贵州地区石灰岩机制砂高性能混凝土的研究及工程应用

细度 模数
1进料口；2机壳；3平板A； 4平板B；5平板C；6透风孔； 7出料口；8回风口；9阀门； 10法兰；11通风口；12防护 板；13管道
四
4.75 0 2.36 12.6 1.18 38.7 0.60 52.0 0.30 74.9 0.15 83.6 石粉含量：11.8% 4.75 0 2.36 17.9 1.18 48.6 0.60 63.4 0.30 87.3 0.15 94.4 石粉含量：4.2%
机制砂及粉尘的生产
设备及工艺优化

制砂设备优化

除粉设备优化
机制砂及粉尘的生产
设备及工艺优化

原料处理工艺优化
机制砂及粉尘的生产
设备及工艺优化
尾矿原料 喂料机
冲击式 破碎机 筛分装置

多整 次形 回破 笼碎
破碎工艺优化
1
2 3
新型石粉 分离机
粉尘统 一处理
机制砂及粉尘的生产
风档 设备及工艺优化
2.6
三
2.8
3.1
五
3.2
高品质机制砂 制 砂 原 料 优 化 除 粉 工 艺 优 化
整 体 优 化 后 机 制 砂 生 产 工 艺 流 程
多 次 回 笼 整 形
尾矿
制砂工艺优化
机制砂及粉尘的生产
粉尘的来源

矿山爆破。露天采场往往不对爆破现场进行降尘 收尘处理，爆破过程将产生大量飞石粉尘。 破碎加工。这也是露天石矿粉尘的主要来源。在 破碎过程中碎石相互挤压撞击，在坠落或振动筛 上抖动导致大量粉尘产生。 砂石产品装卸。砂石产品在大型机械装卸过程中 会产生扬尘。
贵州地区石灰岩机制砂高 性能混凝土的研究及应用
贵州省高速公路开发总公司 同济大学
报告内容


贵州地区石灰岩机制砂概述 机制砂高性能混凝土应用
机制砂抗扰动混凝土 钢管拱自密实混凝土 机制砂水下抗分散混凝土 机制砂自密实片石混凝土 机制砂超高墩泵送混凝土 机制砂高强高性能混凝土


1 贵州地区石灰岩机制砂概述
2.3机制砂水下抗分散混凝土

机制砂水下抗分散混凝土，即采用水下抗 分散剂与合理的混凝土原材料，经合理配 合比设计后，配制出一种在水下施工时不 离析、抗分散、自密实、自流平、且安全 无毒，不污染环境的水下抗分散混凝土。
机制砂水下抗分散混凝土主要应用于贵州花鱼 洞大桥桥墩基础下溶洞的修补和填充。

普通机制
机制砂技术指标对比

颗粒形貌(2.36~1.18mm) 砂
普通机制
机制砂技术指标对比

颗粒形貌(1.18~0.06mm)
高品质机制砂
机制砂技术指标对比

颗粒形貌(2.36~1.18mm) 高品质机制砂
机制砂技术指标对比

颗粒形貌(2.36~1.18mm)
河砂
机制砂技术指标对比

球体类似度
0.42 … 0.46 0.49 … 0.47
0.46 … 0.59 0.57 … 0.53
0.48 … 0.55 0.54 … 0.49 0.47 0.51
…
6 1 … 6
普 通 机 制 砂
1
河 砂
0.55
… 0.67
0.57
… 0.63
0.48
… 0.62
0.52
… 0.58
0.53
… 0.62 0.57


机制砂技术指标对比

普通指标对比 特征指标对比
高品质机制砂由于粒型较普 通机制砂更接近球体，经过 颗粒整形工序后其表面粗糙 程度降低，棱角更加圆润， 使得粗糙度指标低于普通机 制砂。

粗糙度
高品质机制砂
粗糙度/s 30.5
普通机制砂
42.8
河砂
23.7
机制砂技术指标对比

颗粒形貌(2.36~1.18mm) 砂
钢管拱自密实混凝土主要用于贵阳南环线工程 花溪I号大桥施工建设中。
C50钢管拱自密实混凝土性能：


初始坍落度260mm 坍落扩展度700mm 4h后坍落度260mm 坍落扩展度650mm 6h坍落度240mm 坍落扩展度600mm 8h后坍落度220mm，坍落扩展度575mm； 混凝土常压泌水率0% T50时间10.2s
2.1 机制砂抗扰动混凝土


机制砂抗扰动混凝土是为适应现代交通技 术发展需求而研制的一种新型的混凝土， 它可以抵抗行车荷载引起的车桥耦合振动 对新拌及硬化混凝土的损害损伤，进而保 证在不中断交通的情况下进行桥面大范围 重新铺装浇筑质量。 抗扰动混凝土广泛适用各类混凝土修补工 程，尤其适用于桥梁、隧道、公路等混凝 土修补与抢修工程。

