貴州機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用

李 波

（中鐵（貴州）市政工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550031）

1 貴州機(jī)制砂的應(yīng)用情況

我國(guó)河砂資源十分豐富，但是由于早期的無(wú)限制開采，導(dǎo)致眾多地區(qū)河砂資源面臨枯竭，出于環(huán)境保護(hù)要求，全國(guó)各地已經(jīng)出臺(tái)了多項(xiàng)河砂禁采政策，為保證工程建設(shè)項(xiàng)目的順利開展，機(jī)制砂的使用已經(jīng)成為一個(gè)必然趨勢(shì)。貴州省是我國(guó)最早將在機(jī)制砂投入使用的省份，其早期受限于獨(dú)特的地理環(huán)境，天然砂長(zhǎng)距離運(yùn)輸費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)，出現(xiàn)了“用砂奇缺”的情況，為此在地方支持下，結(jié)合工程建設(shè)開始機(jī)制砂研究。20世紀(jì)60年代，貓?zhí)犹菁?jí)水電站工程建設(shè)中就成功應(yīng)用了機(jī)制砂混凝土。經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，貴州機(jī)制砂各方面技術(shù)均走向成熟，推廣效果也尤為顯著。與天然砂相比，機(jī)制砂成本優(yōu)勢(shì)顯著，如貴州機(jī)制砂成本可控制在60元/t，采取就地制作的方式，將大量節(jié)省運(yùn)費(fèi)。除此之外，其在環(huán)境以及資源利用方面也具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2 貴州機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用

2.1 貴州機(jī)制砂基本物理性能

機(jī)制砂是處理后粒徑＜4.75mm的巖石顆粒，以中粗砂為主，各地機(jī)制砂粒型、級(jí)配存在一定差別[1]。貴州、湖州兩地的機(jī)制砂基本物理性能如表1所示。無(wú)論機(jī)制砂顆粒形狀如何，只要滿足相關(guān)規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即可用于混凝土、砂漿配制中。

表1 貴州、湖州機(jī)制砂與河砂基本物理性能

2.2 貴州機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用

（1）配合比方面。根據(jù)機(jī)制砂基本物理性能來(lái)看，其與天然河砂還是存在一定的差別，將其應(yīng)用于混凝土制備中，若是照搬天然砂石配合比設(shè)計(jì)方法，將會(huì)出現(xiàn)需水量大、和易性差等問題，通過相關(guān)試驗(yàn)與實(shí)踐情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)越低時(shí)，此類問題的表現(xiàn)就越加顯著。對(duì)此，必須嚴(yán)格根據(jù)機(jī)制砂情況，合理調(diào)整混凝土配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，最適合配制混凝土的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0，級(jí)配為2區(qū)[2]。工程實(shí)踐中可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，做好配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整工作。

（2）石粉含量方面。從貴州機(jī)制砂多年使用情況來(lái)看，其在配制高強(qiáng)度等級(jí)、高性能混凝土方面優(yōu)勢(shì)顯著，這主要是源于石粉的合理應(yīng)用。機(jī)制砂在制備過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的石粉，合理控制石粉摻量可起到較好的填充作用，增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，不同強(qiáng)度的機(jī)制砂混凝土石粉摻量均有所差異，根據(jù)相關(guān)研究顯示，適量石粉可改善混凝土抗凍性、抗磨性等，也有研究提出，建議高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土配制是將石粉含量放寬至7%。

2.3 工作性能方面

根據(jù)現(xiàn)代工程建設(shè)需要，對(duì)混凝土工作性能、泵送性能提出更高要求，由于機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較大、表面粗糙，在進(jìn)行混凝土配制時(shí)，集料與水泥黏結(jié)性十分好，但是也會(huì)影響混凝土工作性能。對(duì)此，必須采取有效措施調(diào)整機(jī)制砂混凝土工作性能，主要包括摻合料技術(shù)與高性能減水劑的應(yīng)用，根據(jù)相關(guān)研究顯示，機(jī)制砂石粉含量、粉煤灰摻量分別為6%、30%時(shí)，摻加降黏性高性能減水劑，混凝土坍落度、擴(kuò)展度顯著增大，工作性、可泵性均顯著改善。

3 實(shí)例探析

文章以某廠區(qū)改擴(kuò)建項(xiàng)目為例展開分析，此項(xiàng)目規(guī)模十分大，包括橋梁、隧道、廠房建設(shè)等方面，混凝土用量巨大。該項(xiàng)目施工區(qū)位于赤水河畔，但是出于經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面的考慮，未選用河砂，決定采用具有成本低、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的石灰?guī)r礦生產(chǎn)所得機(jī)制砂。下文主要圍繞機(jī)制砂在C30抗?jié)B混凝土配制中的應(yīng)用展開分析，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，混凝土使用效果良好。

3.1 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

（1）原材料。該項(xiàng)目采用普通硅酸鹽水泥，具體參數(shù)如表2所示。

表2 C30抗?jié)B混凝土原材料

（2）配合比設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目采用的機(jī)制砂混凝土，試驗(yàn)配比如表3所示。

表3 C30抗?jié)B混凝土試驗(yàn)配比

3.2 機(jī)制砂混凝土各項(xiàng)參數(shù)選取情況

（1）試驗(yàn)方案。根據(jù)前期試驗(yàn)，選定以下幾個(gè)參數(shù)，如表4所示。

表4 試驗(yàn)參數(shù)

該項(xiàng)目試件為邊長(zhǎng)15cm的立方體，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 試驗(yàn)方案與結(jié)果

（2）結(jié)果分析。石粉含量方面：根據(jù)本項(xiàng)目試驗(yàn)情況來(lái)看，石粉含量增加后，機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度先增大后降低，劈裂抗拉強(qiáng)度下降。石粉等量取代引入方面：將石粉以摻合料的方式與膠凝材料預(yù)拌，根據(jù)表5來(lái)看，混凝土強(qiáng)度有所提高。砂率方面：砂率的選擇也直接關(guān)系到混凝土強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，砂率越大，機(jī)制砂混凝土28d抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度均下降。與天然河砂相比，在進(jìn)行機(jī)制砂混凝土配比時(shí)，可適當(dāng)減小砂率，保證混凝土和易性良好。

（3）極差分析。該項(xiàng)目選用綜合平衡法對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行極差分析，根據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各因素影響情況排名如下。28d抗壓強(qiáng)度：石粉等量取代引入量＞石粉含量＞砂率。28d劈裂抗拉強(qiáng)度：石粉含量＞石粉等量取代引入量＞砂率。由此，項(xiàng)目提出對(duì)機(jī)制砂混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，石粉含量、等量取代引入石粉、砂率分別為4.5%、4.0%、46%，具體如表6所示。

表6 配合比調(diào)整方案

試驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化后機(jī)制砂混凝土28d抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了43.5MPa、5.15MPa，滿足施工要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與天然河砂相比，機(jī)制砂的主要優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉、環(huán)保，但是由于兩者基本物理性能存在差異，機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用無(wú)法照搬天然河砂，必須根據(jù)工程實(shí)際情況合理調(diào)整配比，重視石粉含量、外加劑、砂率等參數(shù)對(duì)混凝土質(zhì)量的影響。該項(xiàng)目對(duì)機(jī)制砂混凝土配合比方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過調(diào)整石粉等量取代引入量、石粉含量、砂率，進(jìn)一步增強(qiáng)了混凝土強(qiáng)度，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)施具有重要意義。