機(jī)制砂在路面混凝土中的應(yīng)用研究

俞文鋒,陳錫容,曾 澄,劉 佳

(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東省水利重點(diǎn)科研基地,廣東 廣州 510635)

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機(jī)制砂在路面混凝土中的應(yīng)用研究

俞文鋒,陳錫容,曾 澄,劉 佳

(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東省水利重點(diǎn)科研基地,廣東 廣州 510635)

針對(duì)廣州地區(qū)目前河砂資源短缺的問(wèn)題,通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比研究了水灰比、砂率等對(duì)機(jī)制砂路面混凝土工作和力學(xué)性能的影響,并對(duì)比河砂混凝土,對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：用機(jī)制砂取代河砂也能配制出工作和力學(xué)性能優(yōu)良的路面混凝土,其每m3混凝土直接節(jié)約材料成本43.4元，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)制砂；路面混凝土；膠水比；材料成本

近年來(lái),由于建設(shè)工程持續(xù)高速發(fā)展,廣東省尤其是廣州市,優(yōu)質(zhì)的河砂資源已經(jīng)越來(lái)越少,市場(chǎng)上砂的細(xì)度模數(shù)不斷變小、含泥量增大,質(zhì)量呈迅速下降的趨勢(shì)。因此,為合理利用當(dāng)?shù)刭Y源,降低建設(shè)投資,在廣東發(fā)展、研究和推廣應(yīng)用機(jī)制砂勢(shì)在必行。目前,用機(jī)制砂配制高性能混凝土的研究逐漸成為混凝土研究的一個(gè)熱點(diǎn),在部分工程中也得以應(yīng)用[1]。有研究得出機(jī)制砂完全可以配制出抗折強(qiáng)度、耐磨性能優(yōu)良的路面混凝土,機(jī)制砂中較高含量的石粉對(duì)路面混凝土耐磨性并無(wú)不利影響[2-3]。本文基于以上分析,通過(guò)試驗(yàn)研究了水灰比、砂率等對(duì)機(jī)制砂路面混凝土工作和力學(xué)性能的影響,并配制出了路用性能優(yōu)良的機(jī)制砂混凝土,為機(jī)制砂在廣東省水利工程進(jìn)庫(kù)道路路面混凝土中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 原材料

1) 水泥：珠江水泥廠越秀牌42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥；

2) 礦物摻合料：華能電廠F類II級(jí)粉煤灰；

3) 粗集料：從化飛蛾石料廠,二級(jí)配碎石；

4) 細(xì)集料：陽(yáng)江機(jī)制砂廠生產(chǎn)機(jī)制砂,細(xì)度模數(shù)2.8,石粉含量16%；

5) 外加劑：廣州建標(biāo)外加劑有限公司生產(chǎn)的FDN-440T型萘系高效減水劑,固含量25%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 配制強(qiáng)度的確定

根據(jù)《水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ F30—2003),路面混凝土配制強(qiáng)度采用式(1)確定：

fc=fr/(1-1.04CV)+ts

(1)

其中,fc為配制抗折強(qiáng)度均值,fr為設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度,CV為變異系數(shù),t為保證率系數(shù),s為抗折強(qiáng)度試驗(yàn)樣本標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)規(guī)范和以往施工6組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),t取0.79,CV取0.08,s=0.41,計(jì)算得fc=5.77 MPa。

2.2 配合比調(diào)整優(yōu)化

2.2.1 砂率的優(yōu)選

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)[4],試驗(yàn)固定水膠比0.40,選定用水量為152 kg/m3,粉煤灰超量取代10%,取代系數(shù)K=1.3。同時(shí)根據(jù)機(jī)制砂的特性,采用“5點(diǎn)法”試驗(yàn)研究了不同砂率對(duì)機(jī)制砂路面混凝土工作與力學(xué)性能的影響。具體配合比見(jiàn)表1,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 砂率“5點(diǎn)法”試驗(yàn)配合比

表2 砂率對(duì)路面混凝土性能的影響

由表2可以看出：水膠比相同,混凝土砂率對(duì)其拌合物性能有顯著影響,隨著砂率的增大粘聚性逐漸增加,砂率為38%時(shí)拌合物坍落度最大、粘聚性最好、工作性最佳,滿足路面混凝土滑膜攤鋪工藝要求。同時(shí)，砂率對(duì)其強(qiáng)度的影響較為明顯,砂率為36%時(shí)強(qiáng)度最高,7 d抗折強(qiáng)度大于28 d設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%,28 d抗折強(qiáng)度達(dá)到了6.22 MPa,滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求(28 d抗折強(qiáng)度不低于5.77 MPa)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),選取機(jī)制砂路面混凝土最佳砂率為36%。

2.2.2 水膠比與混凝土力學(xué)性能的關(guān)系

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,固定用水量為152 kg/m3,粉煤灰超量取代10%,取代系數(shù)K=1.3,探討水膠比對(duì)機(jī)制砂路面混凝土工作與力學(xué)性能的影響,同時(shí)確立水膠比與其抗折強(qiáng)度的關(guān)系。具體配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3,表4。水膠比與抗折強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)圖1。