除粉工艺优化
零
筛孔 直径 /mm
累计 细度 筛余 模数 /%
筛孔 累 风档 直径 计筛 /mm 余/%
4.75 0 2.36 12.6 1.18 39.1 0.60 57.7 0.30 83.3 0.15 91.3 石粉含量：5.6% 4.75 0 2.36 18.8 1.18 50.1 0.60 67.9 0.30 89.8 0.15 95.6 石粉含量：3.0%
自密实混凝土充填堆石体形成机制砂自 密实片石混凝土示意
SCC
机制砂自密 实片石混凝 土主要应用 于贵州地区 高速公路挡 土墙中。
仓 石 入 库
模 板 安 装
超流态机制砂自密实混凝土浇筑
机制砂自密实片石混凝土的性能优势


混凝土施工简单，无需振捣，施工速度快； 避免了振捣过程，减少了人为干扰，因此施 工质量容易保证； 成本低，仅为常规混凝土造价的60%左右； 单方机制砂自密实片石混凝土使用了大量的 骨料和少量的水泥，因此水化温升较低，温 控比较容易，同时体积稳定性好，体积收缩 小； 减少或免除了凿毛的工序，提高施工速度； 拌和楼的规模可以大大减小（级配单一，量 少）。
机制砂超高 墩泵送混凝 土在贵州地 区得到广泛 应用，典型 工程为赫章 大桥的施工 建设中。
C50机制砂超高墩大体积混凝土设计与配 制原则
1.
2.
3.
4. 5.
控制总胶凝材料用量，不宜大于 500kg/m3; 选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、 尽量降低水泥熟料用量； 单掺或复掺适量的活性矿物掺合料，如粉 煤灰或矿渣粉，掺量宜大于20%； 优选选用聚羧酸高性能减水剂； 掺加适量引气组分；
机制砂抗扰动混凝土特性：





高抗交通扰动性 合理的初凝终凝时间差 高早期强度 高抗裂性，高流动性能 高流动性能 高粘结性能 高耐久性
C50机制砂抗扰动自密实混凝土主要用于贵州 韩家店Ⅰ号特大桥维修加固工程中。

该桥是连接重庆和贵州的公路动脉，经统计 该桥车流量高到6200辆/天，承载着繁重的交 通任务，传统的修复方法需中断交通，将产 生巨大的经济损失，严重影响社会正常的生 产和生活。 该工程采用C50机制砂抗扰动泵送混凝土。腹 板以及转向块等处采用机制砂抗扰动自密实 混凝土。在桥面浇筑施工期间，仅进行限速 控制，基本保证了该桥的正常通行。
6.
7.
8.
9.
根据最紧密堆积理论，选择合理的大小碎石 比例，使其堆积密度最大，空隙率最小； 选择优化配合比基本参数，使新拌混凝土具 有较好的工作性能； 在满足新拌混凝土工作性能的条件下，适当 的降低水胶比，以保证早期强度； 在满足混凝土拌合物工作性能的条件下，控 制配合比参数，以降低其对早期弹性模量影 响。


由于资源和环境所限，机制砂在贵州、云 南等西部地区应用广泛。 石灰岩（Limestone）简称灰岩，是以方解 石为主要成分的碳酸盐岩。贵州地区因地 质环境条件而盛产石灰岩，因此，机制砂 绝大部分均是采用石灰岩制备而成。
机制砂生产工艺及设备
机制砂及粉尘的生产

传统机制生产设备及 工艺
超粒径碎石破碎机制砂 水洗砂

采用机制砂抗扰动混凝土避免了车桥耦合振 动对新拌混凝土的损害，新浇筑的桥面平整 度高，几乎没有裂缝。抗扰动混凝土在韩家 店I号特大桥中用量在1500方左右，应用效果 良好，取得了显著的社会和经济效益。
2.2钢管拱自密实混凝土


自密实混凝土是一种通过合理配合比设计与配 制而成的具有高流动性、穿越钢筋能力和抗离 析能力的特种混凝土。 钢管拱自密实混凝土是将自密实混凝土填入薄 壁钢管拱内形成的一种介于钢结构和钢筋混凝 土结构之间的一种新型组合结构材料，钢管拱 及其核心混凝土之间的力学与刚度的协同互补 ，使其在施工工艺方面表现出了其它材料无可 比拟的优势。
机制砂水下抗分散混凝土取得了良好的工程 应用效果，成功解决了贵州花鱼洞大桥桥墩 基础下溶洞的修补和填充等工程问题。
2.4机制砂自密实片石混凝土

