机制砂在水泥混凝土路面工程中的应用研究

机制砂在水泥混凝土路面工程中的应用研究

摘要：用机制砂取代天然砂配制水泥混凝土，采用正交法进行配合比设计；对不同强度等级配合比的试验结果进行统计分析，确定机制砂配水泥混凝土路面合适的掺配比例。

关键词：机制砂水泥混凝土路面应用研究

1.概述

我市地处淮北平原，天然砂资源匮乏，建筑用砂均需远距离采购。随着大规模基础设施建设，砂用量激增，天然砂价格飙升，同时天然砂品质良莠不齐，给工程质量带来了隐患，寻求天然砂替代品成了当务之急。我市机制砂母岩品质优良，机制砂颗粒规整、表面纹理丰富、粉尘含量低，可有效提高水泥混凝土品质；建筑工程采用机制砂，可减少天然砂开采，节约土地、稳定河流，有利环保。因此，结合我市公路工程建设，开展机制砂在水泥混凝土路面中的应用研究。

2.研究方法

2.1配合比设计。

配合比设计按照正交法进行。正交试验的考核指标选用坍落度和28天强度，影响这些指标的因素主要为水泥用量C、用水量W、砂用量S。研究中水泥混凝土配合比设计试件数量巨大，现以f5.0路面水泥混凝土为例论述：

2.1.1 机制砂掺量和原材料

a.机制砂掺量：10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。

b.原材料：水泥采用P.O42.5；粗集料采用19-31.5mm、9.5-19mm碎石；细集料采用机制砂、天然砂。

2.2试验过程

2.2.1原材料试验

a.水泥：细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性、胶砂强度。

b.细集料：筛分、机制砂单粒级压碎指标、含泥量、泥块含量、亚甲蓝试验、机制砂母岩抗压强度、表观密度、松散堆积密度、空隙率。

c.粗集料：筛分、压碎指标、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、岩

石抗压强度、表观密度、松散堆积密度、空隙率。

2.2.2水泥混凝土拌合物稠度试验、制件、养生；

2.2.3水泥混凝土试件抗压强度、抗弯拉强度试验。

2.3试验结果

a.从上表和上图中可看出，随着机制砂掺量的逐步增加，则抗弯拉强度逐渐增大，当机制砂掺量在50%～60%区间时，抗弯拉强度达到最大值，以后随着机制砂掺量的增加抗弯拉强度逐渐降低。

b.水灰比为0.45、机制砂掺量为50%～60%时强度达到最大值。

2.4成果分析

2.4.1从28天抗弯拉强度结果汇总可以看出，随着机制砂掺量的增加，强度上升，掺量超过50%-60%，强度有所下降。

2.4.2随着机制砂掺量的增加，最佳配合比中的水灰比上升，但是掺量超过50%-60%，水灰比逐渐下降。

2.4.3同一水灰比，不同机制砂掺量的混凝土的棍度、含砂情况、粘聚性、保水性基本一致，这说明机制砂的掺量对混凝土的工作性影响不大。

3.实体工程

试验路段工程全长2.2公里，路面结构为36cm厚12%石灰土底基层+18cm厚水泥稳定碎石基层+26cm厚水泥混凝土面板。

3.1配合比：采用机制砂掺量为0%、60%、80%、100%四种配合比进行试验段施工。配合比见下表：

3.2试验段划分：试验段路面分为四车道，总长1600m。机制砂掺量为0%、100%的配合比每车道施工各200m，机制砂掺量为80%的配合比每车道施工355m，机制砂掺量为60%的配合比每车道施工845m。

3.3试验数量及频率：每天施工路段制备抗压强度试件和抗弯拉强度试件各5组，分别测定7天、14天、28天龄期的强度；工程实体取芯，并对7天、14天、28天龄期芯样进行劈裂试验；对部分试验后抗弯拉试件取芯，对芯样做劈裂试验。

经实体工程施工及结果分析：剔除施工因素后，强度与机制砂的掺量、水灰比的变化基本上没有表现出室内试验那种较强的规律性。从侧面反映出采用机制砂施工的实际效果不比全部采用天然砂具有较大的差异。可以采用机制砂代替天然砂进行混凝土路面的施工。

