黏土對水泥膠砂流動度的影響及處治措施研究

李倍安 林運(yùn)飛

文章在公路工程工地試驗室（乙級母體資質(zhì)）環(huán)境下通過改進(jìn)的水泥膠砂流動度試驗，驗證黏土成分對水泥膠砂流動度的影響，并結(jié)合高速公路建設(shè)項目試驗檢測及原材料管理經(jīng)驗，提出降低影響的相關(guān)處治措施。

粗集料;黏土;含泥量;流動度

U416.216A110332

0?引言

在廣西龍靖高速公路的建設(shè)過程中，黏土成分主要來源于粗集料。因粗集料的生產(chǎn)采用的是機(jī)械濾篩、鄂式破碎機(jī)加反擊式破碎機(jī)這類常規(guī)的“一濾兩碎”生產(chǎn)線，在陰雨天氣中，母巖表面的黏土塊黏性較大，使該類型生產(chǎn)線難以過濾干凈，容易造成集料含泥量超標(biāo)。而不合格集料投入生產(chǎn)，所引入的黏土有可能造成水泥膠砂漿體的流動性降低，工程實(shí)體可能產(chǎn)生蜂窩麻面，嚴(yán)重的將會影響工程實(shí)體質(zhì)量。

本文將通過改進(jìn)的水泥膠砂流動度試驗，驗證黏土成分對水泥膠砂的影響。黏土成分主要來源于水泥混凝土生產(chǎn)所采用的粗集料，設(shè)置一組以粗集料含泥量（百分比）為自變量（單一變量）、以水泥膠砂流動度數(shù)值結(jié)果為因變量的試驗組;而因粗集料破碎生產(chǎn)過程會產(chǎn)生石粉，為排除石粉對水泥膠砂流動度的影響，設(shè)置一組以石粉替代黏土的對比組。

1?工程概況

1.1?基本情況

廣西龍靖高速公路（通往靖西市龍邦口岸）主線K5+000～K33+301，長約28.301 km。全線設(shè)置地州、龍邦互通式立交2處，隧道6處，大橋6處，龍邦服務(wù)區(qū)1處、靖西養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處（與靖西高速管理所合建）。主線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計時速為100 km/h，路基寬度為24.5 m，采用瀝青混凝土路面。橋梁與路基同寬，設(shè)計荷載等級為公路-Ⅰ級。

1.2?原材料需求及生產(chǎn)情況

C30水泥混凝土總需求量約為22萬m3，用于C30水泥混凝土的0～4.75 mm規(guī)格細(xì)集料總量約為18萬t，5～30 mm三檔規(guī)格粗集料總量約為24萬t，所需要的聚羧酸外加劑約為1 200 t。共有3條二級破碎生產(chǎn)線為龍靖高速公路生產(chǎn)供應(yīng)有關(guān)原材料。

在龍靖高速公路建設(shè)項目中，由于開挖工藝、開挖部位、場內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及雨天采集等原因，母巖雜質(zhì)含量往往偏高，且經(jīng)過機(jī)械篩仍未能有效篩除，最終導(dǎo)致集料成品含泥量超出《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011中的規(guī)定：用于C30以下的水泥混凝土粗集料含泥量≤1.5%;C30～C60情況下宜≤1.0%;C60標(biāo)號以上的則≤0.5%。

2?試驗方案

2.1?試驗準(zhǔn)備

試驗設(shè)備：截錐圓模、玻璃板、水泥膠砂攪拌機(jī)、烘箱、1%天平及其他試驗附屬配件。

原材料：華潤牌PO 42.5普通硅酸鹽水泥、在粗集料中提取的經(jīng)研磨過篩的黏土干粉末、在機(jī)制砂中提取的石粉（過0.075 mm方孔篩，取篩余部分）、YZ-1型聚羧酸減水劑及拌合站攪拌用水。

2.2?試驗流程

試驗流程采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2419-2005水泥膠砂流動度測定方法，但為達(dá)到試驗?zāi)康模枰獙?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，相關(guān)調(diào)整事項如下：

（1）試驗組中粗集料所含的黏土成分，取自陰雨天氣時集料生產(chǎn)線機(jī)械篩未能篩除的附著于母巖上的黏土塊。黏土塊需要經(jīng)過烘箱干燥、研磨并經(jīng)過0.075 mm方孔篩過濾，取篩余部分。

（2）為排除粗集料生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的石粉的影響，設(shè)置一組對比組，采用石粉替代黏土粉末，摻入量與黏土粉末一致。石粉采集于機(jī)制砂中，經(jīng)過烘箱干燥及0.075 mm方孔篩過濾，并取篩余部分。

（3）在本試驗中，因混合料中需要摻入本項目專用配方的YZ-1型聚羧酸減水劑，試驗漿體有足夠流動性，故取消試驗標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用的電動跳桌。

（4）PO 42.5水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量需要通過額外標(biāo)準(zhǔn)試驗測定，按照外加劑檢定的減水率根據(jù)摻入量計算，對用水量進(jìn)行相應(yīng)扣除（該試驗在本文中不展開贅述）。

