機制砂應用于CFG 樁混凝土的探討

陳海飛

(杭州同欣工程管理有限公司，浙江杭州 310030)

1 概述

隨著我國高速鐵路建設的飛速發(fā)展，混凝土作為主要的結構材料在工程建設中應用越來越多，地位也越發(fā)地重要。細骨料是混凝土的重要組成部分，細骨料的價格對工程造價的影響十分明顯;很多人認為混凝土中使用的細骨料就是河砂，但在我國西南部地區(qū)，天然砂資源稀少，分布不均勻，運輸成本高，這些勢必會增加工程造價。而現(xiàn)在機制砂替代河砂應用于混凝土生產的技術越來越成熟，因此滬昆客專云南段大力推廣機制砂生產高性能混凝土。但未經二次加工的機制砂原砂石粉含量在10%～20%之間(文中提到的機制砂原砂均指巖石經粉碎篩分后，未經二次加工的最大公稱粒徑小于5 mm的巖石顆粒)，與國家標準要求的石粉含量限制相沖突，所以混凝土用機制砂一般使用水洗后的機制砂。

CFG樁施工中使用的低強度混凝土膠凝材料用量較低，而水洗砂中石粉含量只有6%左右，且水洗機制砂顆粒尖銳有棱角、表面粗糙，從而導致混凝土的和易性較差，而CFG樁的施工工藝比較特殊，其使用的混凝土是低強度泵送混凝土，這就對混凝土的和易性提出了較高的要求。而在CFG樁實際施工過程中，發(fā)現(xiàn)使用水洗機制砂配置的低強度泵送混凝土工作性能較差，施工進度較慢，針對以上缺點，本文通過實驗來探討機制砂原砂配置低強度泵送混凝土應用于CFG樁施工的可行性。

《高速鐵路路基工程施工技術指南》(鐵建設［2010］241號)說明表5.14.2規(guī)定，CFG樁混凝土用機制砂MB值小于1.40時，石粉含量不超過15%，而本標段施工所采用的機制砂原砂石粉含量在12%左右，MB值小于1.40，符合規(guī)范要求。經檢測，該機制砂原砂其他指標也符合國家標準，可以應用于生產CFG樁施工用混凝土。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

1)水泥:曲靖昆鋼嘉華 P.O42.5，3d抗壓強度30.5 MPa，28 d抗壓強度50.3MPa。

2)粉煤灰:貴州粵黔電力Ⅱ級粉煤灰，本次實驗該粉煤灰摻量均為30%。

3)粗骨料:嵩明縣大橋石場連續(xù)級配碎石。

4)細骨料:嵩明縣大橋石場機制砂原砂、嵩明縣大橋石場水洗機制砂，兩種砂物理性能見表1。

表1 細骨料部分物理性能對比

5)減水劑:山西鐵力建材有限公司生產的TL-A緩凝型聚羧酸減水劑，摻量1.0%。

6)防腐劑:山西黃河新型化工有限公司生產的HJ-RMA型液體防腐劑，摻量6.0%。

7)水:嵩明縣牛欄江地下河水。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗原理

本實驗設計一種配合比，然后使用2.1節(jié)中所用原材料，配置兩種混凝土(見表2)，除細骨料不同外，其余材料種類和用量均相同。通過對比兩種混凝土的工作性和強度，結合施工現(xiàn)場試樁效果，來判斷何種混凝土更適合于CFG樁施工。

表2 兩種機制砂配合比(材料用量) kg/m3

本標段路基CFG樁處理段所處環(huán)境水有SO3侵蝕，采取摻加防腐劑和增加膠凝材料用量(設計文件要求水泥用量不低于200 kg，膠凝材料用量不低于330 kg)的方法，減少化學環(huán)境對混凝土造成的侵蝕，設計坍落度為160 mm～200 mm。

2.2.2 實驗方法

1)配合比設計:按照JGJ 55-2011普通混凝土配合比設計規(guī)程、TB 10005-2010鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范及設計文件要求進行設計。

