花崗巖機制砂在高速公路中的應(yīng)用研究

梁德興　青志剛

摘要：為推廣花崗巖機制砂在高速公路中的應(yīng)用，文章對比研究了花崗巖和石灰?guī)r原材特性及混凝土各項性能。試驗結(jié)果表明：花崗巖母材強度高，壓碎值也相對較大，快速法檢測MB值不合格，應(yīng)用中需嚴(yán)格控制其石粉含量;在現(xiàn)有條件下，花崗巖與石灰?guī)r混合砂是解決花崗巖機制砂在中等標(biāo)號混凝土應(yīng)用問題的一個有效途徑。

關(guān)鍵詞：花崗巖機制砂;MB值;壓碎值;石粉含量;混合砂

0 引言

近十年來廣西高速公路發(fā)展進入快車道，截至2019年年底，全區(qū)高速公路里程突破6 000 km，全區(qū)111個縣（區(qū)）已有102個通高速公路，縣縣通高速公路率為92%。根據(jù)《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2018—2030年）》，至2030年廣西高速公路總里程將達1.52萬km，計劃新建高速公路8 000 km，短期內(nèi)大規(guī)模的建設(shè)對砂石等材料的供應(yīng)造成很大壓力。廣西礦石資源豐富，這為機制砂的加工提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)今機制砂的應(yīng)用已然普遍，但廣西地區(qū)高速公路對花崗巖的應(yīng)用報道較少。本文依托新柳南高速公路項目，重點研究了花崗巖機制砂對混凝土的工作性能和力學(xué)性能影響，為該項目及今后項目如何使用花崗巖機制砂提供技術(shù)參考。

1 花崗巖與石灰?guī)r碎石和機制砂的對比研究

以石灰?guī)r為參照物，選取相關(guān)石場花崗巖碎石和機制砂作為研究對象，各石場母材、碎石和機制砂各項技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果如表1、表2所示。

表1顯示，各花崗巖石場母材強度較高，均超過120 MPa，超過石灰?guī)r母材強度20%以上。但從壓碎值試驗結(jié)果來看，花崗巖碎石卻明顯大于石灰?guī)r碎石，在碎石壓碎值Ⅱ級20%的界限點上下?？梢娝槭瘔核橹挡粌H僅取決于母材的抗壓強度，還與其他因素如二次破碎的機械作用、碎石顆粒形狀、針片狀含量等有關(guān)[1]。影響壓碎值大小的其他因素在機制砂上面有更明顯的體現(xiàn)，從表2中可以看出，花崗巖機制砂壓碎值均大幅超過規(guī)范壓碎值Ⅲ級30%的界限，筆者認為這與花崗巖在加工過程中剝落的軟弱顆粒，如云母等有很大的關(guān)聯(lián)。試驗中的5個機制砂樣品，對比S1、S2，可以看出石粉含量對石灰?guī)rMB值大小幾乎無影響;對比S2、S3、S4、S5這4個機制砂樣品石粉含量均大于現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)范10%的限值，其中3個花崗巖機制砂MB值均不合格。可見MB值雖然可以反映石粉的吸附特性，但與母巖的礦物成分相關(guān)，MB值大小不能等同于石粉含量多少[2-3]?？梢源_定的是，MB值不合格的機制砂必須要嚴(yán)控石粉含量，國標(biāo)對該類機制砂石粉含量也做了明確規(guī)定。

2 混凝土的配制與試驗結(jié)果分析

2.1 配合比設(shè)計思路和試驗方法

本次試驗選用C30強度等級的混凝土配合比作為研究對象，按《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55-2011）進行設(shè)計，按兩階段進行配合比設(shè)計：（1）采用石灰?guī)r機制砂，對比研究花崗巖碎石與石灰?guī)r碎石對混凝土性能影響;（2）采用花崗巖碎石，對比研究了花崗巖機制砂和花崗巖、石灰?guī)r混合砂對混凝土性能影響，并選擇工作性能和力學(xué)性能均滿足要求的優(yōu)化配合比指導(dǎo)現(xiàn)場施工。各階段混凝土設(shè)計配合比如表3所示。

