淺談機制砂替代河砂用于高標號混凝土的可行性

劉三豆，歐 寧，林 旭

(1.湖南路橋建設(shè)集團公司，湖南長沙 410004;2.湖南省吉茶高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南吉首 416000)

1 工程概述

湖南省吉首至茶洞(簡稱吉茶)高速公路是國家高速公路網(wǎng)包頭至茂名高速公路的重要組成部分，也是湖南省規(guī)劃的“五縱七橫”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。線路起于湘西土家族苗族自治州首府吉首市，路線沿湘川公路(319國道)走向，途經(jīng)吉首矮寨盤山公路，終于湘黔渝三省(市)交界處的“邊城”茶洞鎮(zhèn)。為我省典型的山區(qū)公路，全線橋梁隧道比重大，主線長65 km，項目總投資50.6億元。

吉茶高速所處湘西自治州為我省典型的山區(qū)地形，有豐富的堅石資源，流經(jīng)吉首境內(nèi)的峒河河砂資源稀缺，工程用砂來自于岳陽和懷化辰溪。由于天然河砂產(chǎn)地遠，矮寨盤山公路制約材料運輸，使得工程用砂供應(yīng)不足和不及時的矛盾日益突出，導(dǎo)致河砂價格越來越高且無法滿足吉茶高速用量的要求，大幅地加大了吉茶路的建設(shè)成本，極大地制約了工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。為此，吉茶公司在全省高速公路系統(tǒng)中率先提出用機制砂代替河砂運用于高標號混凝土的方案，吉茶公司總工室、材料部牽頭，由我部吉茶高速15標對機制砂進行了大量實驗，初步證明機制砂代替河砂用于高標號混凝土的方案可行，再經(jīng)過設(shè)計院和有關(guān)專家的一系列實驗論證，得出機制砂代替河砂運用于高標號混凝土技術(shù)指標可行，且符合吉茶路實際情況，最后此方案得以通過。梁板靜載實驗和樁基檢測實驗合格也進一步證明機制砂代替河砂運用于高標號混凝土切實可行。

2 機制砂混凝土工作性能的認識

1)石粉含量多少影響機制砂水泥砂漿的耐磨性和用水量:經(jīng)試驗得出破碎生產(chǎn)出來的機制砂石粉(粒徑 ＜0.075 mm)含量在10% ～20%，石粉含量小于10%時，機制砂的耐磨性要好于天然河砂，石粉含量大于10%時，機制砂的耐磨性要差于天然河砂?；炷恋男杷侩S著石粉含量的增加而增加，當石粉含量介于5% ～10%時，用水量不必增加很多也可以保持工作性。要將機制砂石粉幾乎除凈，這會增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，從混凝土耐磨性和生產(chǎn)成本考慮，認為機制砂石粉含量在3%～7%比較適宜，且適合用于對耐磨性要求較高的路面混凝土中，橋涵及其它結(jié)構(gòu)物混凝土從耐磨性考慮對石粉含量可適當放寬要求。

2)機制砂混凝土強度:經(jīng)過一系列的大量試驗證明，在同一原材料配合比試配時用機制砂代替河砂能取得混凝土某些工作性能的改善。見表1，在對比試驗中，明顯發(fā)現(xiàn)同樣材料的配合比，使用機制砂混凝土的坍落度明顯比使用河砂的混凝土偏大，但是強度較之高了很多，而且密實效果比河砂混凝土要好。綜上所述:使用機制砂代替河砂的技術(shù)不但提高混凝土的強度，加快早期強度的提升速度，為后續(xù)施工提供有利的保障，而且還可以節(jié)約成本。但值得注意的是:機制砂混凝土對混凝土結(jié)構(gòu)物的外觀還存在不足，如果不注意施工細節(jié)，將會產(chǎn)生不良的后果。

3)機制砂混凝土體積穩(wěn)定性:機制砂混凝土收縮隨水灰比、石粉含量增加而增大，因為石粉量越大，需水量會越大，這就增加了混凝土的收縮性。機制砂混凝土早期齡期干縮值要比天然砂混凝土大，但后齡期干縮值相差不大，為了降低混凝土收縮的不利影響，機制砂混凝土一定要注意早齡期的養(yǎng)生，建議摻入適當?shù)姆勖夯铱梢愿纳茩C制砂混凝土的干縮性能。

4)機制砂的耐久性和抗?jié)B性:由于機制砂顆粒形狀粗糙、尖銳、多棱角、比表面積大，但機制砂中的適量的石粉填充了顆?？障?，阻斷了透水通道，使混凝土結(jié)構(gòu)更為致密，它的存在對完善混凝土的細集料級配、提高混凝土密實性都有益處，比天然砂混凝土具有更好的粘聚性和抗?jié)B性，適用于有防水、防滲要求的工程。當石粉含量大于5% ～7%時，對抗?jié)B性影響不大。