表3 不同水膠比試驗(yàn)配合比

表4 水膠比對(duì)路面混凝土性能的影響

對(duì)比分析編號(hào)L-1、L-2、L-3、L-4試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)砂率固定為36%,粉煤灰摻量固定超量取代10%時(shí),盡管水膠比在不斷提高,但混凝土坍落度逐漸降低,這可能是由于在固定用水量和外加劑摻量的前提下,膠凝材料總量的同時(shí)也減少了混凝土漿體的數(shù)量,同時(shí)單位外加劑摻量也相應(yīng)變小,造成混凝土坍落度的減小。

圖1為膠水比與混凝土28 d抗折強(qiáng)度的關(guān)系曲線,從圖1可知,隨著膠水比的減小,混凝土28 d抗折強(qiáng)度呈降低趨勢(shì),且線性相關(guān)性較好,說(shuō)明水膠比是影響路面混凝土抗折強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。當(dāng)水膠比為0.42時(shí),混凝土28 d抗折強(qiáng)度為5.80 MPa,符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)滿足強(qiáng)度前提下取最小水泥用量原則,同時(shí)考慮工作性能和施工經(jīng)驗(yàn),且考慮到混凝土中加了粉煤灰,后期強(qiáng)度應(yīng)該會(huì)有較大增長(zhǎng),選取0.42為合理水膠比。

圖1 膠水比與路面混凝土抗折強(qiáng)度的關(guān)系

3 路面機(jī)制砂混凝土與河砂混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

表5對(duì)比了路面河砂混凝土配合比和改用機(jī)制砂配制路面混凝土配合比后的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

表5 河砂混凝土與機(jī)制砂混凝土的配合比

從表5可以發(fā)現(xiàn),改用機(jī)制砂后,也能配制出工作性和力學(xué)性能優(yōu)良的路面混凝土。雖然用水量有所提高,但是膠凝材料總體用量降低,且強(qiáng)度也相差不大。這是因?yàn)闄C(jī)制砂具有較高的石粉含量,需水量較大,同時(shí)也能在一定程度上補(bǔ)充由于膠凝材料降低而引起的漿體總量不足,使混凝土達(dá)到一定的工作和力學(xué)性能。且由于機(jī)制砂本身價(jià)格遠(yuǎn)低于河砂,節(jié)約了建設(shè)成本。

表6為這2種混凝土的經(jīng)濟(jì)成本分析。

表6 每m3混凝土的成本計(jì)算

由表6的材料成本估算可以發(fā)現(xiàn),每m3機(jī)制砂混凝土成本較河砂混凝土要節(jié)省43.4元,具有較為客觀的經(jīng)濟(jì)效益。而另一方面,由于廣州市區(qū)沿線天然砂資源極其缺乏,河砂的供應(yīng)往往出現(xiàn)不足量的現(xiàn)象,因此其實(shí)際成本將會(huì)更大。且供應(yīng)到工地的河砂,往往含泥量過(guò)大,難以保證質(zhì)量。

4 結(jié)論與建議

1) 采用高石粉含量機(jī)制砂完全能配制出工作性、力學(xué)性能均滿足要求的路面混凝土,具有較好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2) 在粉煤灰超量取代10%的前提下,控制砂率為36%,水膠比為0.42,即能配制出7 d抗折強(qiáng)度達(dá)到4.71 MPa,28 d抗折強(qiáng)度達(dá)到5.8 MPa的路面混凝土,符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。工作性也能達(dá)到滑模攤鋪施工要求。

3) 機(jī)制砂路面混凝土的膠水比和28 d抗折強(qiáng)度也具有很好的線性相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)R2大于0.98。

4) 每m3機(jī)制砂混凝土成本較河砂混凝土要節(jié)省43.4元,具有較為客觀的經(jīng)濟(jì)效益,且能保證工程進(jìn)度和質(zhì)量。

[1] 武漢理工大學(xué). 機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[2] Ming-Kai Zhou, Ji-Wei Cai, Ji-Liang Wang, et al.Bei-Xing Li. Research on Properties of Concrete Prepared with Artificial Sand Containing Stone Powder at High Content[C]∥Proceedings of Environmental Ecology and Technology of Concrete. Uetikon-Zuerich, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 2005: 263-268.

[3] LI Bei-xing, WANG Ji-liang, ZHOU Ming-kai. Effect of lime-stone fines conetent in manufactured sand on durability of low and high strength concretes [J]. Construction and Building Materials, 2009,23(8):2 846-2 850.

[4] 劉佳,王立華,詹鎮(zhèn)峰,等. 人工砂對(duì)普通混凝土綜合性能的影響研究[J]. 廣東水利水電,2013(5):7-9,17.

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Application of Manufactured Sand to Pavement Concrete

YU Wenfeng, CHEN Xirong, ZENG Cheng, LIU Jia

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Aiming at the shortage of natural sand resource in architectural engineering in Guangzhou area, the effects of water-binder ratio and sand ratio on the working and mechanical performance of manufactured sand pavement concrete are investigated. Besides, its economic and technical advantages are analyzed comparing with river sand. The results indicate that the pavement concrete with excellent working and mechanical performance can also be produced by using manufactured sand, and every cubic meters of concrete can save material cost by ￥43.4 directly. It has the remarkable technical and economic benefits.

manufactured sand； pavement concrete； binder-water ratio； material cost

2016-02-22;

2016-03-02

俞文鋒(1988),男,本科,助理工程師,主要從事水利建筑工程材料的研究工作。

TU528

A

1008-0112(2016)02-0036-03