[HT11.ZDX]2.2 不同巖性碎石及機制砂對混凝土性能影響分析

混凝土的工作性能和力學(xué)性能如表4所示。

在第一階段配合比設(shè)計和試驗過程中，控制初始坍落度保持基本相同。從表3和表4可以看出，花崗巖碎石比石灰?guī)r碎石需水量稍大，二者在工作性能上拌和物坍落度損失相差不大，硬化后混凝土力學(xué)性能上表現(xiàn)也類似，但花崗巖混凝土的7 d、28 d強度相對偏低?？梢?，決定C30混凝土強度的決定因素是水膠比和膠凝材料用量。從對混凝土破碎試件的觀察來看，主要表現(xiàn)為水泥基體與碎石膠結(jié)面處破壞，碎石基本無破碎，這也從側(cè)面印證了母巖強度和壓碎值的大小對中低標(biāo)號混凝土強度影響不大。

第二階段配合比設(shè)計采用產(chǎn)量較大的三工區(qū)花崗巖碎石，分別研究了不同石場花崗巖機制砂、花崗巖和石灰?guī)r混合砂對混凝土各項性能的影響。保持其他因素不變，通過調(diào)整減水劑摻量來實現(xiàn)初始坍落度保持一致。與石灰?guī)r機制砂相比，花崗巖機制砂需水量較大，導(dǎo)致相同用水量情況下，外加劑摻量大大增加。而不同石場的機制砂需水量也不相同，這與母巖礦物成分和加工工藝有關(guān)。從工作性能來看，混凝土拌和物坍落度從30 min開始損失，1 h后損失加大，90 min后混凝土幾乎無流動性;從強度表現(xiàn)來看，混凝土早期強度較低，28 d強度增長5～7 MPa，56 d強度仍然有4 MPa以上的增長。由此可見，花崗巖機制砂，特別是石粉對混凝土的工作性能和漿體與骨料的膠結(jié)性能均有較大影響。

為此，需要繼續(xù)優(yōu)化配合比來控制混凝土的用水量，混合砂是個很好的選擇。試驗結(jié)果表明，混合砂中隨著花崗巖機制砂比例的逐漸增大，外加劑摻量呈遞增趨勢?；◢弾r機制砂比例在30%以內(nèi)時，90 min混凝土坍落度損失較小，現(xiàn)場施工不受影響;當(dāng)花崗巖機制砂比例超過50%時，1 h后坍落度損失加大，90 min后混凝土流動性很差。從強度表現(xiàn)來看，花崗巖機制砂比例越高，早期強度越低，但56 d強度增長越多。

3 工程應(yīng)用

試驗選取花崗巖機制砂和石灰?guī)r機制砂各占50%的G4S550配合比作為墩柱生產(chǎn)配合比，并對混凝土的澆筑和半年內(nèi)混凝土的回彈強度及碳化深度進行跟蹤。從整理的試驗數(shù)據(jù)來看，各項指標(biāo)均符合技術(shù)要求。在高速公路施工中，C30及以下強度等級混凝土采用花崗巖機制砂混凝土施工，應(yīng)用效果良好，也減少了對外購砂石的依賴，在保證工程質(zhì)量的前提下，為項目節(jié)省成本、創(chuàng)造利潤，贏得了良好的社會效益。

4 結(jié)語

（1）與石灰?guī)r相比，花崗巖母巖抗壓強度較高，但花崗巖壓碎值也比石灰?guī)r大。

（2）在石粉含量相近條件下，花崗巖機制砂MB值表現(xiàn)為不合格，而石灰?guī)r機制砂MB值合格，且石粉含量多少對其影響不大。

（3）花崗巖機制砂中石粉含有大量的軟弱顆粒，如云母等對混凝土的工作性能和力學(xué)性能均有較大的影響，必須對花崗巖中的石粉含量加以嚴(yán)格限制。

（4）與石灰?guī)r相比，花崗巖碎石需水量略大，但花崗巖機制砂需水量大，混凝土漿體與骨料的膠結(jié)性能較差，導(dǎo)致其早期強度低，強度增長緩慢，但28 d后強度仍有所增長，建議在使用過程中觀察其56 d強度。

（5）混合砂是解決花崗巖機制砂應(yīng)用的有效途徑，它可以很好地改善混凝土的工作性能和力學(xué)性能。但在應(yīng)用和生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)花崗巖機制砂的石粉含量及時調(diào)整混合砂的比例和外加劑摻量，才能起到很好的效果。

參考文獻：

[1]祝 明.廣西地區(qū)石灰?guī)r碎石壓碎值特性及對混凝土抗壓強度的影響[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2012.

[2]岳海軍.機制砂的巖性與級配對混凝土性能的影響研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[3]李曉光，裴秀衛(wèi)，劉謹謹.不同類型機制砂中粉體種類及含量對MB值的影響[J].施工技術(shù)，2019，8（4）：109-113.