（5）設(shè)定粗集料含泥量（對比組為石粉摻入量）為自變量，水泥膠砂流動度值為因變量。

試驗主要控制點(diǎn)如下：

（1）本試驗根據(jù)項目內(nèi)通用的普通C30水泥混凝土配合比進(jìn)行計算，配合比為水泥（kg）：水（kg）：細(xì)集料（kg）：粗集料（kg）：外加劑（kg）=360：162：816：1 082：5.4。需要注意的是，生產(chǎn)中配合比各成分的投入量是固定的，即粗集料中黏土成分增加，粗集料自身重量是減少的，其總值為1 082 kg。

（2）該試驗設(shè)計為6組，黏土摻入量分別按0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%逐級遞增，換算結(jié)果如表1所示。

（3）為了增加拌合料的均勻性，拌合料按照水泥500 g用量進(jìn)行配置。

（4）黏土粉末提前與水泥進(jìn)行攪拌，最后加入水與外加劑的混合物，以模擬混凝土攪拌站生產(chǎn)流程。

（5）測定水泥膠砂流動度值，并與粗集料含泥量一并繪制曲線圖。

2.3?試驗結(jié)果

通過改進(jìn)的水泥膠砂流動度試驗，經(jīng)摻入粗集料生產(chǎn)線母巖周邊所抽取的黏土，驗證粗集料所附帶的黏土成分對膠砂流動度的影響，其結(jié)果如表2和圖1所示。

根據(jù)圖1可以看出：

（1）試驗組中隨著粗集料含泥量的增加，直接導(dǎo)致水泥膠砂流動度快速降低，水泥膠砂流動度與黏土成分含量關(guān)系為負(fù)相關(guān)。

（2）對比組中隨著石粉含量的增加，直接導(dǎo)致了水泥膠砂流動度的降低，但降低的變化量明顯小于試驗組試驗結(jié)果，水泥膠砂流動度與石粉成分含量關(guān)系也為負(fù)相關(guān)。

（3）試驗組及對比組試驗結(jié)果變化趨勢方向相同，對比組變化率明顯小于試驗組。因此，對于對比組排除石粉成分影響的設(shè)定可行，該試驗結(jié)果有效。

3?處治措施建議

為保證工程質(zhì)量指標(biāo)滿足規(guī)范要求，確保工程實(shí)體質(zhì)量，需要解決生產(chǎn)過程中引入的黏土成分，以下為處治措施建議：

（1）生產(chǎn)者應(yīng)高度重視石場母巖開采的選擇，采石場爆破后，可觀察到母巖表觀是否干凈無雜質(zhì)，對巖石雜質(zhì)夾層較為明顯的巖體部位，應(yīng)當(dāng)予以摒棄。

（2）因黏土成分在潮濕狀態(tài)下具有較強(qiáng)粘附力，二級破碎生產(chǎn)線的預(yù)篩較難對其進(jìn)行篩除，項目管理者應(yīng)嚴(yán)格禁止陰雨天氣開展備料工作。

（3）施工單位應(yīng)結(jié)合已制定的施工組織計劃，對生產(chǎn)相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行技術(shù)交底，提供及時、準(zhǔn)確的進(jìn)度信息，確保開采備料工作能有效避開施工高峰期，有利于生產(chǎn)質(zhì)量的控制。

（4）試驗檢測人員在拌合站儲料倉對集料進(jìn)行抽檢前，應(yīng)該安排裝載機(jī)對艙內(nèi)集料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)攪拌，使其顆粒成分均勻分布，確保抽檢試驗結(jié)果真實(shí)可靠。

（5）在拌合站內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格控制裝載機(jī)料斗裝載起點(diǎn)線處于清倉線以上，定期安排專職管理人員對裝載機(jī)操作員進(jìn)行考核。出現(xiàn)不合規(guī)操作的行為要及時發(fā)現(xiàn)并糾正，避免將清倉線以下的黏土粉末送入攪拌機(jī)。料倉清空后應(yīng)及時清理清倉線以下的粉末廢料。

（6）加強(qiáng)現(xiàn)場管控，到場的混凝土如工作性能指標(biāo)不滿足施工要求的，應(yīng)禁止使用，拌合站重新調(diào)整出料后再進(jìn)行澆筑。禁止任何在施工現(xiàn)場自行添加其他物質(zhì)來調(diào)整混凝土工作性能的行為。

4?結(jié)語

本文試驗結(jié)果表明：黏土成分對水泥膠砂流動度的影響是負(fù)相關(guān)的。在生產(chǎn)過程中，良好的工程實(shí)體質(zhì)量需要具備工作性能良好的水泥漿體，生產(chǎn)者應(yīng)從生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格管控，不斷提高管理水平，不斷提高管理者的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。不僅要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的標(biāo)準(zhǔn)化，也要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的精細(xì)化。

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG E42-2005，公路工程集料試驗規(guī)程[S].

[3]JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[S].

[4]GB/T8077-2012，混凝土外加劑均質(zhì)性試驗方法[S].

[5]GB/T2419-2005，水泥膠砂流動度測定方法[S].

[6]GB/T1346-2011，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法[S].

[7]蔣正武，梅世龍，康厚榮.貴州機(jī)制砂高性能混凝土工程應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2015.