花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用

花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用

摘要: 随着山岭重丘区高速公路建设的不断推进，桥隧比例越来越高。河砂因长远距离运输不但极大地提升了混凝土施工成本，而且也影响到施工进度，用机制砂取代河砂已成为一种必然趋势。选取一定石粉含量的机制砂进行机制砂混凝土配合比设计，并掺入一定量的粉煤灰、矿粉用以提高混凝土的工作性能，通过工程实践研究机制砂混凝土质量控制要点，提高了混凝土的工作性能。该技术通过在广西资源至兴安高速公路得到全面应用，产生了很好的经济和社会效益，对该地区花岗岩机制砂混凝土应用有很好的借鉴意义。

关键词: 机制砂石粉混凝土质量控制

1 概述

广西资源至兴安高速公路是安（康）至北（海）公路重要组成部分，是广西高速公路网规划“6横7纵8支线”中纵2—资源（梅溪）至铁山港高速公路的组成部分，项目位于广西东北部资源县内，主要构筑物涵盖了隧道工程、桥梁工程、路基工程。隧道围岩类别以IV级围岩（中风化花岗岩，节理裂隙发育，接近风化层，其开挖后的性质较差，容易掉块，岩体较周围岩性破碎，基岩裂隙水发育）和Ⅲ级围岩（中风化花岗岩，节理裂隙较发育，岩体较完整）为主。

资源县境内属于资江水源保护区，对水源地河道整治管理严格，全县基本无天然河砂开采。项目部前期对当地地材情况进行了摸底，发现规模及质量较为有保障的天然砂场离工程所在地运距最短也要130km，高昂的运价及捉襟见肘的生产能力与全线的巨大的需求量产生了日益突出矛盾。为保证工程合理有序的正常进行，资兴高速项目通过利用隧道Ⅲ级围岩花岗岩洞渣破碎生产机制砂来替代天然河砂使用，在保证工程质量的前提下，不但取得了较好的经济效益，而且减少了废渣倾倒对环境的破坏，赢得了良好的社会效益。

2 花岗岩机制砂特点

2.1机制砂生产

机制砂是指经除土开采、机械破碎、筛分制成的粒径在4.75mm以下的岩石颗粒。应选取Ⅲ级及以上类别、较为完整的围岩用于机制砂生产，其生产施工工序流程如图1。

图1 机制砂生产流程图

2.2母岩强度要求

机制砂宜采用开采的新鲜母岩制作，母岩岩石的抗压强度宜满足表1规定。

2.3机制砂的颗粒级配

机制砂生产必须严格控制其粒形和颗粒级配。相对于天然砂而言，机制砂颗粒多呈棱角，颗粒的比表面积更大，颗粒与颗粒之间的摩擦力也更大，只有保证机制砂良好的连续级配和适中的细度模数，才能降低其颗粒间的空隙，更好的满足混凝土的施工和易性。机制砂按细度模数可分为粗砂、中砂，其颗粒级配应分别符合表2、表3的规定。

表2 Ⅰ类机制砂级配范围

表3 Ⅱ类、Ⅲ类机制砂级配范围

2.4 机制砂的石粉含量

机制砂质量在满足《建设用砂》（GB/T14684-2011）与《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T819-2011）、规定的基础上，其石粉含量还应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的相关要求。试验证明，在确保工程质量的前提下，可适当调整机制砂的石

粉含量，而适量的石粉含量有助于混凝土和易性的改善。规范采用亚甲蓝试验方法来判定机制砂中的石粉是否有害，并就机制砂的石粉含量指标作出了明确规定，见表4。

表4 机制砂石粉含量技术要求

2.5压碎值要求

机制砂的压碎指标要求见表5。

3 机制砂混凝土配合比主要设计

依据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）要求进行配合比设计，针对机制砂颗粒、石粉含量等

特性，适当进行调整适配，以更好的满足混凝土适用、合理、耐久、经济的原则。

3.1 试验用原材料 3.1.1水泥

水泥采用兴安海螺水泥有限责任公司海螺牌P ·O42.5级普通硅酸盐水泥，性能指标见表6

表6 P ·O42.5 水泥的物理力学性能试验结果

3.1.2骨料

粗骨料采用梨子田碎石场的5

～31.5mm （三级配碎石）连续级配碎石，其性能指标见表7。

表7 粗集料试验结果表

碎石的掺配比例按5-10mm:10-20mm:16-31.5mm =20%:50%:30进行掺配。

细骨料：采用梨子田碎石场生产的机制砂和新宁新皂砂场生产的河砂，其性能指标分别见表8、表9。

表8 机制砂试验结果表

表9 河砂试验结果表

3.1.3矿物掺合料

采用湖南邵阳宝庆电厂Ⅱ级粉煤灰和冷水江钢铁厂S95级粒化高炉矿渣粉，性能指标分别见表10、表11

。

表10 F 类Ⅱ级粉煤灰性能指标表

表11 S95级粒化高炉矿渣粉性能指标表

3.1.4外加剂

采用湖北荆州锐利RL-8000高效聚羧酸减水剂，其性能指标见表12。

表12 高效聚羧酸减水剂试验结果表

3.2 主要配合比设计参数

3.2.1砂率

配置机制砂的混凝土选取级配范围在Ⅱ区级配范围的机制砂，细度模数控制在2.7～3.2之间。因机制砂比表面积大、表面粗糙的特性，为保证机制砂的混凝土工作性能，与相同细度模数的天然砂相比较，应适当提高2%左右的砂率。

3.2.2坍落度损失控制

机制砂中石粉与外加剂、水泥的适应问题普遍存在，直接反应在混凝土拌合物坍落度经时损失大，在试配机制砂的混凝土配合比时，对混凝土拌合物进行坍落度损失试验尤为重要，一般情况下应将坍落度经时损失控制在30mm/h内，其温度环境也应该尽量与实际施工温度环境一致。

3.3.1初始坍落度设计

设计配合比时，应在满足混凝土试配强度要求的前提下，结合施工工艺、混凝土运距及坍落度损失情况，可适当提高混凝土的初始坍落度设计值，以满足其浇筑性能要求。

图2是采用不同坍落度机制砂混凝土浇筑的试验柱外观情况，采用三种不同的坍落度自下而上分三次浇筑，见表13。由图2可以看出，在不同的坍落度情况下，试验柱的外观差异很大，施工时应根据试验柱情况选择合适的坍落度。

图2 机制砂混凝土浇筑的试验柱外观情况

3.3 机制砂混凝土配制情况

以C35普通混凝土配合比为例，结合砂的颗粒级配、石粉含量等特性，以适用、合理、耐久、经济为原则，通过配合比调整，以更好的满足混凝土，配制出坍落度为120～160mm的混凝土配合比见表14。