2)拌合物性能:按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能實驗方法標準進行測試。

3)抗壓強度:按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能實驗方法標準進行測試。

4)現(xiàn)場試樁工藝:按照鐵建設［2010］241號高速鐵路路基工程施工技術指南規(guī)定的水泥粉煤灰碎石樁施工工藝流程，對兩種混凝土現(xiàn)場使用效果進行對比實驗。

3 實驗結果及分析

3.1 實驗結果

按照表2的配合比，用水洗機制砂和機制砂原砂分別配制CFG樁用混凝土，強度等級為C15，并分別測出其拌合物性能和混凝土28 d強度(見表3)。

表3 相同配比水洗機制砂和機制砂原砂混凝土性能對比

從表3中可以看出，機制砂原砂混凝土強度比水洗機制砂強度低3.7 MPa，但是能夠滿足設計強度要求;而坍落度損失、粘聚性、保水性等拌合物性能指標，機制砂原砂要明顯優(yōu)于水洗機制砂。

另外，現(xiàn)場試樁施工過程中，機制砂原砂所拌制的混凝土，泵送速度明顯優(yōu)于水洗機制砂混凝土，前者所需泵壓更低、灌注更順利、施工進度更快。這與實驗室所測得的兩種混凝土工作性能差別相吻合。

3.2 實驗結果分析

實驗中所用機制砂原砂和水洗機制砂的主要差別是石粉含量和細度模數(shù)，尤其是石粉含量差別很大，這也是造成兩種混凝土性能差別的主要原因。

石粉是一種細度小，性惰的摻合料，它增加了混凝土中小顆粒的含量，而需水量與其他膠凝材料相比較低，另外它可以和水發(fā)生惰性反應，生成柔軟的漿體，從而改善了混凝土的和易性;而因為石粉是惰性顆粒，與水反應放熱少，因此減緩了混凝土的凝結速度，降低了混凝土的坍落度損失;因為石粉是惰性摻合料，沒有活性，不參與水泥的水化反應，故含量過高，不利于混凝土強度的提高，所以機制砂原砂混凝土強度略低于水洗機制砂混凝土強度，但其強度滿足設計要求;而機制砂原砂混凝土良好的工作性能，保證了其在CFG樁泵送施工中的順利進行。

4 結語

本次實驗通過對比機制砂原砂和水洗機制砂所配制的混凝土性能，得出如下結論:

1)機制砂原砂和水洗機制砂配制低標號混凝土，在相同配比條件下，坍落度基本相同，但機制砂原砂混凝土坍落度損失明顯低于水洗砂混凝土。

2)機制砂原砂混凝土粘聚性較好，無離析泌水現(xiàn)象，而水洗機制砂所拌制的混凝土漿體對骨料的包裹能力較差，有較明顯的離析現(xiàn)象。

3)機制砂原砂混凝土保水性能優(yōu)于水洗機制砂混凝土。

4)機制砂原砂混凝土28 d強度低于水洗機制砂混凝土3.7 MPa，但兩種混凝土強度均能滿足設計要求。

5)機制砂原砂混凝土較之水洗機制砂混凝土，在現(xiàn)場施工中，對施工進度更有利。

根據上述實驗結論明顯看出，機制砂原砂所拌制混凝土的工作性明顯優(yōu)于水洗機制砂，更適合于泵送施工。在模擬試樁施工中，機制砂原砂混凝土的施工進度也明顯優(yōu)于水洗機制砂混凝土;其次，機制砂原砂的成本比水洗機制砂成本低40元/t，明顯降低了工程造價;最后，水洗機制砂含水率不穩(wěn)定，在混凝土實際生產過程中，水洗機制砂拌制混凝土質量控制難度比較高，而機制砂原砂含水率基本穩(wěn)定在1.5%～2.5%之間，更便于混凝土實際生產中的質量控制。

因此，采用機制砂原砂配制低強度泵送混凝土應用于CFG樁施工中，更利于質量、成本、進度三大目標的控制。

［1］ 鐵建設［2010］241號，高速鐵路路基工程施工技術指南［S］.

［2］ JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設計規(guī)程［S］.

［3］ TB 10005-2010，鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范［S］.

［4］ GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能試驗方法標準［S］.

［5］ GB/T 50081-2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］.