5)如果機制砂石粉中混有過多的泥粉、雜質(zhì)，則會嚴重降低混凝土的工作性、抗收縮開裂及抗凍性，不利于機制砂混凝土的高性能化。

表1 C50河砂和機制砂混凝土對比

3 機制砂的選用

機制砂混凝土較河砂混凝土在局部性能方面有一定的優(yōu)越性，但得因地而用。

1)有合格質(zhì)量河砂的地區(qū)需首選河砂配置混凝土，缺乏河砂且有合格機制砂的地區(qū)宜使用機制砂。

2)河砂是經(jīng)過地質(zhì)、流水等長期作用而形成，使其本身就具備了合格的強度，而機制砂是由巖石通過機械破碎而成，強度完全取決于巖石本身。經(jīng)過對當?shù)貛追N巖石和工程常見具有代表性的巖石抗壓強度進行試驗得出:頁巖、泥灰?guī)r、砂巖強度過低，不適合用于軋制機制砂，而當?shù)厝躏L化灰?guī)r巖性堅硬，沿線分布廣泛，強度適中便于軋制，是很好的機制砂母巖材料，花崗巖和石英巖強度過高，開采困難，不利于機械軋制，不宜使用。見表2。

表2 當?shù)貛追N巖石的抗壓強度

4 機制砂混凝土施工時應(yīng)注意點

機制砂混凝土在拌制、運輸、澆筑、養(yǎng)護等施工要求與天然砂混凝土施工要求基本相同，但應(yīng)注意以下幾點:

1)保證機制砂的質(zhì)量穩(wěn)定。加強機制砂的級配、細度模數(shù)、石粉含量、石質(zhì)強度的經(jīng)常性檢測，不同來源地機制砂應(yīng)分別堆放，對于同一來源的機制砂如果細度模數(shù)、石粉含量變化范圍較大，也應(yīng)分別堆放，并調(diào)整配合比中的砂率后使用。

2)加強機制砂混凝土的拌合。機制砂含有較多的石粉，在拌制過程中不易攪拌均勻，應(yīng)用強制式攪拌機攪拌，相比河砂應(yīng)適當延長攪拌時間約60 s，使石粉和砂礫拌合均勻，充分發(fā)揮機制砂的和易性和粘聚性。

3)加強機制砂混凝土拌合物的質(zhì)量控制。機制砂混凝土的工作性對用水量和減水劑以及級配、石粉含量的變化較敏感，故應(yīng)定期校核計量設(shè)備，嚴格控制計量精度，加強機制砂的質(zhì)量檢查，加大坍落度的檢測頻率。

4)合理振搗，防止漏振、欠振和過振。特別應(yīng)注意的是，在振搗作用下，機制砂混凝土比河砂混凝土易于液化，故機制砂混凝土要比同塌落度的河砂混凝土適當縮短振搗時間，避免過振，以克服機制砂混凝土的泌水現(xiàn)象，防止出現(xiàn)蜂窩、麻面及表面形成疏松層。工程實踐表明機制砂混凝土較河砂易于液化主要原因是由于混凝土在過振情況下，粗集料下沉，細集料尤其是石粉浮于混凝土表面，從而破壞了混凝土集料級配分布，易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

5)加強早期養(yǎng)生，適當延長養(yǎng)生時間。由于機制砂石粉含量較高，早期收縮大，一定要澆筑后及時養(yǎng)護，養(yǎng)護期9～10 d為宜。

6)機制砂的表觀密度一般較天然河砂大，導(dǎo)致機制砂混凝土容重高，因此在采用假定容重法進行配合比設(shè)計計算時，不宜套用天然河砂的密度，而應(yīng)采用實驗求得的機制砂密度，機制砂混凝土的假定容重應(yīng)控制約比相應(yīng)的天然河砂混凝土高30～40 kg/m3。

5 機制砂混凝土的優(yōu)越性

1)抗壓強度、抗折強度、梁板靜載實驗等結(jié)果表明，機制砂混凝土能夠確保高速公路工程質(zhì)量?；炷猎噳K強度合格、表面平整、光滑，滿足混凝土內(nèi)在質(zhì)量和外在觀感。

2)由于機制砂料場分布在高速公路沿線，從而大大縮減了運輸距離，降低了運輸成本，基本杜絕了停工待料等因材料供應(yīng)不及時的窩工現(xiàn)象，加快了施工進度。

3)機制砂混凝土能大大降低工程成本，以一片30 m T梁為例，混凝土方量為33.14元/m3，按配合比計算機制砂約為14.3元/m3，岳陽天然河砂到岸價為320元/m3，機制砂到岸價為80元/m3，一片C50 T梁就節(jié)省3 432元，吉茶C15標共計310片T梁，那么共計節(jié)約1 063 920元，直接經(jīng)濟效益非?？捎^。

6 結(jié)束語

機制砂替代天然河砂必將成為缺砂地區(qū)建筑用砂的重要來源，如何選擇合適石粉含量的機制砂用于配置混凝土以及如何更有效地去除雜質(zhì)等問題還將有待進一步研究和規(guī)范(吉茶高速公路機制砂廠去除石粉、雜質(zhì)主要用水洗法，這樣會大量浪費和污染水資源，同時洗掉的還有 0.015，0.3，0.6 mm 的級配顆粒，破壞機制砂的級配，導(dǎo)致混凝土工作性差)。

［1］GB/T14684－2001，建筑用砂［S］.