4.经济分析

在试验路段实施中，采用机制砂掺量为0%、60%、80%、100%四种配合比施工。试验配制的混凝土，表面密实光滑无裂缝，孔洞少。机制砂掺量在10%-80%范围内，强度满足设计要求。最佳机制砂掺量60%时，成本较全部采用天然砂降低11%。主要原因是机制砂为本地生产，成本为40元/m3，天然砂异地调运，成本为90元/m3。根据工程的后期质量检测，混凝土的各种性能指标均符合规范要求，路用效果良好。机制砂配制水泥混凝土具有明显的成本优势，如果考虑到资源优化与配置，则经济效益更为可观。

5.结语

5.1机制砂掺量在10%-80%范围内，28天抗弯拉强度及其他性能符合规范要求；机制砂替代天然砂的最佳掺量为60%左右。

5.2 随着机制砂掺量的增加，最佳配合比中的水灰比上升，但是掺量超过50%-60%，水灰比逐渐下降。同一水灰比，不同机制砂掺量的混凝土的棍度、含砂情况、粘聚性、保水性基本一致，说明机制砂的掺量对混凝土的工作性影响不大。

5.3采用机制砂配制路用水泥混凝土的成本较全部采用天然砂的成本低11%，若考虑资源不可再生的社会价值，则经济效益非常显著。

5.4试验路段运营已超过二年，路用效果良好，具有较大的推广价值和显著的经济效益与社会效益。

参考文献：

[1].《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2003）.人民交通出版社标准与规范编辑部主编.人民交通出版社.2002年12月发布.

[2].《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）.人民交通出版社标准与规范编辑部主编.人民交通出版社.2000年6月发布.

[3].《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）.人民交通出版社标准与规范编辑部主编.人民交通出版社.2003年3月发布.

作者简介：赵士银男职务：处长学历：大学本科

工作单位：安徽省宿州市县乡公路管理处

3.2试验段划分：试验段路面分为四车道，总长1600m。机制砂掺量为0%、100%的配合比每车道施工各200m，机制砂掺量为80%的配合比每车道施工355m，机制砂掺量为60%的配合比每车道施工845m。

3.3试验数量及频率：每天施工路段制备抗压强度试件和抗弯拉强度试件各5组，分别测定7天、14天、28天龄期的强度；工程实体取芯，并对7天、14天、28天龄期芯样进行劈裂试验；对部分试验后抗弯拉试件取芯，对芯样做劈裂试验。

经实体工程施工及结果分析：剔除施工因素后，强度与机制砂的掺量、水灰比的变化基本上没有表现出室内试验那种较强的规律性。从侧面反映出采用机制砂施工的实际效果不比全部采用天然砂具有较大的差异。可以采用机制砂代替天然砂进行混凝土路面的施工。

4.经济分析

在试验路段实施中，采用机制砂掺量为0%、60%、80%、100%四种配合比施工。试验配制的混凝土，表面密实光滑无裂缝，孔洞少。机制砂掺量在10%-80%范围内，强度满足设计要求。最佳机制砂掺量60%时，成本较全部采用天然砂降低11%。主要原因是机制砂为本地生产，成本为40元/m3，天然砂异地调运，成本为90元/m3。根据工程的后期质量检测，混凝土的各种性能指标均符合规范要求，路用效果良好。机制砂配制水泥混凝土具有明显的成本优势，如果考虑到资源优化与配置，则经济效益更为可观。

5.结语

5.1机制砂掺量在10%-80%范围内，28天抗弯拉强度及其他性能符合规范要求；机制砂替代天然砂的最佳掺量为60%左右。

5.2 随着机制砂掺量的增加，最佳配合比中的水灰比上升，但是掺量超过50%-60%，水灰比逐渐下降。同一水灰比，不同机制砂掺量的混凝土的棍度、含砂情况、粘聚性、保水性基本一致，说明机制砂的掺量对混凝土的工作性影响