机制砂自密实片石混凝土是指首先将满足 一定粒径要求的大块石/片石直接放入施工 仓，形成有一定空隙的片石体，然后在片 石体表面浇注机制砂配制的超流态机制砂 自密实混凝土，依靠自重，完全填充片石 空隙，机制砂超流态机制砂自密实混凝土 硬化后与片石形成完整、密实、低水化热 的混凝土结构。
机制砂的技术要求



3、砂的类别 砂的类别按其技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，各有其 不同的用途。 4、砂的颗粒级配 砂的颗粒级配在4.75mm～0.15mm之间，一般由方孔筛网 4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15mm几个规格组成，且对 其规格的百分比都有一定的要求。 5、砂的含泥量和含泥块量 砂的含泥量和含泥块量根据不同的砂的等级有不同的要求。 一般而言，含泥量最大不得超过5%，而含泥块量最大不 得超过2%为宜。
C50机制砂超高墩大体积混凝土性能指标




ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
初始坍落度180~220mm，初始扩展度 ≥550mm； 1h坍落度180~220mm，扩展度≥500mm； 常压泌水率小于0.5%，无离析、低粘度； 抗压强度3d≥20MPa； 7d≥45MPa； 28d≥60MPa； 混凝土28d弹性模量应不小于3.5×104MPa；



初始流动度>200mm 初始扩展度>400mm 7d陆上抗压强度>20MPa 28d陆上抗压强度>35MPa 7d水陆抗压强度比>70% 28d水陆抗压强度比>80%

水下抗分散混凝土的施工流程：施工准备→测量 定位→钻出浇筑口→搭建施工平台→安装泵压设 备→混凝土拌制运输→混凝土浇筑。
普通机制砂
机制砂及粉尘的生产

传统机制生产设备及 工艺
机制砂及粉尘的生产

传统机制生产设备及 工艺
机制砂及粉尘的生产
传统工艺机制砂特点


机制砂颗粒形貌不好，多棱角，针片状颗粒较多，石粉含量 不可控制。 机制砂级配不合理，粗颗粒多细颗粒少，呈现“两头大中间 小”的态势。

石粉含量不可控，偏高或偏低。
目前机制砂自密实片石混凝土已在贵州惠新高 速、毕威高速等工程得到广泛的推广应用。
2.5 机制砂超高墩泵送混凝土

对机制砂泵送混凝土，骨料级配不合理， 细颗粒总量多，内聚性差，在管内作“柱 塞”运动时，阻碍形成合适的润滑层，导 致流动阻力增加。因此机制砂超高混凝土 提高可泵性的技术关键是增大混凝土内聚 性，减小流动阻力。
花鱼洞大桥跨越红枫湖水库，勘探结果表 明，桥墩基础下岩溶发育，对基础稳定性 影响较大，需做特殊处理。 由于场区工程地质条件及水文地质条件较 复杂，设计规定对溶洞采用水下抗分散混 凝土进行修补填充，要求修补后填充密实 ，能满足基础承载能力需要，且对环境无 污染，不能影响红枫湖饮用水源。

C30机制砂水下抗分散混凝土 技术指标
… 6
机制砂技术指标对比

机制砂生产工艺对技术指标的控制
机制砂的技术要求


1、砂的定义 按照GB/T14684-2001建筑用砂，其机制砂的定义 为：由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的 岩石颗粒（但不包括软质岩、风华岩石的颗粒）。 一般砂的表现密度在2.5以上，吸水率在3%以下。 2、砂的细度模数 砂的粗细程度用细度模数（M）表示，一般分为粗、 中、细三种规格。其中： 粗砂的细度模数为：3.7～3.1 中砂的细度模数为：3.0～2.3 细砂的细度模数为：2.2～1.6
取 样 采集 数码 影像
处理 为平 面图 形
利用软 件逐粒 分析
汇总计 算结果
机制砂技术指标对比

相似度计算
机制砂技术指标对比
项目 不同角度投影图形圆形相似度 球体类似度 平均值

球 体 类 似 度 计 算
高 品 质 机 制 砂
1
0.53 … 0.59 0.55 … 0.42
0.50 … 0.58 0.57 … 0.56



混凝土抗压强度 3d：41.3 MPa 7d：59.5 MPa 28d：79.0MPa 28d弹性模量4.57×104 MPa ； 28d自由膨胀率2.4×10－4。
针对钢管拱自密实混凝土，施工中采用泵送 顶升施工工艺。
钢管拱自密实混凝土的成功应用缩短了花溪I 号大桥的施工周期，保证了施工质量，效果 显著。