在2.9时，配制出的混凝土具有较好的工作性能。

（2）相对于河砂，砂夹卵石破碎机制砂混凝土具有更高的早期强度，且不影响混凝土的后期强度。

（3）砂夹卵石破碎机制砂混凝土耐久性能满足规范要求，不影响混凝土的耐久性。

（4）砂夹卵石破碎机制砂配制成功应用于桥面板C55混凝土，其工作性能、力学性能和耐久性能均满足规范要求。

参考文献

[1] 《机制砂混凝土的研究进展与应用》张锦等 工作研究

[2] 《机制砂在C50混凝土中的应用研究》吕子龙等 山西交通科技

[3] 《机制砂高强混凝土的泵送施工》聂法智等 施工技术

[4] 《机制砂在普通混凝土中的应用》陈家龙等 混凝土世界

[5] 《浅谈机制砂的制备及其应用》姜旭平等 中国高新技术企业

[6] 《机制砂生产工艺及设备选型研究》孙江涛等 建材世界